CN209927765U - 电解质膜电化学阻抗谱测试装置及电化学测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置及电化学测试系统，涉及电解质阻抗谱测试技术领域，为提供一种提高电化学阻抗谱测试精确度的电解质膜电化学阻抗谱测试装置而设计。电解质膜电化学阻抗谱测试装置包括支架、夹持组件和升降台；夹持组件包括相对布设且用于夹持电解质膜的两个夹持件，两个夹持件均为导电体，且两个夹持件上均安装有外接极耳；升降台滑动安装在支架上，且升降台与其中一个夹持件连接。本实用新型电解质膜电化学阻抗谱测试装置及电化学测试系统用于提高测试数据的精确度。

Description

电解质膜电化学阻抗谱测试装置及电化学测试系统

技术领域

本实用新型涉及电解质阻抗谱测试技术领域，尤其涉及一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置及电化学测试系统。

背景技术

近20年来世界各国在聚合物电解质的研究方面投入了很大的力量,聚合物电解质种类繁多,但大致可分为三类：干态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质和微孔型聚合物电解质。

电化学阻抗谱(Electrochemical impedance spectroscopy，简称EIS)是研究电极与电解质界面发生的电化学过程的最有力工具之一，电化学阻抗谱是给电解质施加频率不同的小振幅的交流信号，测量交流信号电压与电流的比值(此比值即为该电化学系统的阻抗)随正弦波频率的变化，通过电化学阻抗谱可以分析电极和电池内部的电化学过程。电化学工作站可以测出频率范围很宽的阻抗谱，然后再结合等效电路模拟出阻抗值，再进行电导率计算得出电解质离子电导率。从实用的观点来看,聚合物电解质至少要满足具有较高的离子电导率，电池方可进行充电。因此对电池中的电解质进行EIS分析研究显得至关重要。

目前，聚合物电解质阻抗谱测量通常将电解质膜直接放置在电池壳内，将电池壳与电化学工作站的电极连接进行测量，这样导致的技术问题是：电解质膜与电池壳之间接触不好，使电解质膜受力不均匀，测量误差较大，造成电解质膜测试阻抗值偏大，影响到欧姆内阻的精确度，进而降低对电池分析判断的准确度。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置及电化学测试系统，主要目的是使电解质膜在电化学阻抗谱测试的过程中，电解质膜受力均匀，减少阻抗的测量误差，提高电化学阻抗谱测试的精确度。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一方面，本实用新型实施例提供了一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置，包括：

支架；

夹持组件，所述夹持组件设置在所述支架上，所述夹持组件包括相对布设且用于夹持电解质膜的两个夹持件，两个所述夹持件均为导电体，且两个所述夹持件上均安装有外接极耳；

升降台，所述升降台滑动安装在所述支架上，且所述升降台与两个所述夹持件中的其中一个所述夹持件连接。

本实用新型实施例提供的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，利用两个相对布设的夹持件夹持电解质膜，通过与其中一个夹持件连接的升降台朝另一个夹持件方向移动，以实现对电解质膜施加压力，由于电解质膜夹持在两个夹持件之间，这样可以保障电解质膜与夹持件接触良好，在采用升降台和其中一个夹持件朝另一个夹持件移动时，可对电解质膜进行施压，且电解质膜也能够受力均匀，进而提高所测得的阻抗值的准确性，且该装置结构简单，易操作。

可选的，还包括：驱动机构，所述驱动机构与所述升降台连接，且所述驱动机构用于带动所述升降台和与所述升降台连接的所述夹持件朝向或远离另一个所述夹持件移动。

可选的，所述驱动机构包括螺杆和与所述螺杆连接的驱动手柄，所述螺杆的靠近所述升降台的端部与所述升降台螺纹连接。

可选的，两个所述夹持件的中轴线、所述升降台的中轴线，以及所述螺杆的中轴线位于同一条直线上。

可选的，所述支架包括呈上下布设的第一支撑板和第二支撑板，以及设置在所述第一支撑板和所述第二支撑板之间的连接柱，所述升降台滑动安装在所述连接柱上，且所述升降台的滑动方向与所述连接柱的延伸方向一致，两个所述夹持件中的其中一个所述夹持件设置在所述第二支撑板上，另一个所述夹持件设置在所述升降台的靠近所述第二支撑板的一侧。

可选的，所述第一支撑板上开设有通孔，所述螺杆穿过所述通孔与所述升降台螺纹连接。

可选的，两个所述夹持件中设置在所述第二支撑板上的所述夹持件外部套设有绝缘套管，且所述绝缘套管的上表面高于位于所述绝缘套管内的所述夹持件的上夹持面。

进一步的，所述绝缘套管的上表面高于位于所述绝缘套管内的所述夹持件的上夹持面3mm～5mm。

可选的，两个所述夹持件均能覆盖住所述电解质膜的夹持面；和/或，所述升降台与所述支架相配合的位置处设置有滑动结构，所述滑动结构包括滑槽和滑块，所述滑块和所述滑槽的横截面均为燕尾形结构，所述滑槽和所述滑块的其中一个设置在所述升降台上，另一个设置在所述支架上。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种电化学测试系统，该电化学测试系统包括上述实施例提供的所述电解质膜电化学阻抗谱测试装置；电化学工作站，所述电化学工作站与所述电解质膜电化学阻抗谱测试装置的外接极耳电连接。

本实用新型实施例提供的电化学测试系统，由于采用上述所述的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，亦可提高测试的阻抗值的准确性，为电池的阻抗谱分析提供可靠的数据。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图2的B处放大图；

图4为本实用新型实施例提供的一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置的使用状态图；

图5为采用本实用新型实施例提供的一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置与现有的电化学阻抗谱测试装置所测试的阻抗Nyquist对比图；

图6为采用本实用新型实施例提供的一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置与现有的电化学阻抗谱测试装置所测试的阻抗Nyquist对比图；

图7为采用本实用新型实施例提供的一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置与现有的电化学阻抗谱测试装置所测试的阻抗Nyquist对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例电解质膜电化学阻抗谱测试装置及电化学测试系统进行详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

参照图1和图4，本实用新型实施例提供了一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置，包括：支架1、设置在支架1上的夹持组件、滑动安装在支架1上的升降台4，夹持组件包括相对布设且用于夹持电解质膜9的两个夹持件，两个夹持件均为导电体，且两个夹持件上均安装有外接极耳10，升降台4与两个夹持件中的其中一个夹持件连接。

两个夹持件分别为第一夹持件2和第二夹持件3，升降台4与第一夹持件2连接，当然也可以与第二夹持件3连接，升降台4沿着支架1滑动，进而带动第一夹持件2朝第二夹持件3方向或远离第二夹持件3的方向移动，当升降台4带动第一夹持件2朝第二夹持件3方向移动时，以使电解质膜9的表面分别与第一夹持件2和第二夹持件3的夹持面接触，随着升降台4的不断滑动，就会使第一夹持件2和第二夹持件3作用在电解质膜9上压力，电解质膜9与两个夹持件接触均匀，从而第一夹持件2和第二夹持件3作用在电解质膜9上的压力均匀，避免在接触面的局部出现间隙或者过度挤压的现象，若出现间隙则会直接导致所测得的阻抗值的增大，利用电解质膜9与夹持件的均匀接触，提高测试结果的准确性，这样通过较为准确的测试数据能够精确的分析电解质膜的电化学阻抗谱，从而对电池的阻抗谱等性能分析提供了有利的数据。

当依靠人力带动升降台4滑动时，有可能会出现作用在电解质膜9上的压力不均匀，为了使作用在电解质膜9上的压力均匀，本实施例提供的电解质膜电化学阻抗谱测试装置还包括：驱动机构5，驱动机构5用于带动升降台4和与升降台4连接的夹持件朝另一个夹持件移动或远离另一个夹持件。利用驱动机构5带动升降台4滑动，不仅保障升降台4滑动过程中的稳定性，也保障了作用在电解质膜9上的压力均匀。

通常，电解质膜9的表面为平面，为了进一步提高测试数据的准确性，第一夹持件2和第二夹持件3与电解质膜9接触的夹持面也为相对应的平面，这样就会进一步保障第一夹持件2和第二夹持件3与电解质膜9充分接触，保障压力的均匀性。

带动升降台4和第一夹持件2朝第二夹持件3移动的驱动机构5具有多种结构，在一些实施例中，参照图1，驱动机构5包括螺杆51和与螺杆51连接的驱动手柄52，螺杆51的靠近升降台4的端部与升降台4螺纹连接，也就是说，通过驱动手柄52带动螺杆51的转动，以带动升降台4和第一夹持件2沿着支架1滑动；在另外一些实施例中，驱动机构5包括驱动电机，驱动电机的输出轴上安装有传动轮，升降台4上设置有与传动轮相啮合的齿条，驱动电机转动时带动传动轮转动，传动轮与齿条相配合以带动升降台滑动；但是，由于在给电解质膜9施加压力时，压力值一般较小，采用图1所示的驱动机构完全可以保障压力的施加，且图1所示的驱动机构结构简单，操作也方便，相对应的制造成本也较低。

当完成电解质膜9的测试后，反向旋转驱动手柄52，驱动手柄52又带动升降台4和第一夹持件2朝远离第二夹持件3的方向滑动，进而可取出电解质膜9。

为了保障测试的顺利进行，示例的，电解质膜9的夹持面的轮廓线超出第一夹持件2的夹持面的轮廓线，同样，电解质膜9的夹持面的轮廓线超出第二夹持件3的夹持面的轮廓线，若电解质膜9的夹持面的轮廓线未超出第一夹持件2的夹持面的轮廓线或第二夹持件3的夹持面的轮廓线时，在夹持过程中，为导电体的第一夹持件2和第二夹持件3会直接接触而发生短路现象，若电解质膜9的夹持面的轮廓线大大超出第一夹持件2的夹持面的轮廓线或第二夹持件3的夹持面的轮廓线，也容易导致电解质膜9发生卷曲，进而接触性较差，测试的阻抗谱误差就会偏大，优选的，电解质膜9的夹持面的面积等于第一夹持件2的夹持面的面积以及第二夹持件3的夹持面的面积，其中，夹持面为相接触的表面。

为了进一步保障作用在电解质膜9上的作用力均匀，第一夹持件2的中轴线、第二夹持件3的中轴线、升降台4的中轴线，以及螺杆51的中轴线位于同一条直线上。这样当螺杆51带动升降台4和第一夹持件2朝电解质膜9施加压力时，能够保障作用在电解质膜9表面的作用力均匀，进而提高测量数据的准确性。

支架1的结构具有多种情况，示例的，参照图1和图2，支架1包括呈上下布设的第一支撑板11和第二支撑板12，以及设置在第一支撑板11和第二支撑板12之间的连接柱13，升降台4滑动安装在连接柱13上，且升降台4的滑动方向与连接柱13的延伸方向一致，两个夹持件中的其中一个夹持件设置在第二支撑板12上，另一个夹持件设置在升降台4的靠近第二支撑板12的一侧，例如，第一夹持件2设置在升降台4上，第二夹持件3设置在第二支撑板12上。采用图1所示的支架1，结构也较简单，也可减小制造成本。

为了提高整个支架1的稳定性，参照图2，连接柱13具有四个，即四个连接柱13呈矩形布设并穿过升降台4，这样当驱动机构5带动升降台4滑动时，可保障升降台4在滑动过程中的稳定性，进而使作用在电解质膜9上的压力也较稳定。

具体实施时，可使第一支撑板11和第二支撑板12相平行设置，连接柱13与第一支撑板11和第二支撑板12均垂直。

支架1可以采用导电材料制成，也可采用绝缘材料制成，升降台4可以是导电材料制成，也可采用绝缘材料制成，当支架1和升降台4均为导电材料制成时，参照图1，升降台4与第一夹持件2之间设置绝缘结构6，该绝缘结构6有效防止均为导体的升降台4和第一夹持件2之间发生短路现象；第二支撑板12与第二夹持件3之间也设置绝缘结构6，该绝缘结构6可防止均为导体的第二支撑板12与第二夹持件2之间发生短路现象。

为了简化结构，绝缘结构6为绝缘材料制得的绝缘垫片，当然，也可以选用其他结构的绝缘结构6，在此对绝缘结构6的具体结构不做限定，任何结构均在本申请的保护范围之内。

绝缘垫片可以是聚四氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯等绝缘材质。

升降台4与支架1滑动连接的方式具有多种结构，示例的，参照图3，滑动结构包括滑槽72和滑块71，滑槽72和滑块71的横截面均为燕尾形结构，滑槽72和滑块71的其中一个设置在升降台4上，另一个设置在支架1上，例如，燕尾滑槽72开设在连接柱13上，且滑槽72的延伸方向与连接柱13的延伸方向一致，滑块71设置在升降台4上，通过滑槽72与滑块71相配合不仅实现了升降台4在支架1上的滑动，且该种滑动结构具有自锁功能，防止升降台4在滑动过程中滑块71滑脱滑槽72；再示例的，滑动结构包括横截面均为矩形的滑块和导向槽。

在一些实施方式中，第一夹持件2包括第一底座21和与第一底座21连接的第一导电柱22，外接极耳10设置在第一底座21上，第一底座21与升降台4连接，第一底座21和第一导电柱22可以选自不锈钢、铜镀银等材料中的一种，第一导电柱22的结构具有多种，例如，圆柱状、棱柱状或者其他形状，为了节约加工成本，以及与所述电解质膜9的表面结构相适应，优选为圆柱状，因为裁剪后的电解质膜9为圆柱状，具体实施时，第一底座21和第一导电柱22材料可以相同，且呈一体结构，当然也可以不一体成型。

在另外一些实施方式中，第二夹持件3包括第二底座31和与第二底座31连接的第二导电柱32，第二底座31设置在第二支撑板12上，外接极耳10设置在第二底座31上，第二底座31和第二导电柱32可以选自不锈钢、铜镀银等材料中的一种，第二导电柱32的结构优选为圆柱状，具体实施时，第二底座31和第二导电柱32材料相同，且呈一体结构，当然也可以不一体成型。

为了进一步提高测量数据的准确性，第一导电柱22和第二导电柱32与电解质膜9相接触的表面需光滑，摩擦系数较小。

参照图1，第二夹持件3外部套设有绝缘套管8，且绝缘套管8的上表面高于第二夹持件3的上夹持面，也就是说，在第二夹持件3的上夹持面与绝缘套管8的上表面之间形成用于放置电解质膜9的放置槽，这样设计的目的是：当将电解质膜9放置在放置槽内，第一夹持件2朝下移动挤压电解质膜9时，电解质膜9不会发生移动，保障了施加在电解质膜9上的作用力均匀。

绝缘套管8可以是聚四氟乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯等绝缘材质。

为了方便装配，绝缘套管8与第二夹持件3为间隙配合，在保障第一夹持件2施加压力时，电解质膜9不发生偏移的前提下，也方便操作者拆装。

示例的，绝缘套管8的上表面高于第二夹持件3的上夹持面3mm～5mm，通常，电解质膜9的厚度为200um～2mm，若绝缘套管8的上表面与第二夹持件3的上夹持面之间的距离较大，不便于操作者观察电解质膜9的挤压情况，若绝缘套管8的上表面与第二夹持件3的上夹持面之间的距离较小，又无法保障电解质膜9不发生偏移。所以，优选于绝缘套管8的上表面高于第二夹持件3的上夹持面3mm～5mm。

本实用新型实施例还提供了一种电化学测试系统，电化学测试系统包括电化学工作站和上述实施例提供的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，电化学工作站与电解质膜电化学阻抗谱测试装置的外接极耳电连接。具体的，其中一个外接极耳10与电化学工作站的工作电极连接，另一个外接极耳10与电化学工作站的对电极和参比电极连接。

在具体进行电化学阻抗谱测试时，将电解质膜9夹持在电解质膜电化学阻抗谱测试装置上，由于在测试时电解质膜9受力均匀，提高了阻抗谱测试数据的准确性。

下述通过多个阻抗Nyquist对比图对利用该电化学测试系统所测试的电解质膜的阻抗与利用现有的电化学阻抗谱测试装置所测试的电解质膜的阻抗进行说明：

采用本公开的测试装置以及采用现有的其他测试装置(如通常使用电池壳进行测试)对直径为16mm的一种干态铝聚合物电解质膜在相同条件下进行阻抗值测试，所测得的阻抗值对比如图5所示，通过该阻抗Nyquist对比图(其中，横坐标为所测得的阻抗值)明显得出，利用本公开的测试装置所测得的阻抗值明显小于采用其他测试装置所测得的阻抗值，由此得出，本公开测试装置能够减少影响所测得的阻抗值增加的外界因素，使测得值更靠近真实值。

采用本公开的测试装置以及采用现有的其他测试装置对直径为16mm的一种微孔型锂聚合物电解质膜在相同条件下进行阻抗值测试，所测得的阻抗值对比如图6所示，通过该阻抗Nyquist对比图明显得出，利用本公开的测试装置所测得的阻抗值也明显小于采用其他测试装置所测得的阻抗值。

采用本公开的测试装置以及采用现有的其他测试装置对直径为16mm的一种凝胶态锂聚合物电解质膜在相同条件下进行阻抗值测试，所测得的阻抗值对比如图7所示，通过该阻抗Nyquist对比图明显得出，利用本公开的测试装置所测得的阻抗值同样明显小于采用其他测试装置所测得的阻抗值。

通过上述三个对比图得出，采用本公开的电解质膜电化学阻抗谱测试装置或电化学测试系统能够更加准确的测得电解质膜的阻抗值，提高阻抗谱分析的精确性。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电解质膜电化学阻抗谱测试装置，其特征在于，包括：

支架；

夹持组件，所述夹持组件设置在所述支架上，所述夹持组件包括相对布设且用于夹持电解质膜的两个夹持件，两个所述夹持件均为导电体，且两个所述夹持件上均安装有外接极耳；

升降台，所述升降台滑动安装在所述支架上，且所述升降台与两个所述夹持件中的其中一个所述夹持件连接。

2.根据权利要求1所述的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，其特征在于，还包括：

驱动机构，所述驱动机构与所述升降台连接，且所述驱动机构用于带动所述升降台和与所述升降台连接的所述夹持件朝向或远离另一个所述夹持件移动。

3.根据权利要求2所述的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，其特征在于，所述驱动机构包括螺杆和与所述螺杆连接的驱动手柄，所述螺杆的靠近所述升降台的端部与所述升降台螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，其特征在于，两个所述夹持件的中轴线、所述升降台的中轴线，以及所述螺杆的中轴线位于同一条直线上。

5.根据权利要求3所述的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，其特征在于，所述支架包括呈上下布设的第一支撑板和第二支撑板，以及设置在所述第一支撑板和所述第二支撑板之间的连接柱，所述升降台滑动安装在所述连接柱上，且所述升降台的滑动方向与所述连接柱的延伸方向一致，两个所述夹持件中的其中一个所述夹持件设置在所述第二支撑板上，另一个所述夹持件设置在所述升降台的靠近所述第二支撑板的一侧。

6.根据权利要求5所述的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，其特征在于，所述第一支撑板上开设有通孔，所述螺杆穿过所述通孔与所述升降台螺纹连接。

7.根据权利要求5所述的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，其特征在于，两个所述夹持件中设置在所述第二支撑板上的所述夹持件外部套设有绝缘套管，且所述绝缘套管的上表面高于位于所述绝缘套管内的所述夹持件的上夹持面。

8.根据权利要求7所述的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，其特征在于，所述绝缘套管的上表面高于位于所述绝缘套管内的所述夹持件的上夹持面3mm～5mm。

9.根据权利要求1所述的电解质膜电化学阻抗谱测试装置，其特征在于，两个所述夹持件均能覆盖住所述电解质膜的夹持面；和/或

所述升降台与所述支架相配合的位置处设置有滑动结构，所述滑动结构包括滑槽和滑块，所述滑块和所述滑槽的横截面均为燕尾形结构，所述滑槽和所述滑块的其中一个设置在所述升降台上，另一个设置在所述支架上。

10.一种电化学测试系统，其特征在于，包括：

如权利要求1～9任一项所述的电解质膜电化学阻抗谱测试装置；

电化学工作站，所述电化学工作站与所述电解质膜电化学阻抗谱测试装置的外接极耳电连接。

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