CN102323453B - 电导率测试用夹具及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电导率测试用夹具及其装配方法，包括：精密预紧滑动机构、固定外框、固定电解质的夹持模块套件，所述精密预紧滑动机构包括压头和与其配合的定位头，所述压头上固定丝杠；所述固定外框两侧设有滑槽固定侧板；所述夹持模块套件分为用于固态电解质测试和用于液态电解质测试的两类，液态电解质用夹持模块套件包括上电极板、下电极板、上绝缘板和下绝缘板，固态电解质用夹持模块套件还包括多孔碳材料。对于不同的测试对象选配不同的夹持模块套件。本发明通过引入模块化的套件设计方案，成为通用型电解质电导率性能测试夹具和方法。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种电化学及新能源技术领域的测试工具，尤其涉及固态或液态电解质的电导率或者电阻率的测试工具设计和测试方法。
背景技术
电解质是指本身可以产生自由离子或者在一定条件下(例如溶于溶剂形成溶液或高温熔融)能够呈现离子导电性而导电的化合物。由于其独特的离子选择性而在电化学电池中受到广泛重视。其中包括储能电池中的电解质膜，电解槽，离子传感器已经燃料电池电解质等。而对于电解质材料来说，电导率是最重要的指标之一。因为，只有在电化学电池中，高的电导率意味着高的电池输出性能、工作效率和稳定性等。因此对于特定材料来说，精确的测量和表征其电导率具有科学的和现实的意义。电导率的测试有两种基本的测试方法：平行平面法和垂直平面法。对于平行平面测试法而言，测量过程中电流优先沿着被测电解质的长度方向或者横向移动（对于薄片状电解质）。而对于垂直平面测量方法而言，电流则沿着厚度方向或者纵向移动（对于薄片状电解质）。虽然就测量手段本身而言，平行平面测试方法相对简单。但是对于大多数实际应用而言，电解质的离子传导更多的是垂直平面模式。传统的电解质测量技术中有其它缺陷：1.即使引入高频交流测试方法，电极和电解质界面的电荷迁移阻抗和双层电容效应很难通过普通的夹持方法抵消；2.对于系统研究电解质在不同的测试环境（湿度，温度等）下的电导率的变化规律，传统的电极夹持方法将不能很好的保证电极板之间的电解质与测试环境达到良好的动态平衡；3.对于特殊电解质，如脆性或者液态电解质，传统的电极夹持方法不能保证测试结果的统一性，因此缺乏系统对比性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种电导率测试用夹具及其装配方法，旨在解决电解质材料电导率性能测试中的固定和测试方法问题，同时通过引入模块化的套件设计方案，使其成为通用型电解质电导率性能测试夹具。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种电导率测试用夹具，包括：精密预紧滑动机构、固定外框、固定电解质的夹持模块套件，所述精密预紧滑动机构包括压头和与其配合的定位头，所述压头上固定丝杠；所述固定外框两侧设有滑槽固定侧板；
所述夹持模块套件分为用于薄膜、块体等固态电解质测试和用于液态电解质测试的两类：
所述液态电解质用夹持模块套件包括上电极板、下电极板、上绝缘板和下绝缘板；所述上绝缘板、下绝缘板分别固定在压头和固定外框底面，上电极板、下电极板分别与上绝缘板、下绝缘板固定；
所述固态电解质用夹持模块套件包括上电极板、下电极板、上绝缘板、下绝缘板以及多孔碳材料，所述多孔碳材料集成在上电极板、下电极板上，所述上绝缘板、下绝缘板分别固定在压头和固定外框底面，上电极板、下电极板分别与上绝缘板、下绝缘板固定。
所述定位头包括平面轴承、挡圈、定位止动螺口，定位止动螺口设置在平面轴承上，平面轴承设置在固定外框上，并通过挡圈固定。
所述液态电解质用夹持模块套件，其中的上电极板上设有液态电解质导流管道，液态电解质导入口，平面密封O型圈。
所述液态电解质用夹持模块套件，其中的下电极板上设有液态电解质槽，电极板固定插件。
所述精密预紧滑动机构依靠小螺距(0.5mm机械丝杆或者更为精确的步进电机)来控制压力施加速度和大小，其压力大小可通过在固定电解质的夹持模块套件底部安装薄片式压力传感器来实现精密微调。
所述压头设有突出的滑块，该滑块和固定外框的滑槽配合，并在固定外框侧面添加固定侧板保证了压头的垂直升降。
所述上下绝缘板定位固定电解质的夹持模块套件来实现电解质材料的有效测试面积活化面积对中。绝缘板同时起到绝缘上下夹持模块当中的电极板的作用。其中上绝缘板采用燕尾槽结构或者其他类似配合结构并引入旋钮卡扣以固定绝缘板。此结构易于拆卸，固定牢固。
本发明提供一种电导率测试用夹具的装配方法，包括如下步骤：
第一步，将定位头安装平面轴承以及定位止动螺钉，装入固定外框上部的中心孔中，由挡圈固定；
第二步，将压头与上绝缘板固定，并固定压头和丝杆；
第三步，将压头装入固定外框下部中，并将固定外框上部和下部固定，固定滑槽固定侧板；
第四步，将压头与定位头配合；
第五步，将下绝缘板与固定外框下部固定；
第六步，将上电极板、下电极板分别固定在上绝缘板、下绝缘板中，并将固定旋钮装入压头中，并调节位置固定上绝缘板；
第七步，将上电极板、下电极板与外接集电导线固定。
本发明的设计思路以及优点：1.通过对上下绝缘板和电极板的固定实现电解质上下之间有效测试面积的精确对中；2.通过对绝缘板和电极板的预先配合，降低了所需施加在电解质材料上的预紧力；3.通过引入精密丝杆行走机构和压力传感器实现了对电解质预紧力的精密微调和精确控制，保证测试的重复性；4.模块化的电极夹具，方便不同的测试条件的对比，并节省装配时间。综合上述设计，实现了测试夹具的通用性和装配简单化。
附图说明
图1: 本发明夹具的系统总装图；
图2: 本发明实施例中精密预紧滑动机构，固定外框和上绝缘板固定关系图；
图3: 本发明实施例中上绝缘板与电极板之间的配合关系图；
图4: 本发明实施例中下绝缘板与电极板之间的滑动固定配合示意图；
图5: 本发明实施例中用于液态电解质性能测试的上极板装配图；
图6: 本发明实施例中用于液态电解质性能测试的下极板装配图。
图中符号说明：1定位头，1-a平面轴承，1-b挡圈，1-c丝杆与压头的固定处，1-d定位止动螺口；2丝杆；3固定外框；4压头，4-a 定位滑动头；5上绝缘板；6上绝缘板滑块；7电极板；8固定外框；9下绝缘板滑块，9-a 滑动固定突头；10下绝缘板，10-a 滑动固定凹槽；11多孔碳材料；12滑槽固定侧板；13固定旋钮；14用于液态电解质性能测试的上电极板结构，14-a 液态电解质导流管道，14-b液态电解质导入口，14-c平面密封O型圈；15用于液态电解质性能测试的下电极板结构，15-a 液态电解质槽，15-b 电极板固定插件。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明提供一种电导率测试用夹具，包括：精密预紧滑动机构、固定外框3、8、固定电解质的夹持模块套件，所述精密预紧滑动机构包括压头4和与其配合的定位头1，所述压头4上固定丝杠2；所述固定外框3、8两侧设有滑槽固定侧板12。
所述夹持模块套件分为用于薄膜、块体等固态电解质测试和用于液态电解质测试的两类，所述液态电解质用夹持模块套件包括上电极板14、下电极板15，上绝缘板5, 下绝缘板10；所述上绝缘板5、下绝缘板10分别固定在压头4和固定外框3底面，上电极板14、下电极板15分别与上绝缘板5、下绝缘板10固定。
所述固态电解质夹持模块套件包括上电极板14、下电极板15，上绝缘板5, 下绝缘板10以及多孔碳材料11，所述多孔碳材料11集成在上电极板14、下电极板15上。
所述液态电解质用夹持模块套件包含用于液态电解质性能测试的上电极板14，以及用于液态电解质性能测试的下电极板15。所述上电极板14上设有液态电解质导流管道14-a，液态电解质导入口14-b，平面密封O型圈14-c。所述下电极板15上设有液态电解质槽15-a，电极板固定插件15-b。
所述定位头1包括1-a平面轴承、1-b挡圈、1-d定位止动螺口，定位止动螺口1-d设置在平面轴承1-a上，平面轴承1-a设置在固定外框3上，并通过挡圈1-b固定。
本实施例中，所述电极板7是一个集成多孔碳材料11的电极板。
本实施例中，所述压头4上还设有固定旋钮13。
所述精密预紧滑动机构依靠小螺距(0.5mm机械丝杆或者更为精确的步进电机)来控制压力施加速度和大小，其压力大小可通过在固定电解质的夹持模块套件底部安装薄片式压力传感器来实现精密微调。
为保证精密预紧滑动机构在对电解质材料的压制过程中始终保证垂直施压（保证电极测试有效面积的准确性），对压头4进行了滑动导向配合处理。通过压头突出的定位滑动头4-a和固定外框的滑槽配合，并在固定外框侧面添加滑槽固定侧板12保证了压头4的垂直升降。同时为了减小滑动机构行走过程的摩擦力，对定位头和固定外框的接触处引入平面轴承等措施降低阻力。
电解质材料的有效测试面积活化面积对中通过上下绝缘板定位固定电解质的夹持模块套件来实现。绝缘板同时起到绝缘上下夹持模块当中的电极板的作用。其中上绝缘板采用燕尾槽结构或者其他类似配合结构并引入旋钮卡扣以固定绝缘板。此结构易于拆卸，固定牢固。下绝缘板滑块9，其上设有滑动固定突头9-a；下绝缘板10底座上设有10-a 滑动固定凹槽，这两个部分配合。
电极板7和上下绝缘板5、10预先预紧配合。电极板7与多孔碳材料11之间使用碳糊等良导电材料粘合。
对于不同的测试条件，只须对固定电解质的夹持模块套件进行对应的形状设计和处理。图3,4和图5,6给出了两套不同夹持模块套件的实例。
所述上绝缘板5、下绝缘板10，其材质为高强度，高刚度的绝缘材料如：环氧树脂，酚醛树脂，聚酰亚胺，聚氯乙烯等。
所述电极板7，其材质为铜、不锈钢、钛、镀金铜、镀金不锈钢、镀金钛等。
实施例1
本实施例提供一种电导率测试用夹具的装配方法：
1. 将定位头1安装平面轴承1-a以及定位止动螺钉，装入固定外框3的中心孔中，由轴用挡圈1-b固定；
2. 将压头与上绝缘板5固定，并固定压头4和丝杆2；
3. 将压头装入固定外框8中，并将固定外框3与8固定，滑槽固定侧板12；
4. 将压头4与定位头1配合；
5. 将下绝缘板6与固定外框8固定；
6. 将上电极板14、下电极板15分别固定在上下绝缘板5、10中。并将固定旋钮13装入压头4中，并调节位置固定上绝缘板5；
7. 将电极板7与外接集电导线固定；
8. 按照图4中箭头所指方向的滑动下绝缘板滑块9，可实现电解质测量面积的等比例变换。
实施例2
本实施例提供一种电导率测试用夹具的装配方法：
1. 将定位头1安装平面轴承1-a以及定位止动螺钉，装入固定外框3的中心孔中，由轴用挡圈1-b固定；
2. 将压头4与上绝缘板 5固定，并固定压头4和丝杆2；
3. 将压头装入固定外框8中，并将固定外框3与8固定，固定滑槽固定侧板12；
4. 将压头4与定位头1配合；
5. 将下绝缘板6与固定外框8固定；
6. 将上电极板14、下电极板15分别固定在上下绝缘板5、10中。并将固定旋钮13装入压头4中，并调节位置固定上绝缘板5；
7. 将电极板7与外接集电导线固定。
在具体的测试过程中，只需要根据实际测试项目：不同的电解质性能测试来选择对应的电极夹具套件。如固态和液态之间的转换，两电极和四电极之间的转换等。
对于电解质材料对预紧力有更为敏感的要求时，本发明还提供如下设计方案：可将精密预紧滑动机构(包括定位头和压头)设计成步进电机，并由外电路控制。同时在下绝缘板的内表面贴装薄片式压力传感器。
对测试夹具采取不同的材料选择(如结构件部件，绝缘部件等)可以拓展其测试夹具使用温度范围。
对于恒温电导率测试条件，可更改上下绝缘板的材料，并加装贴片等加热体，实现精确控温。
因此本电导率测试夹具在电解质测试中将具有通用性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种电导率测试用夹具，其特征在于该夹具包括：精密预紧滑动机构、固定外框、固定电解质的夹持模块套件，所述精密预紧滑动机构包括压头和与其配合的定位头，所述压头上固定丝杠；
所述压头设有突出的滑块，该滑块和固定外框的滑槽配合，固定外框两侧设置有用于固定滑槽的滑槽固定侧板，保证精密预紧滑动机构在对电解质材料的压制过程中始终保证垂直施压；
所述夹持模块套件分为用于固态电解质测试和用于液态电解质测试的两类，在具体的测试过程中，只需要根据实际测试项目，不同的电解质性能测试来选择对应的套件，其中：
所述液态电解质用夹持模块套件包括上电极板、下电极板、上绝缘板和下绝缘板；所述上绝缘板、下绝缘板分别固定在压头和固定外框底面，上电极板、下电极板分别与上绝缘板、下绝缘板固定；所述液态电解质用夹持模块套件，其中上电极板上设有液态电解质导流管道，液态电解质导入口以及平面密封O型圈；所述液态电解质用夹持模块套件，其中下电极板上设有液态电解质槽和电极板固定插件；
所述固态电解质用夹持模块套件包括上电极板、下电极板、上绝缘板、下绝缘板以及多孔碳材料，所述多孔碳材料集成在上电极板、下电极板上，所述上绝缘板、下绝缘板分别固定在压头和固定外框底面，上电极板、下电极板分别与上绝缘板、下绝缘板固定。
2.根据权利要求1所述的电导率测试用夹具，其特征在于：所述上电极板、下电极板与多孔碳材料之间使用导电材料粘合。
3.根据权利要求1所述的电导率测试用夹具，其特征在于：所述上电极板和所述上绝缘板预先预紧配合，所述下电极板和所述下绝缘板预先预紧配合。
4.根据权利要求1所述的电导率测试用夹具，其特征在于：所述固定电解质的夹持模块套件根据测试条件进行对应的形状设计和处理。
5.根据权利要求1所述的电导率测试用夹具，其特征在于：所述定位头包括平面轴承、挡圈、定位止动螺口，定位止动螺口设置在平面轴承上，平面轴承设置在固定外框上，并通过挡圈固定。
6.根据权利要求1所述的电导率测试用夹具，其特征在于：所述精密预紧滑动机构依靠小螺距来控制压力施加速度和大小，其压力大小通过在固定电解质的夹持模块套件底部安装薄片式压力传感器来实现精密微调。
7.一种如权利要求5所述的电导率测试用夹具的装配方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，将定位头安装平面轴承以及定位止动螺钉，装入固定外框上部的中心孔中，由挡圈固定；
第二步，将压头与上绝缘板固定，并固定压头和丝杆；
第三步，将压头装入固定外框下部中，并将固定外框上部和下部固定，固定滑槽固定侧板；
第四步，将压头与定位头配合；
第五步，将下绝缘板与固定外框下部固定；
第六步，将上电极板、下电极板分别固定在上绝缘板、下绝缘板中，并将固定旋钮装入压头中，并调节位置固定上绝缘板；
第七步，将上电极板、下电极板与外接集电导线固定。
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| EP1455388A1 (en) * | 2001-11-30 | 2004-09-08 | Tokyo Electron Limited | Reliability evaluation tester, reliability evaluation test system, contactor, and reliability evaluation test method |
| CN101388464A (zh) * | 2008-10-09 | 2009-03-18 | 大连理工大学 | 一种压力与位移测控装置 |
| CN101969131A (zh) * | 2010-09-14 | 2011-02-09 | 江苏新源动力有限公司 | 燃料电池单电池装配与测试工装 |
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