CN111579871A - 电池隔膜离子电导率测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池隔膜离子电导率测试装置及测试方法，包括：壳体，设置有安装孔；夹持结构，可拆卸地安装在壳体内，夹持结构包括第一夹持部和第二夹持部，第一夹持部和第二夹持部上分别设置有第一通孔和第二通孔，第一夹持部和第二夹持部之间形成隔膜放置间隙；第一电极，第一电极可左右移动地设置壳体的一侧，第一电极与夹持结构的外侧壁连接，与第一通孔形成凹槽；第二电极，第二电极可左右移动地设置壳体的另一侧，第二电极与夹持结构的外侧壁连接，与第二通孔形成凹槽；加热结构，设置在第一电极和第二电极上；温度测量结构，设置在第二电极与第二通孔形成的凹槽内。应用本发明能够测试出电池隔膜在电池环境的不同温度中的电导率。

Description

电池隔膜离子电导率测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及电池隔膜性能测试的技术领域，特别涉及一种电池隔膜离子电导率测试装置及测试方法。

背景技术

锂电池主要由正极、负极、电解液以及隔膜组成，其中隔膜位于正极与负极之间，作用是将正极和负极隔开，防止电子通过，但是允许离子通过，当电池内部温度升高时，电池隔膜能够关闭微孔，阻止锂离子通过，切断正极与负极之间的联系，使电池反应停止，提高电池的安全性，因此锂电池隔膜的性能对电池的安全性起着至关重要的作用。

隔膜的离子电导率直接决定了锂电池工作时，锂离子在隔膜中传导的情况，和电池的内阻密切相关，而锂电池内阻很大程度影响电池其他方面的性能，比如倍率性能、循环性能、容量衰减等等，这些性能直接决定了电池的优劣，而目前各主流隔膜厂家只有常温离子电导率的测试方法和装置，但其实由于电池在工作过程的放热，其工作环境已经不是常温环境。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电池隔膜离子电导率测试装置，能够测试出电池隔膜在电池环境的不同温度中的电导率。

本发明实施例提供了一种电池隔膜离子电导率测试装置，包括：

壳体，设置有安装孔；

夹持结构，通过所述壳体的安装孔，可拆卸地安装在所述壳体内，所述夹持结构包括第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部和所述第二夹持部上分别设置有第一通孔和第二通孔，所述第一夹持部和所述第二夹持部之间形成隔膜放置间隙；

第一电极，所述第一电极可左右移动地设置所述壳体的一侧，所述第一电极移动到贴合第一夹持部的一侧时，所述第一电极与所述第一通孔形成凹槽；

第二电极，所述第二电极可左右移动地设置所述壳体的另一侧，所述第二电极移动到贴合第二夹持部的一侧时，与所述第二通孔形成凹槽；

加热结构；

温度测量结构，设置在所述第一电极靠近所述第一通孔的一侧，且能够***到所述第一通孔内；或者设置在所述第二电极靠近所述第二通孔的一侧，能够***到所述第二通孔内。

根据本发明实施例的电池隔膜离子电导率测试装置，至少具有如下有益效果：通过注液孔向壳体注入电解液，将两侧的第一电极和第二电极移动到夹持结构开设的第一通孔和第二通孔处，电极与壳体的内壁接触连接，由于夹持结构设置成具有一定的厚度，因此电极和通孔之间可以形成凹槽。将电池隔膜***隔膜放置间隙，电池隔膜可以覆盖通孔，此时电池隔膜将两侧的凹槽分隔成两个密闭的溶液空间，从而模拟出电池的内部环境。通过加热结构对电极的加热，从而模拟出电池发热时的环境，通过温度测量结构实时测量隔膜附近的温度，结合外接电化学工作站测量的阻抗，从而测试出不同温度下电池隔膜的电导率。由于是在模拟了电池内部环境所做的测试，因此得到的电导率数值更加接近电池隔膜实际工作时的数值，其测试结果更加具有参考价值。并且夹持结构为拆卸的设置，可以直接将夹持结构从壳体内抽出来，直接换上带有待测试新隔膜的夹持结构，从而可以提升隔膜电导率的测试效率。

根据本发明的一些实施例，所述第一电极包括第一固定部和第一延伸部，所述第一固定部设置在所述壳体的外侧，所述第一延伸部穿过所述壳体的侧壁延伸至所述壳体内。

根据本发明的一些实施例，所述第一延伸部包括第一连接部和第一凸起部，所述第一连接部的横截面积大于所述第一通孔的横截面积，所述第一连接部与所述夹持结构的外侧壁贴合时，所述第一凸起部嵌入所述第一连接部与所述第一通孔形成的凹槽。

根据本发明的一些实施例，所述第二电极与所述第一电极结构相同，并且对称设置。

根据本发明的一些实施例，所述夹持结构为分体结构或者一体成型。

根据本发明的一些实施例，所述加热结构为电阻丝，所述电阻丝的一端设置在所述第一电极和所述第二电极上，另一端与加热器连接。

根据本发明的一些实施例，所述温度测量结构为热电偶。

根据本发明的一些实施例，所述壳体、所述第一电极的外层、所述第二电极的外层和所述温度测量结构的外层，由聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯和聚碳酸酯中的任意一种制成。

根据本发明的一些实施例，还包括注液孔和所述出液孔，所述注液孔和所述出液孔均设置在所述壳体的上部，并且设置在所述夹板结构的两侧。

本发明第二方面实施例提供了的一种电池隔膜离子电导率测试方法，应用于上述的电池隔膜离子电导率测试装置，包括：

向所述壳体内注入电解液；

将带有所述隔膜的所述夹持结构***所述壳体；

对所述第一电极和所述第二电极进行加热，实时测量所述隔膜附近的温度，并测量不同温度T下两个电极之间的阻抗值；

分别测量1层所述隔膜、2层所述隔膜到n层所述隔膜的阻抗值R1、R2、Rn；

通过不同层数所述隔膜的平均阻抗值、所述隔膜厚度值和电极有效面积值，得到所述隔膜离子电导率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例电池隔膜离子电导率测试装置工作中的示意图；

图2为图1示出的电池隔膜离子电导率测试装置工作前的示意图；

图3为本发明实施例电池隔膜离子电导率测试方法的流程图。

附图标记：

第一电极100、第一固定部110、第一延伸部120、第一连接部121、第一凸起部122、

第二电极200、第二固定部210、第二延伸部220、第二连接部221、第二凸起部222、

加热结构300、

温度测量结构400、

隔膜500、

壳体600、注液孔610、出液孔620、

夹持结构700、第一夹持部710、第二夹持部720、第一通孔730、第二通孔740。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第二、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参照图1和图2，本发明的第一方面提供了电池隔膜离子电导率测试装置，包括：壳体600，设置有安装孔；夹持结构700，通过壳体600的安装孔，可拆卸地安装在壳体600内，夹持结构700包括第一夹持部710和第二夹持部720，第一夹持部710和第二夹持部720上分别设置有第一通孔730和第二通孔740，第一夹持部710和第二夹持部720之间形成隔膜放置间隙；第一电极100，第一电极100可左右移动地设置壳体600的一侧，第一电极100的部分移动到第一通孔730时，第一电极100与夹持结构700的外侧壁连接，与第一通孔730形成凹槽；第二电极200，第二电极200可左右移动地设置壳体600的另一侧，第二电极200的部分移动到第二通孔740时，第二电极200与夹持结构700的外侧壁连接，与第二通孔740形成凹槽；加热结构300，设置在第一电极100和第二电极200上；温度测量结构400，设置在第一电极100与第一通孔730形成的凹槽内，或者设置在第二电极200与第二通孔740形成的凹槽内。

具体地，第一通孔730和第二通孔740分别设置在第一夹持部710和第二夹持部720的中部，并且第一通孔730和第二通孔740相对设置。夹持结构700为分体结构或者一体成型，为分体结构时，第一夹持部710和第二夹持部720分开制造，并通过固定件固定在一起；一体成型时，下部为一体的结构。

通过注液孔610向壳体600注入电解液，将两侧的第一电极100和第二电极200移动到夹持结构700开设的第一通孔730和第二通孔740处，电极与壳体600的内壁接触连接，由于夹持结构700设置成具有一定的厚度，因此电极和通孔之间可以形成凹槽。将电池隔膜500***隔膜放置间隙，电池隔膜500可以覆盖第一通孔730和第二通孔740，此时电池隔膜500将两侧的凹槽分隔成两个密闭的溶液空间，从而模拟出电池的内部环境。通过加热结构300对电极的加热，从而模拟出电池发热时的环境，通过温度测量结构400实时测量隔膜500附近的温度，结合外接电化学工作站测量的阻抗，从而测试出不同温度下电池隔膜500的电导率。由于是在模拟了电池内部环境所做的测试，因此得到的电导率数值更加接近电池隔膜500实际工作时的数值，其测试结果更加具有参考价值。并且夹持结构700为拆卸的设置，可以直接将夹持结构700从壳体600内抽出来，直接换上带有待测试新隔膜500的夹持结构700，从而可以提升隔膜500电导率的测试效率。

在本发明的一些具体实施例中，第一电极100包括第一固定部110和第一延伸部120，第一固定部110设置在壳体600的外侧，第一延伸部120穿过壳体600的侧壁延伸至壳体600内。第一延伸部120包括第一连接部121和第一凸起部122，第一连接部121的横截面积大于第一通孔730的横截面积，第一连接部121与夹持结构700的外侧壁连接时，第一凸起部122嵌入第一连接部121与第一通孔730形成的凹槽。第二电极200包括第二固定部210和第二延伸部220，第二固定部210设置在壳体600的外侧，第二延伸部220穿过壳体600的侧壁延伸至壳体600内。第二延伸部220包括第二连接部221和第二凸起部222，第二连接部221的横截面积大于第二通孔740的横截面积，第二连接部221与夹持结构700的外侧壁连接时，第二凸起部222嵌入第二连接部221与第二通孔740形成的凹槽。

第一电极100包括设置在壳体600外侧的固定部和设置在壳体600内侧的延伸部，如此设置，可以通过外部的动力调节第一电极100延伸部的在壳体600内移动的距离，方便第一电极100的调节。第一连接部121的横截面积大于第一通孔730的横截面积，可以起到对第一通孔730的封闭作用，使第一连接部121和第一通孔730、隔膜500之间形成密闭的空间。第一凸起部122嵌入第一连接部121与第一通孔730形成的凹槽，第一凸起部122与第一通孔730的形状可以设置为刚好契合，如此，可以避免第一电极100与第一通孔730所在侧壁连接时，可能会产生晃动的情况，使得第一电极100与第一通孔730的连接更加稳定。第二电极200的形状，以及与壳体600的位置关系，和第一电极100的形状，以及与壳体600的位置关系相似。

在本发明的一些具体实施例中，加热结构300为电阻丝，电阻丝的一端设置在第一电极100和第二电极200上，另一端与加热器连接。温度测量结构400为热电偶，热电偶的一端置在第一电极100与第一通孔730形成的凹槽内，或者设置在第二电极200与第二通孔740形成的凹槽内，另一端与测量装置连接。第一壳体600、壳体600、第一电极100的外层、第二电极200的外层和温度测量结构400的外层，由聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯和聚碳酸酯中的一种制成。注液孔610设置在壳体600的上部，出液孔620设置在第壳体600的上部。在一些实施例中，加热结构300也可以为热烘箱，第一电极100和第二电极200设置于热烘箱内。

使用电阻丝作为加热结构300，可以将电阻丝的部分穿入到第一电极100和第二电极200内部，通过加热器对电阻丝加热，然后将热量传递到电极上，从而将热量传递到隔膜500附近的电解液，由此提升电解液的温度，从而模拟出电池在实际工作的环境。采用电阻丝加热的好处在于，电阻丝穿入电极的整体部分都可以起到加热的作用，从而提升加热的效率。而采用热电偶作为温度测量结构400，可以通过导线将热电偶部分放置到更靠近电池隔膜500的位置，从而更加准确地测量到电池隔膜500附近的温度值。若使用热烘箱作为加热结构300，由于第一电极100和第二电极200是设置在热烘箱内，从而使第一电极100和第二电极200的受热更均匀。

第一壳体600、壳体600、第一电极100的外层、第二电极200的外层和温度测量结构400的外层，由聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯和聚碳酸酯中的一种制成，可以起到耐电解液腐蚀的作用。注液孔610设置在壳体600的上部，出液孔620设置在壳体600的上部，相较于安装在其他地方，可以更好地将电解液注入壳体600和壳体600，也可以更好地将电解液从壳体600上排出。

参照图3，本发明实施例的第二方面，提供了一种电池隔膜500离子电导率测试方法，包括以下步骤：

步骤S100：通过注液孔610注入向壳体600内注入电解液；

步骤S200：将带有隔膜500的夹持结构700***壳体600；

步骤S300：对第一电极100或第二电极200进行加热，实时测量隔膜500附近的温度，测量不同温度T下两个电极之间的阻抗值；

步骤S400：分别测量1层隔膜500、2层隔膜500到n层隔膜500的阻抗值R1、R2、Rn；

步骤S500：通过不同层数隔膜500的平均阻抗值、隔膜500厚度值和电极有效面积值，得到隔膜500离子电导率。

具体地，步骤1：当测试开始时，关闭注液孔610，开启出液孔620，第一电极100向右移动，第二电极200向左移动，此时，多余电解液通过出液孔620排出装置。

步骤2：当第一电极100和第二电极200嵌入隔膜500后，加热机构和温度测量结构400开始工作，达到测试温度T后，通过外接电化学工作站测量阻抗值R。

步骤3：测试结束后，第一电极100向左移动，第二电极200向右移动，由于压力，电解液通过出液孔620排出。

步骤4：重复步骤1至步骤3分别测试1、2、3、4层隔膜500阻抗R1、R2、R3、R4，线性拟合后：

Y＝aX+b

其中，a为隔膜500的平均阻抗。

隔膜500离子电导率为σ＝d/aS，d为隔膜500厚度，S为电极有效面积。

通过注液孔610向壳体600注入电解液，将两侧的第一电极100和第二电极200移动到夹持结构700开设的第一通孔730和第二通孔740处，电极与壳体600的内壁接触连接，由于夹持结构700设置成具有一定的厚度，因此电极和通孔之间可以形成凹槽。将电池隔膜500***隔膜500放置间隙，电池隔膜500可以覆盖通孔，此时电池隔膜500将两侧的凹槽分隔成两个密闭的溶液空间，从而模拟出电池的内部环境。通过加热结构300对电极的加热，从而模拟出电池发热时的环境，通过温度测量结构400实时测量隔膜500附近的温度，结合外接电化学工作站测量的阻抗，从而测试出不同温度下电池隔膜500的电导率。由于是在模拟了电池内部环境所做的测试，因此得到的电导率数值更加接近电池隔膜500实际工作时的数值，其测试结果更加具有参考价值。并且夹持结构700为拆卸的设置，可以直接将夹持结构700从壳体600内抽出来，直接换上带有待测试新隔膜500的夹持结构700，从而可以提升隔膜500电导率的测试效率。

下面参考图1至图3以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的电池隔膜离子电导率测试装置。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。

本发明的第一方面提供了电池隔膜离子电导率测试装置，包括：壳体600，上部设置有安装孔；壳体600，设置有安装孔；夹持结构700，通过壳体600的安装孔，可拆卸地安装在壳体600内，夹持结构700包括第一夹持部710和第二夹持部720，第一夹持部710和第二夹持部720上分别设置有第一通孔730和第二通孔740，第一夹持部710和第二夹持部720之间形成隔膜放置间隙；第一电极100，第一电极100可左右移动地设置壳体600的一侧，第一电极100的部分移动到第一通孔730时，第一电极100与夹持结构700的外侧壁连接，与第一通孔730形成凹槽；第二电极200，第二电极200可左右移动地设置壳体600的另一侧，第二电极200的部分移动到第二通孔740时，第二电极200与夹持结构700的外侧壁连接，与第二通孔740形成凹槽；加热结构300，设置在第一电极100和第二电极200上；温度测量结构400，设置在第一电极100与第一通孔730形成的凹槽内，或者设置在第二电极200与第二通孔740形成的凹槽内。

第一电极100包括第一固定部110和第一延伸部120，第一固定部110设置在壳体600的外侧，第一延伸部120穿过壳体600的侧壁延伸至壳体600内。第一延伸部120包括第一连接部121和第一凸起部122，第一连接部121的横截面积大于第一通孔730的横截面积，第一连接部121与夹持结构700的外侧壁连接时，第一凸起部122嵌入第一连接部121与第一通孔730形成的凹槽。第二电极200包括第二固定部210和第二延伸部220，第二固定部210设置在壳体600的外侧，第二延伸部220穿过壳体600的侧壁延伸至壳体600内。第二延伸部220包括第二连接部221和第二凸起部222，第二连接部221的横截面积大于第二通孔740的横截面积，第二连接部221与夹持结构700的外侧壁连接时，第二凸起部222嵌入第二连接部221与第二通孔740形成的凹槽。

加热结构300为电阻丝，电阻丝的一端设置在第一电极100和第二电极200上，另一端与加热器连接。温度测量结构400为热电偶，热电偶的一端置在第一电极100与第一通孔730形成的凹槽内，或者设置在第二电极200与第二通孔740形成的凹槽内，另一端与测量装置连接。壳体600、第一电极100的外层、第二电极200的外层和温度测量结构400的外层，由聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯和聚碳酸酯中的一种制成。注液孔610设置在壳体600的上部，出液孔620设置在第壳体600的上部。

根据本发明实施例的电池隔膜离子电导率测试装置，通过如此设置，可以达成至少如下的一些效果，通过注液孔610向壳体600注入电解液，将两侧的第一电极100和第二电极200移动到夹持结构700开设的第一通孔730和第二通孔740处，电极与壳体600的内壁接触连接，由于夹持结构700设置成具有一定的厚度，因此电极和通孔之间可以形成凹槽。将电池隔膜500***隔膜500放置间隙，电池隔膜500可以覆盖通孔，此时电池隔膜500将两侧的凹槽分隔成两个密闭的溶液空间，从而模拟出电池的内部环境。通过加热结构300对电极的加热，从而模拟出电池发热时的环境，通过温度测量结构400实时测量隔膜500附近的温度，结合外接电化学工作站测量的阻抗，从而测试出不同温度下电池隔膜500的电导率。由于是在模拟了电池内部环境所做的测试，因此得到的电导率数值更加接近电池隔膜500实际工作时的数值，其测试结果更加具有参考价值。并且夹持结构700为拆卸的设置，可以直接将夹持结构700从壳体600内抽出来，直接换上带有待测试新隔膜500的夹持结构700，从而可以提升隔膜500电导率的测试效率。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种电池隔膜离子电导率测试装置，其特征在于，包括：

壳体，设置有安装孔；

夹持结构，通过所述壳体的安装孔，可拆卸地安装在所述壳体内，所述夹持结构包括第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部和所述第二夹持部上分别设置有第一通孔和第二通孔，所述第一夹持部和所述第二夹持部之间形成隔膜放置间隙；

第一电极，所述第一电极可左右移动地设置所述壳体的一侧，所述第一电极移动到贴合第一夹持部的一侧时，所述第一电极与所述第一通孔形成凹槽；

第二电极，所述第二电极可左右移动地设置所述壳体的另一侧，所述第二电极移动到贴合第二夹持部的一侧时，与所述第二通孔形成凹槽；

加热结构；

温度测量结构，设置在所述第一电极靠近所述第一通孔的一侧，且能够***到所述第一通孔内；设置在所述第二电极靠近所述第二通孔的一侧，且能够***到所述第二通孔内。

2.根据权利要求1所述的电池隔膜离子电导率测试装置，其特征在于：所述第一电极包括第一固定部和第一延伸部，所述第一固定部设置在所述壳体的外侧，所述第一延伸部穿过所述壳体的侧壁延伸至所述壳体内。

3.根据权利要求2所述的电池隔膜离子电导率测试装置，其特征在于：所述第一延伸部包括第一连接部和第一凸起部，所述第一连接部的横截面积大于所述第一通孔的横截面积，所述第一连接部与所述夹持结构的外侧壁贴合时，所述第一凸起部嵌入所述第一连接部与所述第一通孔形成的凹槽。

4.根据权利要求3所述的电池隔膜离子电导率测试装置，其特征在于：所述第二电极与所述第一电极结构相同，并且对称设置。

5.根据权利要求1所述的电池隔膜离子电导率测试装置，其特征在于：所述夹持结构为分体结构或者一体成型。

6.根据权利要求1所述的电池隔膜离子电导率测试装置，其特征在于：所述加热结构为电阻丝，所述电阻丝的一端设置在所述第一电极和所述第二电极上，另一端与加热器连接。

7.根据权利要求1所述的电池隔膜离子电导率测试装置，其特征在于：所述温度测量结构为热电偶。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电池隔膜离子电导率测试装置，其特征在于：所述壳体、所述第一电极的外层、所述第二电极的外层和所述温度测量结构的外层，由聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯和聚碳酸酯中的任意一种制成。

9.根据权利要求1至7任一项所述的电池隔膜离子电导率测试装置，其特征在于：还包括注液孔和所述出液孔，所述注液孔和所述出液孔均设置在所述壳体的上部，并且设置在所述夹板结构的两侧。

10.一种电池隔膜离子电导率测试方法，应用于权利要求1至9任一项所述的电池隔膜离子电导率测试装置，其特征在于，包括：

向所述壳体内注入电解液；

将带有所述隔膜的所述夹持结构***所述壳体；

对所述第一电极和所述第二电极进行加热，实时测量所述隔膜附近的温度，并测量不同温度T下两个电极之间的阻抗值；

分别测量1层所述隔膜、2层所述隔膜到n层所述隔膜的阻抗值R1、R2、Rn；

通过不同层数所述隔膜的平均阻抗值、所述隔膜厚度值和电极有效面积值，得到所述隔膜离子电导率。

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