CN107219400A - 固体电解质离子电导率测试夹具、系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体电解质电导率测试夹具，包括：可拆卸连接的用于夹持固体电解质的第一夹具部以及第二夹具部；用于测量所述第一夹具部和/或所述第二夹具部对所述固体电解质的压力值的压力传感器。根据测量的固体电解质与所述第一夹具部以及所述第二夹具部之间的压力值，动态调节第一夹具部以及第二夹具部与固体电解质的接触情况，使得第一夹具部和/或第二夹具部与固体电解质紧密均匀接触，避免由于第一夹具部以及第二夹具部对固体电解质的压力太大造成损坏，同时避免了由于第一夹具部以及第二夹具部与固体电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。本发明还提供一种固体电解质电导率测试系统。本发明还提供一种固体电解质电导率测试方法。

Description

固体电解质离子电导率测试夹具、系统以及方法

技术领域

本发明涉及电导率测试技术领域，特别涉及一种固体电解质离子电导率测试夹具，还涉及一种固体电解质离子电导率测试系统，还涉及一种固体电解质离子电导率测试方法。

背景技术

在社会发展需求和市场现状的推动下，电池技术正在向安全可靠、服役寿命长、规模集成化、成本低廉化、环境友好的方向发展。使用固体电解质的全固态电池符合以上未来新型电池的发展要求，且在动力电池和储能电池方面前景广阔。固体电解质通常又称快离子导体或超离子导体，是指离子电导率较高，电导活化能低，且结构内具有适宜离子快速传输的通道或链段的一类材料。离子电导率是固体电解质的关键指标，全固态电池的循环性能与固体电解质的离子电导率密切相关。

常用的电导率测试技术为交流阻抗测试方法，交流阻抗测试是一种以小振幅的正弦波信号为扰动信号的测量方法，对测试体系影响极小。其主要原理是通过对被测电化学体系施加一个正弦波微扰信号，进而测量获得的相应频率响应进行分析，此时体系的频率响应函数就是交流阻抗，综合不同频率下测得的频率响应函数值绘制成曲线，便得到体系的交流阻抗谱。在分析交流阻抗谱时，通过等效电学原件构建与测试系统等效的电路进行分析，计算固体电解质的离子电导率。目前存在的问题是现有的交流阻抗测试测试过程繁琐，而且测试结果误差较大。

因此，如何避免由于第一夹具部以及第二夹具部对固体电解质的压力太大，对其造成损害，同时避免由于第一夹具部以及第二夹具部与固体电解质接触不良导致测量结果不准确的问题，是本领域技术人员急需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体电解质离子电导率测试夹具，夹具结构简单，避免由于第一夹具部以及第二夹具部对固体电解质的压力太大，对其造成损害，同时避免了由于第一夹具部以及第二夹具部与固体电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种固体电解质电导率测试方法，包括：

可拆卸连接的用于夹持固体电解质的第一夹具部以及第二夹具部；

用于测量所述第一夹具部和/或所述第二夹具部对所述固体电解质的压力值的压力传感器。

优选的，在上述固体电解质电导率测试夹具中，所述压力传感器为设置于所述固体电解质与所述第一夹具部和/或所述第二夹具部之间的薄膜压力传感器。

优选的，在上述固体电解质电导率测试夹具中，还包括：

设置于所述固体电解质与所述第一夹具部以及所述第二夹具部之间的阻塞电极元件。

优选的，在上述固体电解质电导率测试夹具中，所述阻塞电极元件为铂金片、金片或者银片。

优选的，在上述固体电解质电导率测试夹具中，所述第一夹具部与所述第二夹具部之间通过螺栓连接。

优选的，在上述固体电解质电导率测试夹具中，所述螺栓与所述第一夹具部或者所述第二夹具部之间的接触面设置有第一绝缘套。

优选的，在上述固体电解质电导率测试夹具中，所述第一夹具部与所述第二夹具部之间设置有第二绝缘套，所述固体电解质以及阻塞电极元件放置于所述第二绝缘套内。

本发明还提供了一种固体电解质电导率测试系统，包括如上述任一项所述的固体电解质电导率测试夹具，还包括：

与所述第一夹具部以及所述第二夹具部连接的电导率测试装置，所述测试装置包括：用于获取所述固体电解质的阻抗值的数据获取单元；用于根据所述阻抗值计算电导率的计算单元；

与所述压力传感器连接，用于获取并显示所述压力传感器测量的所述压力值的压力计。

本发明还提供了一种固体电解质电导率测试方法，包括：

步骤S1：将固体电解质设置于固体电解质电导率测试夹具的第一夹具部和第二夹具部之间，所述第一夹具部与所述第二夹具部可拆卸连接；

步骤S2：测量所述第一夹具部和/或所述第二夹具部对所述固体电解质的压力值，并调节所述第一夹具部和/或所述第二夹具部对所述固体电解质的压力，使得测量出的压力值在阈值范围内；

步骤S3：获取所述固体电解质的阻抗，并根据所述阻抗计算所述固体电解质离子电导率。

本发明所提供一种固体电解质电导率测试夹具，包括：可拆卸连接的用于夹持固体电解质的第一夹具部以及第二夹具部；用于测量所述第一夹具部和/或所述第二夹具部对所述固体电解质的压力值的压力传感器。由于第一夹具部以及第二夹具部可拆卸连接，根据测量的固体电解质与所述第一夹具部以及所述第二夹具部之间的压力值，动态调节第一夹具部以及第二夹具部与固体电解质的接触情况，使得第一夹具部和/或第二夹具部与固体电解质紧密均匀接触，避免由于第一夹具部以及第二夹具部对固体电解质的压力太大，对其造成损害，同时避免了由于第一夹具部以及第二夹具部与固体电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。

本发明还提供一种固体电解质电导率测试系统，具有上述效果。

本发明还提供一种固体电解质电导率测试方法，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的固体电解质电导率测试夹具结构示意图；

图2为本发明又一实施例所提供的固体电解质电导率测试夹具结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的固体电解质电导率测试方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的固体电解质电导率测试夹具结构图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供了一种固体电解质电导率测试夹具，包括：

通过连接部件可拆卸连接的用于夹持固体电解质3的第一夹具部1以及第二夹具部2；

用于测量所述第一夹具部1和/或所述第二夹具部2对所述固体电解质3 的压力值的压力传感器。

其中，所述第一夹具部1与所述第二夹具部2均为导电不锈钢夹具部，包括但不限于导电不锈钢夹具部，还可以为其它可导电的夹具，均在保护范围内。为了避免夹具对固体电解质3进行破坏，或者防止夹具与固体电解质3 并没有良好的接触，还包括与所述第一夹具部1和所述第二夹具部2连接的，用于测量所述第一夹具部1和/或所述第二夹具部2对所述固体电解质3表面压力的压力传感器。当然，压力传感器的设置位置以及个数根据实际情况进行设置，例如，可设置两个压力传感器，一个设置于第一夹具部1和固体电解质3之间，另一个设置于第二夹具部2和固体电解质3之间，得到准确的压力值。

将第一夹具部1和第二夹具部2可拆卸连接，根据测量的固体电解质与所述第一夹具部以及所述第二夹具部之间的压力值，动态调节第一夹具部以及第二夹具部与固体电解质的接触情况，保证夹具与固体电解质3之间均匀紧密接触，又避免夹具对固体电解质3的破坏或者压力太大导致固体电解质3 损坏，提高测试结果的准确性。

本发明所提供一种固体电解质电导率测试夹具，由于第一夹具部以及第二夹具部可拆卸连接，根据测量的固体电解质与所述第一夹具部以及所述第二夹具部之间的压力值，动态调节第一夹具部以及第二夹具部与固体电解质的接触情况，使得第一夹具部和/或第二夹具部与固体电解质紧密均匀接触，避免由于第一夹具部以及第二夹具部对固体电解质的压力太大造成损害，避免了由于第一夹具部以及第二夹具部与固体电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。

进一步的，在上述固体电解质电导率测试夹具的基础上，所述压力传感器为设置于所述固体电解质3与所述第一夹具部1和/或所述第二夹具部2之间的薄膜压力传感器。

其中，薄膜压力传感器可以设置于所述固体电解质3与所述第一夹具部1 和/或所述第二夹具部2之间，目的是直接又准确的获取固体电解质3与所述第一夹具部1以及所述第二夹具部2的压力值。

进一步的，在上述固体电解质电导率测试夹具的基础上，为了改善待测固体电解质3与夹具间接触，减小接触电阻，还包括：

设置于所述固体电解质3与所述第一夹具部1或者所述第二夹具部2之间的阻塞电极元件4。

其中，阻塞电极材料为电子导电性好，延展性好，且阻塞检测离子的金属材料，例如铂金片、金片或者银片等均在保护范围内。阻塞电极元件4与所述固体电解质3表面贴合，且其面积大于或者等于与其接触的所述固体电解质3的表面面积。两侧阻塞电极元件4的面积与形状均与夹具接触面相同，完全覆盖待测固体电解质3样品。

进一步的，在上述固体电解质3电导率测试夹具的基础上，所述阻塞电极元件4为铂金片、金片或者银片。铂金片明显改善待测固体电解质3与夹具间接触，减小接触电阻，当然，还可以可为其它类型的能够阻塞离子的材料。

进一步的，在上述固体电解质电导率测试夹具的基础上，所述第一夹具部1与所述第二夹具部2之间通过螺栓5连接。

其中，第一夹具部1和第二夹具部2平行，固体电解质3和阻塞电极元件4叠层设置于第一夹具部1和第二夹具部2之间，夹具部的四角各设置用于螺栓穿过的螺孔，螺栓与夹具通过螺母固定即可，通过移动第一夹具部1 或者第二夹具部2来调节夹具部之间的相对位置。当然，还可以为其它可拆卸连接，均在保护范围内。

进一步的，在上述固体电解质电导率测试夹具的基础上，所述螺栓5与所述第一夹具部1或者所述第二夹具部2之间的接触面设置有第一绝缘套7。

需要指出的是，第一绝缘套7的个数不做具体限定，可以在每个夹具部与螺栓之间的接触面均设置，也可以任意选择一个接触面设置，均能够达到绝缘的效果，均在保护范围内。

进一步的，可参考图2，在上述固体电解质电导率测试夹具的基础上，所述第一夹具部1与所述第二夹具部2之间设置有第二绝缘套9，所述固体电解质3以及所述阻塞电极元件4放置于所述第二绝缘套9内。

其中，第二绝缘套9的两端分别将第一夹具部1和第二夹具部2的外侧四周边缘包裹，固体电解质3和阻塞电极元件4放置于第二绝缘套9内，第二绝缘套将其的位置进行限制，使其不容易偏移。

本发明还提供了一种固体电解质电导率测试系统，包括如上述任一项所述的固体电解质电导率测试夹具，还包括电导率测试装置，所述测试装置与所述第一夹具部1以及所述第二夹具部2通过导线8连接。

进一步的，在上述固体电解质3电导率测试夹具中，所述测试装置包括：

与所述第一夹具部1以及所述第二夹具部2连接的电导率测试装置，所述测试装置包括：用于获取所述固体电解质3的阻抗值的数据获取单元；用于根据所述阻抗值计算电导率的计算单元；

与所述压力传感器连接，用于获取并显示所述压力传感器测量的所述压力值的压力计。

具体的，进行交流阻抗测试时，根据交流阻抗谱确定固体电解质3片阻抗值，通过公式σ＝h/RS计算固体电解质3的电导率，其中，σ为待测固体电解质离子电导率；R为待测固体电解质3阻抗值；S为待测固体电解质3的表面面积；d为待测固体电解质3的厚度，计算固体电解质3的电导率。

请参考图3，图3为本发明实施例所提供的固体电解质电导率测试方法流程图。为弥补现有技术的不足，本发明提供一种使用简便可靠的固体电解质3 电导率测试方法，对设备材料要求低，操作简单，附加阻抗小，结果一致性好。

本发明提供了一种固体电解质电导率测试方法，包括：

步骤S1：将固体电解质设置于固体电解质电导率测试夹具的第一夹具部以及第二夹具部之间。

在具体实施时可采用以上所述的固体电解质电导率测试夹具，可参考图 1。其中，若固体电解质3为薄片状，则第一夹具部1与第二夹具部2相互平行，结构对称，接触面面积和形状相同，且完全重合大小覆盖固体电解质3。固体电解质3与第一夹具部1的下表面贴合以及第二夹具部2的上表面贴合，固体电解质3与第一夹具部1以及第二夹具部2接触并保持被夹持状态。需要指出的是，第一夹具部1和第二夹具部2的形状和相对位置可根据固体电解质3的形状和厚度进行设置，只要达到和固体电解质3接触并保持夹持状态的目的即可，均在保护范围内。

第一夹具部1和第二夹具部2可以通过螺栓5和螺母安装和固定，可以理解的是还可以为其它类型的可拆卸连接，均在保护范围内。

由于第一夹具部1和第二夹具部2之间绝缘，因此连接测试装置后并不会发生短路现象，保证了测试的正常进行。第一夹具部1和第二夹具部2之间可以通过多种方式保持绝缘，均在保护范围内。例如，设置于螺母和螺栓5 之间的绝缘套。

步骤S2：测量所述第一夹具部和/或所述第二夹具部对所述固体电解质的压力值，并调节所述第一夹具部和/或所述第二夹具部对所述固体电解质的压力，使得测量出的压力值在阈值范围内。

其中，通过压力传感器测量所述第一夹具部1以及所述第二夹具部2对所述固体电解质3的压力值，技术人员根据压力计显示的数值，调节第一夹具部1和/或第二夹具部2对所述固体电解质3的压紧程度，直至测量的第一夹具部1以及第二夹具部2对固体电解质3的压力值在阈值范围内。若采用以上所述的固体电解质电导率测试夹具，则通过调节螺母在螺栓5上的旋紧位置，调节第一夹具部1和/或第二夹具部2对固体电解质3的压紧程度，直至压力计显示的数值在阈值范围内时停止移动螺母。

在调节第一夹具部1和/或第二夹具部2对固体电解质3的压力时，要保持第一夹具部1和第二夹具部2与固体电解质3均匀接触，这样保持固体电解质3受力均匀，避免夹具对固体电解质3造成损坏，或者放置夹具与固体电解质3并没有良好的接触。

其中，压力传感器通过绝缘导线与外部的压力计即压力计相连，通过压力计的读数确定当前夹具对固体电解质3的压力值，有利于控制压力大小，避免压力过大将固体电解质3样品压碎。另外，在第一夹具部1与固体电解质3之间以及第二夹具部2与固体电解质3之间均设置压力传感器的情况下，上下压力传感器测量出统一的压力值也排除了压力对测试结果的影响，提高了测试的准确性。

需要指出的是，压力传感器的种类和设置位置不做具体限定，可选用设置于第一夹具部1或者第二夹具部2与固体电解质3之间的薄膜压力传感器，均在保护范围内。

步骤S3：获取所述固体电解质的阻抗，并根据所述阻抗计算所述固体电解质离子电导率。

具体的，第一夹具部1和第二夹具部2与电解质测量装置连接，获取交流阻抗谱，根据交流阻抗谱获取固体电解质3的阻抗，通过公式σ＝h/RS计算固体电解质3的电导率，其中，σ为待测固体电解质离子电导率；R为待测固体电解质3阻抗值；S为待测固体电解质3的表面面积；d为待测固体电解质 3的厚度。

进一步的，在实际测试时夹具部与固体电解质之间的压力要适中，避免夹具部对固体电解质压力太大而造成的损坏，同时避免了接触不良导致测量结果不准确的问题。

本发明提供的一种固体电解质离子电导率的检测方法，通过对固体电解质与所述第一夹具部以及所述第二夹具部之间的压力值测量，避免由于第一夹具部以及第二夹具部对固体电解质的压力太大，对其造成损害，同时避免了由于第一夹具部以及第二夹具部与固体电解质接触不良导致测量结果不准确的问题。检测方法操作简便、夹具与固体电解质接触紧密、通用性好、离子电导率的测量过程更准确，样品测试的重复性好，对于准确检测固体电解质3离子电导率具有重要意义。

下面列举三个实施例说明不同种类的固体电解质的电导率测量过程以及夹具的安装使用过程。

实施例1

步骤S1：取适量磷酸钛锂粉末烧结制成一定尺寸的固体电解质片，将铂金片、固体电解质片、铂金片按照顺序依次层叠放置于接触面完全重合的第一夹具部1以及第二夹具部2的接触面上，进行对齐，并在第一夹具部1和固体电解质片之间以及第二夹具部2和固体电解质片之间安装压力传感器，可参考图1。或者在第一夹具部1与所述第二夹具部2之间安装第二绝缘套9，铂金片、固体电解质片、铂金片按照顺序依次层叠放置于第二绝缘套9内，并设置压力传感器，通过第二绝缘套9限定铂金片、固体电解质片、铂金片的位置，可参考图2。

步骤S2：采用螺栓5和螺母将第一夹具部1以及第二夹具部2安装连接，如图1或图2所示，在第一夹具部1和第二夹具部2的四角分别安装螺栓5，并在螺栓5上分别安装螺母。压力传感器与压力计连接，压力计获取并显示所述压力传感器测量的压力值，技术人员通过读取压力计显示的压力值，根据显示的压力值调节所述第一夹具部1以及所述第二夹具部2的相对位置，即调节螺母在螺栓5上的旋紧位置，使得压力计显示的压力值在预设的阈值范围内，避免夹具对固体电解质3进行破坏，或者防止夹具与固体电解质3 并没有良好的接触。

步骤S3：通过第一夹具部1以及第二夹具部2连接的电导率测试装置，进行交流阻抗测试，根据交流阻抗谱确定固体电解质片阻抗，通过公式σ＝h/RS，计算磷酸钛锂的锂离子电导率。

实施例2

在氩气气氛下，取适量Li₃PS₄粉末压片制成一定尺寸的固体电解质片进行Li₃PS₄的锂离子电导率测量，与实施例1的测量方法相同，在此不再赘述。

实施例3

在氩气气氛下，取适量Na₃PS₄粉末压片制成一定尺寸的固体电解质片进行Na₃PS₄的钠离子电导率测量，与实施例1的测量方法相同，在此不再赘述。

本发明提供的一种固体电解质电导率测试方法，可应用于不同温度及不同气氛环境下检测待测固体电解质材料离子电导率。其中气氛环境可根据待测固体电解质材料稳定性选择，如用于测试稳定固体电解质时使用的空气气氛，以及用于测试不稳定固体电解质时使用的氮气或氩气等惰性气氛。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种固体电解质电导率测试夹具，其特征在于，包括：

可拆卸连接的用于夹持固体电解质的第一夹具部以及第二夹具部；

用于测量所述第一夹具部和/或所述第二夹具部对所述固体电解质的压力值的压力传感器。

2.如权利要求1所述的固体电解质电导率测试夹具，其特征在于，所述压力传感器为设置于所述固体电解质与所述第一夹具部和/或所述第二夹具部之间的薄膜压力传感器。

3.如权利要求2所述的固体电解质电导率测试夹具，其特征在于，还包括：

设置于所述固体电解质与所述第一夹具部以及所述第二夹具部之间的阻塞电极元件。

4.如权利要求3所述的固体电解质电导率测试夹具，其特征在于，所述阻塞电极元件为铂金片、金片或者银片。

5.如权利要求1至4任一项所述的固体电解质电导率测试夹具，其特征在于，所述第一夹具部与所述第二夹具部之间通过螺栓连接。

6.如权利要求5所述的固体电解质电导率测试夹具，其特征在于，所述螺栓与所述第一夹具部或者所述第二夹具部之间的接触面设置有第一绝缘套。

7.如权利要求5所述的固体电解质电导率测试夹具，其特征在于，所述第一夹具部与所述第二夹具部之间设置有第二绝缘套，所述固体电解质以及阻塞电极元件放置于所述第二绝缘套内。

8.一种固体电解质电导率测试系统，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的固体电解质电导率测试夹具，还包括：

与所述第一夹具部以及所述第二夹具部连接的电导率测试装置，所述测试装置包括：用于获取所述固体电解质的阻抗值的数据获取单元；用于根据所述阻抗值计算电导率的计算单元；

与所述压力传感器连接，用于获取并显示所述压力传感器测量的所述压力值的压力计。

9.一种固体电解质电导率测试方法，其特征在于，包括：

步骤S1：将固体电解质设置于固体电解质电导率测试夹具的第一夹具部和第二夹具部之间，所述第一夹具部与所述第二夹具部可拆卸连接；

步骤S2：测量所述第一夹具部和/或所述第二夹具部对所述固体电解质的压力值，并调节所述第一夹具部和/或所述第二夹具部对所述固体电解质的压力，使得测量出的压力值在阈值范围内；

步骤S3：获取所述固体电解质的阻抗，并根据所述阻抗计算所述固体电解质离子电导率。