CN217181056U - 锂电池隔膜离子电导率测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的锂电池隔膜离子电导率测试装置，属于锂离子电池电导率测量装置的技术领域，解决现有技术的产品无法较为精确在不同预紧力下测试隔膜的离子电导率，致使锂电池的使用性能无法准确评估的技术问题。其包括夹持力可调节的夹持装置、软包锂电池结构和电化学测量系统，软包锂电池结构内交错设置有预设数量的极片和隔膜，所述极片设置有伸出所述软包锂电池结构的极耳，所述电化学测量系统分别与所述极耳电连接，所述软包锂电池结构被所述夹持装置在预设夹持力作用下夹持时，所述电化学测量系统根据所述隔膜的厚度值，确定锂电池隔膜离子电导率。本实用新型提供能够较为精确测试不同预紧力下隔膜的离子电导率，为锂电池的性能做出准确评估。

Description

锂电池隔膜离子电导率测试装置

技术领域

本实用新型属于电池电导率测试装置的技术领域，尤其涉及一种锂电池隔膜离子电导率测试装置。

背景技术

锂离子电池已广泛应用于涉及储能的各个领域，特别是在新能源电动汽车领域，锂离子电池的能量密度密切决定着电动汽车续航里程的长短，其中，隔膜作为锂离子电池四大主材之一，对锂电池电化学性能都有着重要影响，在锂电池内部，锂离子扩散路径必须要通过隔膜，因此准确测试隔膜的锂离子电导率，对分析隔膜状态和研究电池的性能都有着重要作用。此外，模组内部各个单体电池之间紧密排布，在模组充放电过程中，单体电池会发生膨胀现象，使得电池受力增大，因此，更需要研究不同预紧力下锂电池隔膜的离子电导率。

现有技术中的测试方法包括直接测试电解液的电导率和测试扣电的电化学阻抗谱，简称(EIS)，其中：

直接测试电解液的电导率，其优点是测试方法简单、高效，但是只能测试电解液的离子电导率，无法评估锂离子通过隔膜的离子电导率，无法准确预估锂电池的性能；

测试扣电的电化学阻抗谱，利用EIS计算隔膜的离子电导率，可以测试隔膜的离子电导率，且扣电制备及EIS测试简单，易于实施，但是，由于扣电本身电阻偏高，容易造成测试一致性差的问题。由于扣电本身组装的特性，无法测试相同扣电在不同预紧力下的离子电导率。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种锂电池隔膜离子电导率测试方法，解决现有技术的产品无法较为精确在不同预紧力下测试隔膜的离子电导率，致使锂电池的使用性能无法准确评估的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：

提供一种锂电池隔膜离子电导率的测试装置，包括夹持力可调节的夹持装置、软包锂电池结构和电化学测量系统，软包锂电池结构内交错设置有预设数量的极片和隔膜，所述极片设置有伸出所述软包锂电池结构的极耳，所述电化学测量系统分别与所述极耳电连接，其中：

所述软包锂电池结构被所述夹持装置在预设夹持力作用下夹持时，所述电化学测量系统根据所述隔膜的厚度值，确定锂电池隔膜离子电导率。

与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案包括以下有益效果：

本案所提供的装置，同一包电池的测试可在不同预紧力条件下对离子电导率进行测试。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型中夹具的结构示意图；

图3为本实用新型软包锂电池结构结构的示意图；

其中：

1、软包锂电池结构；11、总正极耳；12、总负极耳；13、极片；14、软包电池基本结构单元；15、负极耳总成；16、正极耳总成；17、隔膜；2、支撑座；3、支撑杆；41、采集器；42、螺栓；43、夹板；44、压力传感器；5、连接件。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本实用新型，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。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。

如图1所示的锂电池隔膜离子电导率的测试装置，包括夹持力可调节的夹持装置、软包锂电池结构1和电化学测量系统，软包锂电池结构1内交错设置有预设数量的极片13和隔膜17，极片13设置有伸出软包锂电池结构1的极耳，电化学测量系统分别与极耳电连接，软包锂电池结构1如上述所述可包括多个软包锂电池结构1单元，其中：

软包锂电池结构1被夹持装置在预设夹持力作用下夹持时，电化学测量系统根据隔膜17的厚度值，确定锂电池隔膜17离子电导率。

作为本申请所提供的部分实施方式，如图2所示，软包锂电池结构1夹具所夹持，且该夹具的夹持力是可调节的，例如，使用螺栓42或顶丝连接的两块夹板43，夹板43的四个边角位置安装有螺栓42或顶丝，夹板43夹持软包锂电池结构1后，转动螺栓42或顶丝提交两块夹板43夹持力的大小；

进一步的，配合压力传感器44和控制器，控制器包括采集器41，能够采集夹具的压力值，压力传感器44，例如，现有技术中的陶瓷压力传感器44或是垫圈式压力传感器44，将其安装在夹具内，通过不同预紧力作用软包锂电池结构1从而采集夹持力。

作为本申请所提供的部分实施方式，如图3所示，包括壳体，壳体内设置有一个密封结构的软包电池基本结构单元14，或，多个密封结构的软包电池基本结构单元14，软包电池基本结构单元14内交错设置有预设数量的极片13 和隔膜17，并通过超声波焊接并形成两个极耳总成，即为，总正极耳11和总负极耳12，总正极耳11和总负极耳12分别与电化学测量系统电连接。

当设置多个多个软包电池基本结构单元14时，每个软包电池基本结构单元14内的极片13和隔膜17的数量相同或不相同，以供不同型号电池的测试。每个软包电池基本结构单元14的总正极耳11和总负极耳12，通过连接件分别形成负极耳总成15和正极耳总成16，并与电化学工作站电连接，从而完成测试。

测试时，由支撑座2和支撑杆3组成支撑结构，支撑杆3固定软包夹具，电化学工作站与锂电池结构1对应的总正、负极耳电连接，夹具施加不用的夹紧力，进而完成测试。

作为本申请所提供的部分实施方式，试验所选用隔膜17厚度为8-30μm，且单片隔膜17长宽均小于10.5cm，极片13的厚度为5-30μm，且单片极片13 长和宽均小于10cm。

上述所述的极片13可以是铝箔、铜箔、锂铜复合箔等其它导电金属箔材，且不涂覆任何材料。

通过调整不同预紧力的大小，使得隔膜17的厚度产生变化，通过电化学工作站测量，并通过预设公式计算出锂电池隔膜离子电导率。

锂电池隔膜17离子电导率的测试装置，包括夹持力可调节的夹持装置、软包锂电池结构1和电化学测量系统，软包锂电池结构1内交错设置有预设数量的极片13和隔膜17，极片13设置有伸出软包锂电池结构1的极耳，电化学测量系统分别与极耳电连接，软包锂电池结构1如上述所述可包括多个软包锂电池结构1单元，其中：

软包锂电池结构1被夹持装置在预设夹持力作用下夹持时，电化学测量系统根据隔膜17的厚度值，确定锂电池隔膜17离子电导率。

作为本申请所提供的部分实施方式，如图2所示，软包锂电池结构1被夹具所夹持，且该夹具的夹持力是可调节的，例如，使用螺栓42或顶丝连接的两块夹板43，夹板43的四个边角位置安装有螺栓42或顶丝，夹板43夹持软包锂电池结构1后，转动螺栓42或顶丝提交两块夹板43夹持力的大小；

进一步的，配合压力传感器44和控制器，控制器包括采集器41，能够采集夹具的压力值，压力传感器44，例如，现有技术中的陶瓷压力传感器44或是垫圈式压力传感器44，将其安装在夹具内，通过不同预紧力作用软包锂电池结构1从而采集夹持力。

作为本申请所提供的部分实施方式，包括壳体，壳体内设置有一个密封结构的软包电池基本结构单元14，或，多个密封结构的软包电池基本结构单元 14，软包电池基本结构单元14内交错设置有预设数量的极片13和隔膜17，并通过超声波焊接并形成两个极耳总成，即为，总正极耳11和总负极耳12，总正极耳11和总负极耳12分别与电化学测量系统电连接。

当设置多个多个软包电池基本结构单元14时，每个软包电池基本结构单元14内的极片13和隔膜17的数量相同或不相同，以供不同型号电池的测试。每个软包电池基本结构单元14的总正极耳11和总负极耳12，通过连接件分别形成负极耳总成15和正极耳总成16，并与电化学工作站电连接，从而完成测试。

作为本申请所提供的部分实施方式，试验所选用隔膜17厚度为8-30μm，且单片隔膜17长宽均小于10.5cm，极片13的厚度为5-30μm，且单片极片13 长和宽均小于10cm。

上述所述的极片13可以是铝箔、铜箔、锂铜复合箔等其它导电金属箔材，且不涂覆任何材料。

通过调整不同预紧力的大小，使得隔膜17的厚度产生变化，通过电化学工作站测量，并通过上述公式计算出锂电池隔膜离子电导率锂电池隔膜17离子电导率的测试装置，包括夹持力可调节的夹持装置、软包锂电池结构1和电化学测量系统，软包锂电池结构1内交错设置有预设数量的极片13和隔膜17，极片13设置有伸出软包锂电池结构1的极耳，电化学测量系统分别与极耳电连接，软包锂电池结构1如上述所述可包括多个软包锂电池结构1单元，其中：

软包锂电池结构1被夹持装置在预设夹持力作用下夹持时，电化学测量系统根据隔膜17的厚度值，确定锂电池隔膜17离子电导率。

通过调整不同预紧力的大小，使得隔膜17的厚度产生变化，通过电化学工作站测量，计算出锂电池隔膜离子电导率。

具体的成型工艺和测试方法，如下：

锂电池隔膜17离子电导率测试方法，该方法包括：

S101:软包锂电池结构1形成工艺，软包锂电池结构1内交错设置有预设数量的极片13和隔膜17，具体的：

软包锂电池结构1形成工艺时，软包锂电池结构1紧密接触的方式设置有至少一个软包电池基本结构单元14，软包电池基本结构单元14内交错设置有预设数量的极片13和隔膜17，且至少成对延伸出两个极耳，一般的，软包锂电池结构1密封形式设置多个软包电池基本结构单元14，且每个软包电池基本结构单元14内的极片13和隔膜17的数量相同或不相同，根据锂电池的整体结构设置而确定极片13和隔膜17的数量是否相同或不相同。

软包电池基本结构单元14的成型工艺，采用现有技术中的方法即可，例如，极片13模切出极耳、配合隔膜17进行绕卷、极耳焊接、组装、烘烤除水和注液(电解液)等，形成软包电池基本结构，以完成测试准备。

进一步的，软包锂电池结构1形成工艺时，软包锂电池结构1紧密接触的方式设置有一个软包电池基本结构单元14，软包电池基本结构单元14内交错设置有预设数量的极片13和隔膜17，且至少成对延伸出两个极耳，软包电池基本结构单元14选用单侧出间隔出两个极耳，并通过超声波焊接形成总正极耳11和总负极耳12；

如是，设置多个软包电池基本结构单元14，先对每个软包电池基本结构单元14的极耳分别进行超声波焊接形成两个总极耳(正、负极耳)，再通过连接件分别将每个软包电池基本结构单元14的正、负极耳进行超声波焊接，形成正、负极耳总成15。

S102:软包锂电池结构1被预设预紧力所夹持，具体的：软包锂电池结构1 夹具所夹持，且该夹具的夹持力是可调节的，例如，使用螺栓42或顶丝连接的两块夹板43，夹板43的四个边角位置安装有螺栓42或顶丝，夹板43夹持软包锂电池结构1后，转动螺栓42或顶丝提交两块夹板43夹持力的大小；

进一步的，配合压力传感器44和控制器，控制器包括采集器41，能够采集夹具的压力值，压力传感器44，例如，现有技术中的陶瓷压力传感器44或是垫圈式压力传感器44，将其安装在夹具内，通过不同预紧力作用软包锂电池结构1从而采集夹持力；

S103:被夹持的软包锂电池结构1放置在电化学测量系统进行测试，在当前预设预紧力下，通过电化学测量系统获取隔膜17的厚度，以确定锂电池隔膜17离子电导率，具体的：

电化学测量系统，例如，使用现有技术中的电化学工作站，其包括工作电极、参比电极和辅助电极，与上述的正负极耳总成15或正负总极耳连接。电化学测量系统，如，电化学工作站，其包括工作电极，对电极，参比电极，工作电极连接一个极耳总成，辅助电极和参比电极连接另外一个极耳总成，在不同预紧力作用下进行测试锂电池隔膜17离子电导率，具体的：

所有的极片13的尺寸结构相同，和/或，所有隔膜17的尺寸结构相同；

在预设预紧力夹持下，实时获取隔膜17的厚度，直至厚度稳定时，锂电池隔膜17离子电导率满足：

其中，为隔膜17的离子电导率，d为隔膜17厚度，R是隔膜17的欧姆阻抗，S垂直于电流方向隔膜17的截面积。

上述公式中，隔膜17的欧姆阻抗和垂直于电流方向隔膜17的截面积均为设计定量参数，即为，已知值，只有d为隔膜17厚度为变量，且与夹持力的大小相关，在一定范围内，作用加持力越大，d为隔膜17厚度越小，即为，隔膜17的离子电导率越小，因此，该方法可测试不同预紧力条件下锂电池隔膜17的离子电导率，通过调节预设预紧力的大小即可，实现测试电池的快速制备、确保样品电池一致性和实现在同一包电池测试不同预紧力条件下的离子电导率的目标。

其次是，为电池的安装提供一定的分析，现代汽车的要求是结构紧凑，尽可能的节约空间，在锂电池的成型工艺或在汽车上的安装工艺，势必会对电池产生一定的加持力，而该加持力的大小会对锂电池的使用性能产生一定影响，而通过本案的方法可为二者提供一定的理论依据。

对于某款厚度为14μm隔膜，将其分别制成尺寸小于10cm*10cm，隔膜 17层数为1-10层的软包电池，测得不同层数隔膜的软包电池在某一预紧力(F[1,10000]，单位N)下的隔膜欧姆内阻为2.3mΩ，根据上述公式可知，该款隔膜17的离子电导率为2.4*10-2S/cm。

以上对本实用新型所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离实用新型创造原理的前提下，还可以对实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入实用新型权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种锂电池隔膜离子电导率的测试装置，其特征在于，包括夹持力可调节的夹持装置、软包锂电池结构和电化学测量系统，软包锂电池结构内交错设置有预设数量的极片和隔膜，所述极片设置有伸出所述软包锂电池结构的极耳，所述电化学测量系统分别与所述极耳电连接，其中：

所述软包锂电池结构被所述夹持装置在预设夹持力作用下夹持时，所述电化学测量系统根据所述隔膜的厚度值，确定锂电池隔膜离子电导率。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，夹持装置包括夹持力可调节的夹持装置、压力传感器和采集器，其中：所述压力传感器安装在所述夹持装置内，并与采集器电连接；所述夹持装置作用不同预紧力以夹持软包锂电池结构，且所述电化学测量系统与分别软包锂电池结构的极耳电连接，以测量出锂电池隔膜离子电导率。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，包括密封结构的壳体，所述壳体内至少设置有一个软包电池基本结构单元，所述软包电池基本结构单元内交错设置有预设数量的极片和隔膜，所述极片设有极耳，所述极耳分别与所述电化学测量系统电连接。

4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述壳体内至少设置有多个软包电池基本结构单元，每个所述软包电池基本结构单元内的极片和隔膜的数量相同或不相同。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述隔膜厚度为8-30μm，且单片隔膜长宽均小于10.5cm。

6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述极片的厚度为5-30μm，且单片所述极片长和宽均小于10cm。

7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述电化学测量系统为电化学工作站。

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