CN106370930A - 一种锂离子电池隔膜电性能测试装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子电池隔膜电性能测试装置及其方法，该装置包括透明的样品容器、活动电极、固定电极及电极引出线，能够用于测量隔膜样品的离子电导率及电阻率。可直接与满足测量精度的现有电阻率测定仪进行连接，结构简单、成本低；对不同层数的隔膜样品的电阻值或电阻率进行多次测试后，将测试结果进行线性拟合，求得的斜率为隔膜样品的电阻值，该方法消除了外在因素的影响，提高了测试准确性；进行多次测量时，只需取出活动电极，无需进行装置的拆解和重装，简单快捷，可连续；样品室注入电解液后，还可以进行电解液的电阻率测定并优化Mac‑Mullin值，取得隔膜样品和电解液在相同条件下的电阻率，减小测量误差。

Description

一种锂离子电池隔膜电性能测试装置及其方法

【技术领域】

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池隔膜电性能测试装置及其方法。

【背景技术】

锂离子电池一般是由正极材料、石墨负极材料、非水电解质和隔膜组成。其中，隔膜是电池的重要组成部分，是确保锂电池安全性能的关键组成部件之一，它具有电子绝缘性，因此可以隔离正负极，避免出现两极接触短路现象；同时具有离子导电性，可以保证电池的电化学性能。隔膜的离子电导率、电阻率和Mac-Mullin数是表征隔膜的离子透过性最重要的参数，反映了隔膜对离子运动的影响，反映隔膜对锂离子电池电化学性能的影响。因此，隔膜性能优劣直接影响着锂离子电池的综合性能，正确的评价锂离子电池用隔膜的电化学性能，进而科学的使用隔膜，是提高电池综合性能的有效途径之一。

目前，国内尚未形成关于锂电池隔膜的检测仪器和检测方法的统一标准，许多关于其物理性能的检测项目套用了塑料薄膜、纸制品、纺织品等行业的产品标准进行测定，关于隔膜电化学性能的测试的标准就更少了，针对当前隔膜检测标准的发展状况，需要一种简单实用的锂离子电池隔膜电性能测试装置及测试方法。

【发明内容】

本发明提出一种锂离子电池隔膜电性能测试装置及其方法，具有操作简单、成本低廉、数据准确、实用性强等优点。

本发明提供的一种锂离子电池隔膜电性能测试装置，包括透明的样品容器、活动电极、固定电极及电极引出线；所述样品容器设有刻度尺；所述活动电极及所述固定电极设置于所述样品容器内并与所述样品容器配合，且所述活动电极与所述固定电极平行放置；所述样品容器、活动电极及固定电极围成样品室；所述电极引出线分别与所述活动电极及所述固定电极相连。

在一个优选实施方式中，所述样品容器为圆柱形。

在一个优选实施方式中，所述活动电极及所述固定电极为大小相同的圆形。

在一个优选实施方式中，所述电极引出线还连接至电阻率测定仪。

本发明提供的锂离子电池隔膜电性能测试方法，能够用于测量隔膜的离子电导率及电阻率，包括以下步骤：(1)根据样品容器的直径制取多层大小相同的隔膜样品；(2)将所述隔膜样品在电解液中浸泡；(3)将不同层数的浸泡后的所述隔膜样品平铺于所述样品室内；(4)将一对所述电极导出线分别与电阻率测定仪的测试线相连；(5)测出不同层数的浸泡后的所述隔膜样品的电阻值。

在一个优选实施方式中，还包括步骤(6)测定电解液电阻率。

在一个优选实施方式中，还包括步骤(7)根据隔膜电阻率及电解液电阻率计算出Mac-Mullin值；Mac-Mullin值是指隔膜电阻率与电解液电阻率的比值，用符号N_m表示，N_m＝ρ_s/ρ_e，公式中ρ_s为隔膜电阻率，ρ_e为电解液电阻率。

本发明提供的一种锂离子电池隔膜电性能测试装置及其方法，能够直接与满足测量精度的现有电阻率测定仪或电化学工作站的测定仪器进行连接，结构简单，测量成本低；所述样品容器设有刻度尺，可对样品高度或厚度进行直接测量；进行多次测量时，只需取出活动电极，无需进行装置的拆解和重装，测试过程简单快捷，可连续；对不同层数的隔膜电阻值或电阻率进行多次测试后，将测试结果进行线性拟合，求得的斜率为该隔膜电阻值R_隔膜，截距为(R_电极+R_其他)，从而消除外在因素的影响，提高测试准确性；样品室注入电解液后，还可以进行电解液的电阻率测定，取得隔膜样品和电解液在相同条件下的电阻率，减小测量误差。

【附图说明】

图1为本发明锂离子电池隔膜电性能测试装置示意图。

图2为在一具体实施例中不同层数隔膜样品的电阻率线性拟合结果。

图3为在一具体实施例中不同高度电解液测定的电阻率线性拟合结果。

【具体实施方式】

如图1所示，本发明提供一种锂离子电池隔膜电性能测试装置10，包括样品容器1、活动电极2、固定电极3及电极引出线4。所述样品容器1设有刻度尺5。所述活动电极2及所述固定电极3设置于所述样品容器1内并与所述样品容器1配合；所述活动电极2与所述固定电极3平行放置。所述样品容器1、活动电极2及固定电极3围成样品室6。所述电极引出线4分别与所述活动电极2及所述固定电极3相连。

本实施方式中，所述样品容器1由透明材料制成，例如为透明的玻璃或塑料。所述样品容器6为圆柱形，所述活动电极2及所述固定电极3为大小相同的圆形。在其他实施方式中，所述样品容器1还可以采用直棱柱等其他形状。所述电极引出线还连接至电阻率测定仪。

本发明还提供一种采用所述锂离子电池隔膜电性能测试装置10的测试方法，该测试方法的基本步骤及过程原理如下：

根据样品容器的直径采用打孔取样器制取多层大小相同的隔膜样品并将待测隔膜样品浸泡在电解液中，然后将浸泡后的隔膜样品用镊子平铺于样品室，最后使用夹具将一对电极导出线与电阻率测定仪的测试线连接起来，即可进行电阻率或阻抗测试，可以得到隔膜样品的电阻率值或电阻值，进而对隔膜的离子电导率进行评估。离子电导率的计算公式为：

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_s}$

其中ρ_s为隔膜电阻率。

通过以上方法进行测试的结果实际上是测定的包括电极及表面接触内阻在内的结果，测得的电阻率是通过R_总来转换的，而此时R_总＝R_隔膜+(R_电极+R_其他)。为了消除(R_电极+R_其他)的影响，在进行隔膜电阻率或电阻测试时通常会对不同层数的隔膜的电阻值进行多次测试，并把测试结果进行线性拟合，以求得的斜率值作为该隔膜电阻值R_隔膜，截距为(R_电极+R_其他)，从而消除电极电阻和表面接触电阻等外在因素的影响，提高测试的准确性。

还可以将电解液注入样品室进行电解液的电阻率测定，取得隔膜和电解液在相同条件下的电阻率值，减小测量误差，得出更为准确的隔膜Mac-Mullin值。Mac-Mullin值是指隔膜电阻率与电解液电阻率的比值，用符号N_m表示，计算公式为：

$N_m=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s}{{\mathrm{\ρ}}_e}$

其中ρ_s为隔膜电阻率；ρ_e为电解液电阻率。

本发明提供的一种锂离子电池隔膜电性能测试装置及其方法，能够直接与满足测量精度的现有电阻率测定仪或电化学工作站的测定仪器进行连接，结构简单，测量成本低；所述样品容器设有刻度尺，可对样品高度或厚度进行直接测量；进行多次测量时，只需取出活动电极，无需进行装置的拆解和重装，测试过程简单快捷，可连续；对不同层数的隔膜电阻值或电阻率进行多次测试后，将测试结果进行线性拟合，求得的斜率为该隔膜电阻值R_隔膜，截距为(R_电极+R_其他)，从而消除外在因素的影响，提高测试准确性；样品室注入电解液后，还可以进行电解液的电阻率测定，取得隔膜样品和电解液在相同条件下的电阻率，减小测量误差。

在一个具体实施例中，将待测隔膜用与所述样品室6直径相同的打孔取样器取样，准备隔膜样品约40-50片，并浸泡于适量电解液中。待隔膜样品吸收电解液饱和后，取下所述活动电极2，用镊子将隔膜样品平铺于所述样品室6中，记录隔膜样品的数量，然后安装所述活动电极2，并推动所述活动电极2与隔膜样品良好接触。最后将所述电极引出线4与电阻率测定仪的测试连接线相连开始测试，并记录测试结果。测试完成后，将所述活动电极2取出，继续向所述样品室6中添加相应数量的隔膜，之后重复测量操作，记录下一测试结果。测得的不同层数隔膜样品的电阻率如表1所示：

表1.不同层数隔膜测定的电阻率值

将表1进行多次测试得到的不同层数隔膜样品的电阻率进行线性拟合，结果如图2所示，得到的斜率为1.299，表明隔膜样品的电阻率为1.299mΩ·cm。另外，在样品室内注入不同高度的电解液，得到的电阻率如表2及图3所示，可知该电解液电阻率为0.15mΩ·cm，所以该隔膜的N_m＝1.299/0.15＝8.66。

表2.不同高度电解液测定的电阻率值

通常电解液的电导率采用电导率测定仪直接测量，本发明得到的电解液的电阻率与隔膜电阻率在同一条件下获得，减少了由测定仪器的差异而引起的测量误差，提高测量准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施局限于这些说明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，包括透明的样品容器、活动电极、固定电极及电极引出线；所述样品容器设有刻度尺；所述活动电极及所述固定电极设置于所述样品容器内并与所述样品容器配合，且所述活动电极与所述固定电极平行放置；所述样品容器、活动电极及固定电极围成样品室；所述电极引出线分别与所述活动电极及所述固定电极相连。

2.如权利要求1所述的锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，所述样品容器为圆柱形。

3.如权利要求1所述的锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，所述活动电极及所述固定电极为大小相同的圆形。

4.如权利要求1所述的锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，所述电极引出线还连接至电阻率测定仪。

5.一种利用权利要求1所述装置的锂离子电池隔膜电性能测试方法，能够用于测量隔膜的离子电导率及电阻率，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据样品容器的直径制取多层大小相同的隔膜样品；(2)将所述隔膜样品在电解液中浸泡；(3)将不同层数的浸泡后的所述隔膜样品平铺于所述样品室内；(4)将一对所述电极导出线分别与电阻率测定仪的测试线相连；(5)测出不同层数的浸泡后的所述隔膜样品的电阻值。

6.一种如权利要求5所述的锂离子电池隔膜电性能测试方法，其特征在于，还包括步骤(6)测定电解液电阻率。

7.一种如权利要求6所述的锂离子电池隔膜电性能测试方法，其特征在于，还包括步骤(7)根据隔膜电阻率及电解液电阻率计算出Mac-Mullin值；Mac-Mullin值是指隔膜电阻率与电解液电阻率的比值，用符号N_m表示，N_m＝ρ_s/ρ_e，公式中ρ_s为隔膜电阻率，ρ_e为电解液电阻率。