CN115004443A - 用于二次碱性固体电解质电池的电气测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于二次碱性固体电解质电池的测量装置，其包括‑两个非导电的电池主体半部，两个电池主体半部均包括至少一个馈通件，且一个电池主体半部包括至少三个馈通件，两个电池主体半部形成用于接收包括至少阳极、阴极和固体电解质的固体电解质电池单元的接收空间；用于每个馈通件的导电保持元件；用于每个支撑元件的电接触元件，该电接触元件适于响应施加到该元件的力而改变其长度；和两个平面的电流导体，其包括导电区域和非导电区域，这些电流导体中的至少一个适合于在接触元件和固体电解质电池单元的电极之间形成至少三个单独的导电连接。此外，本发明涉及测量装置用于确定二次碱性固体电解质电池的电气特性的用途。

Description

用于二次碱性固体电解质电池的电气测量装置

技术领域

本发明涉及用于二次碱性固体电解质电池的测量装置，其包括两个非导电的电池主体半部，两个电池主体半部均包括至少一个馈通件，且一个电池主体半部包括至少三个馈通件，两个电池主体半部形成用于接收包括至少阳极、阴极和固体电解质的固体电解质电池单元的接收空间；用于每个馈通件的导电保持元件；用于每个支撑元件的电接触元件，该电接触元件适于响应施加到该元件的力而改变其长度；和两个平面的电流导体，其包括导电区域和非导电区域，这些电流导体中的至少一个适合于在接触元件和固体电解质电池单元的电极之间形成至少三个单独的导电连接。此外，本发明涉及测量装置用于确定二次碱性固体电解质电池的电气特性的用途。

背景技术

近几十年来，用户对可持续性和移动性的需求不断增加，极大地改变了分散式储能的格局。而在过去，由于电池的尺寸、重量和非常有限的电容量，电池的技术使用可能性受到很大限制，自从使用基于碱金属的储能系统、例如以可充电锂电池的形式，可能的应用显著增加。自1990年代初投放市场以来，锂离子电池已使智能手机和笔记本电脑等移动应用适合大规模使用。持续的进一步发展也导致能量密度和应用可靠性的提高。正是这些精准的优化步骤促成了这样的事实，例如锂离子电池现在被认为是私营和工业部门分散发电的固定储能设备。此外，这些创新的电存储系统构成了电动汽车领域新的气候友好型运输概念的基础。

有针对性地优化电池的最重要基础之一是能够快速且可重复地确定电池特性。在液体电解质研究领域，通常使用荷包袋或纽扣电池形式的2-电极设置。这些具有决定性的缺点，即缺少第三电极，即基础研究所必需但不能附接的参比电极，以便能够识别电池内的各种降解过程。对于使用例如锂金属形式的参比电极进行电化学分析，经常使用带有适当的插入件的T-电池(例如来自Swagelok)。然而，由于它们的几何形状，它们仅可用于具有液体电解质的电池。带有参比电极的电池组件由许多单独的部件组成，这些部件必须单独清洁并分几个步骤进行相应的组装。例如，在手套箱中，这与花费更多的时间和增加的难度有关。压力通常通过单独的压力弹簧分布在电池内，这些压力弹簧将压力传递到压力柱塞。Swagelok T-电池有一个与电解质层成直角的参比电极，这导致参比和工作/对电极之间的距离更大。这对于基于液体电解质的电池来说是可以接受的，因为液体电解质的绝对电阻很低。然而，对于固体电解质，由于更长的路径，电阻会增加，从而导致可测量的电压差。此外，样品的热变形，例如聚合物固体电解质的熔化会导致电极之间失去接触，从而导致电池测试失败。总而言之，这些缺点是决定性的，因为使用这些设置很难使用在固体电解质电池上通过参比电极进行简单、可靠和可重复的测量。

专利文献还包含各种关于使用参比电极设置测量装置的建议。

例如，EP 1 924 849 B1公开了一种用于热力学评估具有电极的电化学电池的测量系统；所述系统包括：用于测量作为时间的函数的电化学电池开路电压的装置；电连接到电化学电池、用于确定所选的电化学电池组成的组成控制器，所述组成控制器能够确定多个所述所选的组成；与所述电化学电池热接触、用于在每个所述所选组成下确定多个所选电化学电池温度的温度控制器，从而确定多个所选电化学电池温度和组成的组合；以及开路电压分析器，用于在所述电化学电池温度和组成的组合下、从所述的测量开路电压和识别电化学电池热化学稳定条件下的开路电压的装置接收作为时间的函数的开路电压测量值，其特征在于，所述开路电压分析器是能够执行算法的处理器，该算法使用从所述开路电压测量装置接收的、作为时间的函数的所述开路电压测量值来计算在所选的电化学电池温度和组成的组合下每单位时间观察到的开路电压变化率，其中所述算法将在所述所选的电化学电池温度和组成的组合下的所述观察到的每单位时间开路电压变化率的绝对值与每单位时间开路电压的阈值变化率进行比较，以及其中当观察到的每单位时间开路电压变化率的绝对值等于或小于所述每单位时间开路电压的阈值变化率时，所述算法识别开路电压，该开路电压等于所述电化学电池在所述所选的电化学电池温度和组成的组合下的热化学稳定条件下的所述开路电压；其中，作为时间的函数的所述开路电压的阈值变化率等于或小于1mVh^-1。

此外，EP 3 108 224 B1公开了一种用于电化学测试电池、特别是用于测试锂-离子电池的参比电极插入件，包括参比电极和用于保持参比电极的套筒，其特征在于套筒和环形参比电极形成一个结构单元，参比电极被牢固地保持并被封闭地封装在套筒中。

从现有技术已知的此类解决方案可以提供进一步的改进潜力，特别是关于测量设置的灵活性和简易性以及可以收集的参数的重复性。

发明内容

本发明的任务是至少部分地克服现有技术已知的缺点。特别地，本发明的任务是提供一种解决方案，该解决方案能够在可重复的样品条件下在较短的设置时间内进行大量可重复的测量。

该任务通过各自独立权利要求的特征解决，涉及根据本发明的测量设置以及根据本发明的用途。本发明的优选实施方案在从属权利要求、说明书或附图中描述，由此如果上下文没有明确表示相反，在从属权利要求或说明书或附图中描述或示出的进一步特征可以单独或以任何组合构成本发明的目的。

根据本发明，该任务通过用于二次碱性固体电解质电池的电测量装置来解决，其中该测量装置包括至少：

两个非导电的电池主体半部，两个电池主体半部均包括至少一个馈通件，且一个电池主体半部包括至少三个馈通件，两个电池主体半部各自在内侧具有凹部，这些凹部一起形成用于接收包括至少阳极、阴极和固体电解质的固体电解质电池单元的接收空间，并且这些馈通件各自从电池主体半部的外侧延伸至接收空间；

用于每个馈通件的导电保持元件，该保持元件被装备成可机械地连接到相应的电池主体半部；

用于每个支撑构件的电接触元件，该电接触元件可朝向接收空间附接到支撑构件并且适于响应作用在元件上的力而改变其长度；以及

两个扁平的电流导体，其包括导电区域和非导电区域，至少一个电流导体被装备成在接触元件和固体电解质电池的电极之间形成至少三个单独的导电连接，通过电流导体施加在固体电解质电池上的接触元件的机械力。

令人惊讶的是，已经发现上述多电极测量装置能够以非常可重复的方式确定固体电解质电池的电气性能。该设置很简单，因为它仅由几个部分组成，并且因此即使在“不利”的手套箱条件下也可以快速拆卸和组装。另外，该结构也易于清洁。使用保持元件形式的大面积金属集电器的可能性还允许同时对电池内部进行快速和均匀的温度控制。该设置通常对要待测量的固体电解质电池单元施加非常均匀且可控的力。因此，对电池造成机械损坏的风险很小，所述机械损坏然后不可避免地会导致测量错误或测量中止。此外，所选择的设计允许固体电解质电池单元的通常不平坦的样品表面可靠地平整并因此可靠地接触。而且，由于活动部件数目少，只需少量密封件即可可靠地密封该设置。特别是，保持元件及其材料的选择还允许控制整个电池组装的加热周期，从而可以使用测量装置运行快速的温度曲线。

根据本发明的测量装置是用于二次碱性固体电解质电池的电气测量装置。固体电解质(Festelektrolyt)也称为固态电解质

固体电解质(Feststoffelektrolyt)或固体离子导体(fester Ionenleiter genannt)。固体电解质具有凝聚的聚合物支撑结构和嵌入其中的碱金属离子，它们在固体电解质的聚合物基质中是可移动的。电流可以通过固体电解质中离子的移动性流动。固体电解质是导电的，但与金属相比显示出相当低的电子电导率。碱金属固体电池具有至少两个电极和布置在电极之间的固体的、特别是非流动的电解质。除了这些组件之外，固态电池可以具有其他层或片。例如，固态电池可以在固体电解质和电极之间具有其他层。碱金属固态电池的电学性能是基于碱金属(即来自元素周期表第一主族的金属)的氧化还原反应。特别地，锂、钠和钾可以用作碱金属。

根据本发明的结构具有两个非导电的电池主体半部，两个电池主体半部均具有至少一个馈通件，且一个电池主体半部具有至少三个馈通件，这些馈通件各自从电池主体半部的外侧朝向接收空间延伸。非导电的电池主体半部可以由PP、PE、PTFE、PEEK或POM或其他非导电塑料制成。PEEK可能适合与不锈钢制成的导电部件结合，因为两种材料的热膨胀系数在此处相关的温度范围内大致相同。电池主体半部在它们以相同方式构造的意义上来说可以具有对称结构。对于每个半部，馈通件从上侧延伸到下侧，其中馈通件在每种情况下贯穿整个电池主体半部。对于每个电池半部，馈通件使得能够与待测量的电池单元的接收空间接触，例如以一个或多个同心孔的形式。可能的馈通件的数目原则上仅受馈通件的面积和电池主体的面积限制。方便地，每个电池主体半部可以具有1、2、3、4、5或6个馈通件，其中至少一个电池半部具有至少三个孔。两个电池主体半部可以具有用于将两个电池主体半部机械地保持在一起的进一步的装置。后者，例如，以夹具或手动螺钉的形式。然而，也可以通过机械压力机将两个电池部件保持在一起，所述机械压力机不是实际测量设置的一部分。在进一步的描述中，参考了“上部”和“下部”电池半部。这些名称是任意选择的，也可以用“右”和“左”代替。

两个电池主体半部各自在内侧具有凹部，这些凹部一起形成接收空间，用于接收包括至少阳极、阴极和固体电解质的固体电解质电池单元。因此，两个电池主体半部具有“上”部件和“下”部件，并且当电池主体半部结合在一起时，下部件相互接触。电池主体半部的这些下部件也分别具有凹部，该凹部然后总体形成用于电池单元的容纳空间。除了这样的电池单元之外，容纳空间还可以至少部分地容纳电池结构的其他组件，诸如集电器或接触元件。电池主体的两个半部上用于容纳空间的凹部可以相同、尺寸大致相同或尺寸不同。优选地，两个电池主体半部具有大致相等尺寸的凹部，从而导致用于电池单元的对称容纳空间。一个或两个电池主体半部还可以包括用于电池温度控制的设备或进一步的传感器、例如温度传感器。

导电的保持元件可以插入到每个馈通件中，该保持元件被装备成可机械地连接到相应的电池主体半部。可以或已经将导电保持元件引入到每个馈通件中，用于接触接收空间中的电池单元。保持元件例如可以设计为金属销或金属螺钉，其被敲入或拧入电池主体半部中。锤击或旋入在保持元件和电池主体半部之间形成机械连接。保持元件可以由不锈钢、钢、铜、铂或其他导电金属制成。优选不锈钢螺丝。保持元件距接收空间起点的距离可以在0.1–35mm之间、优选地在0.25–5mm之间的范围内。这可以导致电池单元更快的热响应。

每个保持元件可以连接到电接触元件，该电接触元件可朝向接收空间附接到保持元件并且适于根据作用在元件上的力改变其长度。电接触元件，其附接或可以附接至保持元件，用于与接收空间中的电池进行电接触。例如，这可以通过使接触元件穿过中空保持元件并在保持元件的尖端退出来完成。然而，接触元件也可以在其尖端处附接到保持元件。在这种情况下，接触元件可以由不同的金属或金属合金制成。接触元件适于根据作用在元件上的力改变它们的长度。接触元件不具有刚性机械结构，但能够适合于机械作用力。例如，接触件中的弹簧元件可以确保元件的长度不是刚性的，而是当前存在的机械负载的函数。然而，例如，也可以使用气弹簧或带有气弹簧元件的接触件。

该结构还具有两个具有导电和非导电区域的扁平集电器，集电器中的至少一个被设置成在接触元件和固体电解质电池单元的电极之间形成至少三个单独的导电连接。例如，扁平电流导体可以是或多或少的薄圆盘或圆柱体的形式，并且优选地覆盖待测电池在其表面积中的至少电极表面。优选地，集电器的面积可以稍微小于(例如，0.1mm)电池主体半部中的凹部的面积，以允许集电器在组装的电池半部内容易地滑动。在这方面，对于至少两个电极的组件，集电器由至少两种不同的导电和非导电材料制成。不同的材料可以提供通过集电器的电流耗散路径，从而可以对不同的接触元件进行不同的导电连接。另外，可以接触电池电极上的不同位置。此外，集电器也可以容纳电池单元的部件，从而例如测量装置的电极可以嵌入在集电器中。这可以有助于更均匀的压力分布并降低由于更软的聚合物膜的穿透而导致的短路风险。例如，集电器可以是环形电极的形式。在这种情况下，一个内集电器表面和外集电器表面之间的距离可以在0.1–5mm的范围内，优选地，该距离可以在0.5-2mm的范围内，进一步优选在1-1.5mm的范围内。

在根据本发明的设置中，接触元件的机械力通过集电器施加在固体电解质电池上。总之，这导致了一种设置，其中待测量的电池单元存在于由电池主体半部的凹部形成的接收空间的中心，由此电池单元被至少两个集电器包围并且通过集电器与接触元件进行电接触。然后可以通过保持元件将电信号从测量装置中导出。接触元件提供与集电器的电接触，并且由于接触元件的可变长度，还可以定义通过接触元件施加到集电器并因此施加到电池单元的力范围。

在测量装置的优选实施例中，测量装置可以是旋转对称的。旋转对称的测量电池已被证明特别适用于获得尽可能对称的机械和热结构。此设置可减少测量期间的电池错误数目。另外，获得的测量值特别有意义，因为由于不同的温度梯度或电池的不同机械负载导致的差异可以在很大程度上排除。与通常基于不对称电池设计的现有技术设置相比，这是特别的优势。例如，Swagelok T-电池的参比电极与电解质层成直角，这导致参比电极与工作/对电极之间的距离更大。

在测量装置的优选方面中，每个电池主体半部的不同接触元件可以包括不同的金属。因此，电池主体半部的接触元件可以包括不同的金属或金属合金。由于接触元件可以独立地连接到保持元件的事实，每个单独的接触元件可以基于其所需的电气特性独立于其他接触元件来选择。而且，接触元件的金属选择也可以针对电池主体的两个半部进行不同的选择。例如，在具有四个孔和四个接触元件的结构中，一个接触元件可以分别设计为铜、铂、镍和铁接触。这形成了灵活的设计，由此每个接触点的特定材料选择可以灵活地适于测量任务。

在测量装置的优选特征的范围内，电接触元件可以是弹簧触点并且接触元件的布置可以相对于接收空间旋转对称。电池单元通过弹簧触点的对称接触已被证明是特别机械可重复的。因此可以减少由于测量期间固态设置的物理故障而导致的错误测量的比例。另外，通过机械弹簧元件的特性，测量设置可以灵活地适于许多不同的固态电池单元。接触元件的旋转对称设计也意味着电池单元上的机械负载和热负载尽可能均匀，因此不同的测量值可以纯粹归因于电池特性。弹簧触点可以由铜或金或镀金制成，以实现理想的电接触。同时，这些材料对与电池内的测试物质发生化学反应是惰性的。然而，原则上，所有导电的弹簧触点都是可能的。特别是当与硫化电解质和硫基材料一起使用时，金是优选的，以防止常见的铜触点发生反应和降解。弹簧接触面积与集电器面积的之比可以优选地在1:1500和1500:1之间，理想地在1:200和200:1之间的范围内，甚至更优选地在150:1和50:1之间的范围内。弹簧触点在接地状态下的最大偏转为优选至少接收空间的深度。接收空间的高度与接触元件的高度之比可以在100:1和1:1之间，优选为比率1.5:1。

在测量装置的优选方面中，每个测量体半部可以具有四个馈通件、四个保持元件和四个接触元件，其中一个电接触元件布置在中心，而另外三个接触元件布置在围绕中心接触元件的圆形路径上，且其他三个接触元件在每种情况下在圆形路径上偏移120°。接触元件到集电器的这种布置可以导致电池单元上的特别均匀的机械负载。结果是电池单元的扁平结构在固体电解质和电极之间具有紧密接触。另外，热结构使电池单元中的温度梯度尽可能小。电极插入件的这种设计允许测量4-电极电池的多达四种不同的电信号。例如，锂金属可以用作对电极和参比电极，同时可以相对自由选择的参比电极(例如金)来测量电位。

在测量装置的进一步优选实施例中，电池主体的下半部和上半部的电接触元件可以在测量期间布置成彼此偏移60°。在组装状态下，电池主体的下半部和上半部的电接触相互偏移的电池设计已被证明是有效的。这可以增加用于传热的接触区域的数目并导致更快地加热样品。另外，施加在试样上的压力因此可以更好地分布。

在测量装置的优选实施例中，集电器可以在集电器与接触元件电接触的点处具有凹陷。凹陷被接触元件朝向测量填充。这种设计导致电池单元组装与测量期间尽可能均匀的机械负载平面对齐。另外，这种设计能够提高组装的气密性，这有助于减少由于泄漏导致的错误测量。

在测量装置的一个优选方面中，集电器中的一个可以具有圆柱形几何形状，而另一个集电器可以具有带有圆形边缘的圆柱形几何形状。优选地，电极插入件中的至少一个可具有圆形边缘，其允许集电器更灵活地接触插入的电极。后者可能与陶瓷电极特别相关，因为为这种类型的电极创建平面在技术上具有挑战性。

在测量装置的优选特征中，每个集电器可以具有朝向接收空间内部的凹部，该凹部适于接收固体电解质电池的电极。将电池单元的一个或多个电极集成到集电器中可以导致固体电解质的特别平坦的排列并且通过集电器形成对固体电解质的特别高效和均匀的接触。该设置是机械平衡的，并且还导致对称的温度行为。这种设计可以减少由于固体电解质的不充分接触或电池中泄漏而导致测量中断的数目。

在测量装置的优选实施例中，弹簧触点可以具有大于或等于0.05N且小于或等于50N的弹簧常数。弹簧常数的这些范围已被证明特别适合于产生足够的集电器与接触元件的机械连接。可能的力不会太高，从而避免了对集电器的损坏。常数也不会太低，因此即使在电池单元的热致膨胀或收缩的情况下也能确保充分的机械接触。

根据本发明的测量装置用于确定二次碱性固体电解质电池单元的电气特性的用途也符合本发明。根据本发明的设置可用于灵活且可靠地测量具有例如三电极结构的各种固体电解质电池单元。这种设置可以显著减少因电池单元机械损坏或固体电解质与集电器之间的不充分接触而导致的测量伪影的比例。另外，它易于组装，无需额外的磨损部件，例如额外的聚合物膜。进一步，明确提及根据本发明的测量设置的上述优点。

附图说明

根据本发明的目的的进一步的优点和有利的实施方案通过附图示出并且在以下描述中进行解释。应当注意，附图仅是描述性的，而非旨在以任何方式限制本发明。它示出了

图1根据本发明的电池主体半部(底部)的实施方案的示意性侧视图；

图2根据本发明的电池主体半部(底部)的实施方案的示意性俯视图；

图3根据本发明的电池主体半部(底部)的实施方案的示意性仰视图；

图4根据本发明的电池主体半部的实施方案的示意性侧视图(顶部)；

图5根据本发明的电池主体半部的实施方案的示意性俯视图(顶部)；

图6根据本发明的电池主体半部的实施方案的示意性俯视图(顶部)；

图7通过根据本发明的电池主体半部(底部)的实施方案的贯穿示意性截面图；

图8根据本发明的电池主体半部的实施方案的贯穿示意性截面图(顶部)；

图9根据本发明的具有4个不同接触元件的电池主体半部的实施方案的示意性俯视图；

图10根据本发明的集电器的实施方案的示意性俯视图(底部)；

图11根据本发明的具有嵌入电极层的集电器的实施方案的示意性俯视图(底部)；

图12根据本发明的集电器的实施方案的示意性俯视图(顶部)；

图13根据本发明的集电器的示意性横截面图(顶部)；

图14根据本发明的集电器的示意性横截面图(底部)；

图15根据本发明的具有嵌入电极层的集电器的示意性横截面图(底部)；

图16根据本发明的用于四电极插入件的集电器的示意性横截面图；

图17NMC622/Li半电池的测量系列，绘制的是电压作为比电容的函数。

具体实施方式

图1示出了电池主体半部1的示意性侧视图。所示的电池主体半部1可以称为例如下部电池主体半部1。实际的电池主体2可以由诸如PEEK的塑料制成。电池主体半部1被构造成与另一个电池主体半部1组合。为此，电池主体半部1具有孔5，两个电池主体半部1可通过这些孔5相互连接。例如，螺钉可以穿过孔5，两个电池主体半部1可以通过这些孔5拧在一起。所示的电池主体半部1还有一个可选的槽(groove)6，其可以容纳O形环。此外，该视图示出了接触元件4和接收空间3，电池单元可以放置在该接收空间3中以进行实际测量。

图2示出了根据本发明的电池主体半部1的俯视图。具有孔5的实际电池主体2、用于O形环的可选凹部6、单独的接触元件4，在此示例中这里有四个单独的接触元件4，并且示出了用于实际电池单元的接收空间3。

图3示出了根据本发明的电池主体半部1的从下方的视图。在该图中，可以看到实际的电池主体2、用于连接两个电池主体半部1的三个孔和保持元件7。保持元件7可以机械地连接到实际的电池主体2，例如以螺钉的形式。例如保持元件7可以是不锈钢螺钉，其从电池主体半部1的下侧通向接收空间。不锈钢螺钉在指向电池内部的末端有一个用于弹簧触点(未显示)的凹部。这允许在拧松时简单、灵活地更换损坏的弹簧触点或使用具有其他弹簧常数的弹簧触点来改变电池内部的接触压力。保持元件7通过O形密封环(放置在密封环槽中)向外保持气密，该O形密封环由螺钉头压靠在主体上。同时，直径为4mm的孔可以通入螺钉头。保持元件7可以从下方与传统的4mm实验室插头电接触。保持元件的头部形状是任意的，但可以具有用于螺丝刀的狭槽(slot)。部件数量少使得组装非常容易，无论是在正常条件下还是在只有有限移动空间的手套箱内。

图4示出了根据本发明的电池主体半部1的进一步的实施方案。例如，该电池主体半部1可以被视为两个电池主体半部1的布置的上部电池主体半部1。与下部电池主体半部1一样，上部电池主体半部1具有可用于连接两个电池主体半部1的孔5。电池主体2本身由塑料材料制成。单独的接触元件4在保持元件(未示出)的头部示出。同样在上部电池主体半部1的该实施方案中，四个接触元件4作为示例示出。然而，不同的电池主体半部1可以具有不同数目的接触元件4，因此也可以具有保持元件7。例如，上部电池主体半部1可以仅具有一个接触元件4。与下部电池主体半部1一样，上部电池主体半部1具有凹部3，在测量期间实际测量的电池可以放置在该凹部3中。

图5示出了根据本发明的电池主体半部1的俯视图，在这种情况下为上部电池主体半部1。在该俯视图中，可以看到实际的电池主体2、孔5、接收空间3和接触元件4。在该实施方案中，接收空间3内有四个单独的接触元件4。还可以看出，每个电池主体半部1不一定必须具有密封环槽。

图6示出了从下面看的视图中的根据本发明的上部电池主体半部1的、可能设计。实际的电池主体2是可见的，其中嵌入了四个保持元件7。另外，该视图还示出了孔5，两个电池主体半部1可穿过这些孔5通过螺钉相互连接。

图7示出了根据本发明的下部电池主体半部1的实施方案的横截面图。可以看到保持元件7延伸穿过电池主体2。保持元件7是中空的并且可以例如容纳用于电接触的插头。接触元件(未示出)可以附接到每个保持元件7的尖端。保持元件7与接触元件一起将电池主体的一侧连接到接收空间3。此外，在实际的电池主体2中提供凹部6，它可以用来接收密封件。此外，示出了孔5，螺钉可以通过该孔5连接电池主体的两个半部。

图8示出了根据本发明的上部电池主体半部1的实施方案的横截面图。可以看到保持元件7，其延伸穿过电池主体2。保持元件7是中空的并且可以例如容纳用于电接触的插头。接触元件(未示出)可以附接到每个保持元件7的尖端。保持元件7与接触元件一起将电池主体的一侧连接到接收空间3。此外，在实际的电池主体2中提供凹部6，它可以用来接收密封件。此外，示出了孔5，螺钉可以通过该孔5连接电池主体的两个半部。

图9示出了根据本发明的具有四个不同接触元件4的电池主体半部1的插座(receptacle)3的实施方案的俯视图。接触元件4可以是例如由铜、铂、镍和铁制成的接触元件4，并且一个接一个或同时作为单个电池组装中的测量点。与用弹簧在小面积内压在样品上的微触点相比，这可以降低短路的风险，因为施加在样品上的压力分布更均匀。

图10和11示出了根据本发明的集电器8(下)的示意图。集电器8可以是环形的形状并且最低程度地小于接收空间3的直径(例如0.1mm)以允许在接收空间3内容易地滑动。这代表了这种设计的主要优点。可以使用固定电池设计，其中可以使用不同构造的任何集电器8。图10示出了集电器8在其表面上可以具有凹部9，该凹部9可以填充有待测量的电池单元的电极材料。在图10中，示出了没有进一步用电极材料填充的集电器8。在图11中，示出了相同的实施方案，其中集电器8的凹部填充有例如锂金属10。这导致集电器上的两个同心区域，它们被非导电的中心区域隔开。

图12以平面图(顶部)示出了根据本发明的集电器8的进一步的实施方案。该集电器8在表面没有凹部。集电器8的内圈表示该集电器由两种不同的材料制成。例如，内部区域可以由不锈钢制成，而外部区域可以由非导电塑料材料制成。

图13和14示出了截面图中的根据本发明的集电器8的可能设计。例如，图13示出了上部集电器8的实施方案。该集电器8在表面中没有任何凹部，并且也没有被设计成接收待测量的电池单元的电极材料。内部部分11由不锈钢制成，而两个外部部分12可以由塑料材料制成。上部集电器8具有圆柱形状，其中圆柱角被倒圆。图14示出了可能的下部集电器8的横截面。这里，下部集电器8可以表示具有直边的圆柱体。这用于确保下部集电器8被弹簧触点单轴向上推压，而上集电器8由于圆形边缘而在外壳内具有增加的柔韧性，并且可以例如通过四个接触元件4更均匀地压靠在任何样品表面。例如，这对于易碎的陶瓷固体电解质圆盘盘或压制硫化片很重要，因为它具有可重复的内部压力的优势，这与外部螺钉连接无关。后者就是例如Swagelok T-电池的情况。在这种情况下，这些集电器8在顶部和底部之间的交换以及两个圆形或两个非圆形集电器8的组合是可能的。

图14和15示出了在集电器8的表面上具有凹部的下部集电器8的可能实施方案。电池单元的部分电极可以嵌入集电器8的凹部中。通过这些电极组件，集电器8获得了平坦的表面。此外，从图中可以看出，集电器8具有圆柱形状并且由不同的材料制成。在这方面，集电器8可以包括由不锈钢11或塑料材料12形成的区域。通过导电区域的选择，建立与接触元件4(未示出)的接触。集电器8的这种设计非常灵活，原则上它们也可以用作其他电池类型(例如Swagelok T-电池)的集电器。这些改进了这些T电池的基本原理，因为参比电极现在不再必须以直角连接。另外，原则上与根据本发明的结构具有相同的优点，例如在改进的压力分布方面。

图16示出了根据本发明的集电器8的进一步的实施方案。该实施方案例如适用于测量具有四个接触元件4(未示出)的结构的电池单元。

图17示出了使用根据本发明的电池设计获得的测量曲线。它示出了循环实验中作为比电容的函数的二次锂电池单元的电压行为。电池单元具有以下构造。使用图1和图3中的电池主体部件，使用O型密封环和弹簧常数为1.5N的镀金铜弹簧触点。参比电极和负极在循环实验中作为比电容的函数，参比电极和负极由锂制成并嵌入如图11中所示的集电器中。NMC622用作正极的活性材料，并通过如图12中所示的集电器进行电接触，如图12所示。PEO-LiTFSI用作隔膜和固体电解质。电池以15mA g^-1的充电和放电电流恒流运行。测量的重复性非常好，且测量失败的比例极低。

Claims (11)

1.用于二次碱性固体电解质电池的电气测量装置，其特征在于，

该测量装置包括至少：

-两个非导电的电池主体半部(1)，两个电池主体半部(1)均包括至少一个馈通件，且一个电池主体半部(1)包括至少三个馈通件，两个电池主体半部(1)各自在内侧具有凹部，这些凹部一起形成用于接收包括至少阳极、阴极和固体电解质的固体电解质电池单元的接收空间(3)，且这些馈通件各自从电池主体半部(1)的外侧向接收空间(3)延伸；

-用于每个馈通件的导电保持元件(7)，该保持元件(7)被装备成可机械连接到相应的电池主体半部(1)；

-用于每个保持元件(7)的电接触元件(4)，该电接触元件(4)可朝向接收空间(3)附接至保持元件(7)，并且适于根据作用在该元件(4)上的力改变其长度；以及

-两个扁平的电流导体(8)，其包括导电区域(11)和非导电区域(12)，这些电流导体(8)中的至少一个被装备成在接触元件(4)和固体电解质电池单元的电极之间形成至少三个单独的导电连接，

其中这些接触元件(4)的机械力通过这些电流导体(8)施加到该固体电解质电池。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中该接收空间(3)是旋转对称的。

3.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其中每个电池主体半部(1)的不同接触元件(4)包括不同的金属。

4.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其中该电接触元件(4)是弹簧触点，并且该接触元件(4)的布置相对于该接收空间旋转对称。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其中每个测量主体半部(1)具有四个馈通件、四个保持元件(7)和四个接触元件(4)，其中这些电接触元件(4)中的一个布置在中心，而另外三个接触元件(4)布置在围绕该中心接触元件(4)的圆形路径上，并且三个另外的接触元件(4)在每种情况下布置在偏移120°的圆形路径上。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的测量装置，其中这些下部和上部电池主体半部(1)的电接触元件(4)在测量期间布置成彼此偏移60°。

7.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其中这些电流导体(8)在这些电流导体(8)与接触元件(4)电接触的点处具有凹部。

8.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其中这些电流导体(8)中的一个具有圆柱形几何形状，而该另一个电流导体(8)具有带有圆形边缘的圆柱形几何形状。

9.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其中这些电流导体(8)中的每一个具有朝向该接收空间(3)的内侧的凹部，该凹部适于接收该固体电解质电池的电极。

10.根据权利要求4-9中任一项所述的测量装置，其中这些弹簧触点具有大于或等于0.05N且小于或等于50N的弹簧常数。

11.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置用于确定二次碱性固体电解质电池单元的电气性能的用途。

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