CN218995618U - 一种锂离子电池隔膜电性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池隔膜电性能测试装置，包括电解液容腔、凸字型电极和用于固定隔膜的隔膜夹具，两个电解液容腔通过螺栓固定，隔膜夹具设置于两个电解液容腔之间、且通过密封圈对四周进行密封，两个凸字型电极分别设置于两个电解液容腔、并分别从电解液容腔中穿出与阻抗测试仪连接；隔膜通过隔膜夹具进行固定的方式，不仅保证了隔膜在测试过程中保持隔膜表面平整并平行于电极表面，而且保证了在隔膜电性能测试的过程中在电解液中表面平整并充分浸润，隔膜不受压力，隔膜依然能够保持本身固有的特性，这样消除了外力对不同隔膜造成的不同程度损伤，极大的增加批次一致性，保证了测量结果的有效性和准确性。

Description

一种锂离子电池隔膜电性能测试装置

技术领域

本实用新型涉及锂电池制备技术领域，尤其涉及一种锂离子电池隔膜电性能测试装置。

背景技术

随着人工智能的发展和新能源行业的发展，锂离子电池在消费类电子产品、绿色出行和绿色储能方面的需求急剧增大。锂离子电池的主要组件包括正极、负极、电解液和隔膜。隔膜虽是电池中非活性部分，但是起分隔正负极作用，在保证正负极之间锂离子正常导通的同时防止正负极发生直接接触而短路。隔膜对电解液中锂离子的导通能力对电池电性能存在直接影响，在电池安全方面也起着极为重要的作用。通常隔膜导通离子的能力用离子电导率来衡量。因此，隔膜锂离子电导率的精确测量对电池电性能准确评估，具有重大研究价值。

目前，采用最多的方式是装配扣式对称电池(扣电)的方式对隔膜离子电导率进行评估。由于扣电封口本身需要一定的压力，这使得电极对隔膜挤压，对隔膜孔结构和厚度影响巨大，造成测量不准确，同时压力批次稳定性及个人操作一致性差。不仅如此，扣电内部的接触电阻也无法扣除，其次，很大程度上，扣电装配的一致性超过了隔膜本身对离子电导率的影响，隔膜的电解液浸润和表面气泡的存在也会对测量结果造成很大的误差。

实用新型内容

基于背景技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种锂离子电池隔膜电性能测试装置，保证了测量结果的有效性和准确性。

本实用新型提出的一种锂离子电池隔膜电性能测试装置，包括电解液容腔、凸字型电极和用于固定隔膜的隔膜夹具，两个电解液容腔通过螺栓固定，隔膜夹具设置于两个电解液容腔之间、且通过密封圈对四周进行密封，两个凸字型电极分别设置于两个电解液容腔、并分别从电解液容腔中穿出与阻抗测试仪连接。

进一步地，所述隔膜夹具包括中部开设贯穿孔的隔膜组件，隔膜设置于两个隔膜组件之间。

进一步地，其中一电解液容腔开设注液口，另一电解液容腔开设出液口，螺栓依次穿过两电解液容腔四周开设的通孔，以固定两电解液容腔。

进一步地，两电解液容腔之间四周设置密封圈。

进一步地，凸字型电极为金属铂电极。

本实用新型提供的一种锂离子电池隔膜电性能测试装置的优点在于：本实用新型结构中提供的一种锂离子电池隔膜电性能测试装置，，通过从电解液容腔中引出凸字型电极，可精确调节电极间距来适应测试，方便电导率准确换算，整个测试过程简单、方便；隔膜通过隔膜夹具进行固定的方式，保证了隔膜在测试过程中保持隔膜表面平整并平行于电极表面，隔膜更换简单、方便，另外也可以保证在隔膜电性能测试的过程中在电解液中表面平整并充分浸润，隔膜不受压力，隔膜依然能够保持本身固有的特性，这样消除了外力对不同隔膜造成的不同程度损伤，极大的增加批次一致性，保证了测量结果的有效性和准确性。

附图说明

图1为本实用新型结构的俯视图；

图2为采用电化学工作站在10000000～1HZ范围内进行电化学阻抗(EIS)测时的电化学阻抗线性拟合图；

其中，1-电解液容腔，2-凸字型电极，3-隔膜夹具，4-密封圈，11-注液口，12-出液口，13-通孔，31-隔膜组件。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

如图1至2所示，本实用新型提出的一种锂离子电池隔膜电性能测试装置，包括电解液容腔1、凸字型电极2和用于固定隔膜的隔膜夹具3，两个电解液容腔1通过螺栓固定，隔膜夹具3设置于两个电解液容腔1之间、且通过密封圈对四周进行密封，两个凸字型电极2分别设置于两个电解液容腔1中、并分别从电解液容腔1中穿出与阻抗测试仪连接。

两个凸字型电极2分别设置于两个电解液容腔1，凸字型电极2凸出部分为极耳，极耳与电解液容腔1通过夹具夹持固定，同时极耳可以引出电流。电解液容腔1可以为采用聚四氟铣刀铣出来的内部空的结构，电解液容腔1顶部预留有孔洞，凸字形电极2从电解液容腔1预留的孔洞中穿出，穿出部分暴露在外面，后续与阻抗测试仪连接，通过从电解液容腔1中引出凸字型电极2，通过夹具改变凸字型电极2的极耳固定位置，可精确调节电极间距来适应测试，方便电导率准确换算，整个测试过程简单、方便，其中电机采用凸字型，可以与电解液容腔1固定同时也方便与电化学仪器连接。

在隔膜测试时，电解液在两个电解液容腔1之间流动，采用回字形密封圈对两个电解液容腔1进行外环密封，保证电解液在电解液容腔1中流动时，不外漏。

电解液容腔1主要是容纳电解液及固定隔膜夹具3和对称电极，对称电极为两个凸字型电极2，隔膜在隔膜夹具3中，中间部分是完全暴露在电解液中的，所以凸字型电极2、隔膜是可以联通的，隔膜在两个隔膜夹具3中间，隔膜夹具3被两个电解液容腔压紧。

其中隔膜夹3具包括中部开设贯穿孔的隔膜组件31，隔膜设置于两个隔膜组件31之间，具体为，隔膜先平铺在一个隔膜组件31上，再用另一个隔膜组件31盖在隔膜上，最后将隔膜夹具3放置在电解液容腔1内，会被电解液容腔1夹紧，中间一部分隔膜就会暴露在电解液中。

特别说明，中间部分的隔膜没有被夹住，四周部分的隔膜通过隔膜夹具3进行固定，保证了隔膜在测试过程中保持隔膜表面平整并平行于电极表面，然后将固定后的隔膜夹具3放置到电解液容腔1中，这种隔膜通过隔膜夹具3进行固定的方式，隔膜更换简单、方便，另外也可以保证在隔膜电性能测试的过程中在电解液中表面平整并充分浸润，隔膜不受压力，隔膜依然能够保持本身固有的特性，这样消除了外力对不同隔膜造成的不同程度损伤，极大的增加批次一致性。

电解液容腔1中有电解液、凸字型电极2，隔膜在隔膜夹具3中，隔膜中间部分是完全暴露在电解液中，因而凸字型电极2与隔膜是可以联通，最终可以实现隔膜的电性能测试。

另外，其中一电解液容腔1开设注液口11，注液口11优选开在其中一个电解液容腔1的上部，便于注液，另一电解液容腔1开设出液口12，出液口12优选开在另一个电解液容腔1的中部，便于排出液体；螺栓依次穿过两电解液容腔1四周开设的通孔13，以固定两电解液容腔1，从注液口11注入电解液，以使得隔膜表面充分浸润，可以从出液口12排出电解液。

需要理解的是，凸字型电极2可采用平滑的不锈钢片、铜片、铝片、铂片等高导电性金属片材，厚度范围0.5～3mm；电解液容腔1可采用耐电解液腐蚀的有机(聚四氟乙烯等)聚合物或无机材质(石英等)；两电解液容腔1之间四周设置密封圈(4)，密封圈4的设置可以保证电解液在两个电解液容腔1之间流动时不会漏出，密封圈4和隔膜夹具3也可以采用耐电解液腐蚀的聚合物材料(聚四氟乙烯等)；同时该测试装置的尺寸可以通过调整两个电解液容腔1之间的距离进行自由调整。

首先，对隔膜取样并夹在隔膜夹具3中，然后把隔膜夹具3和电解液容腔1、凸字型电极2等组装起来，并通过注液口11注入电解液，静置2h，使得隔膜充分浸润。随后，采用电化学工作站在10000000～1HZ范围内进行电化学阻抗(EIS)测试，测试结果如图2所示，通过对测试数据线性拟合得到阻值，随后通过电导率计算公式得到隔膜的离子电导率。

具体为：截取与电阻测试模具相匹配的隔膜1块，在室温下将隔膜放入测试模具，添加浓度为1.0mol/L的六氟磷酸锂(LiPF₆)，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)的体积为1:1:1的电解液中，保持密封，浸泡2h。测试其交流阻抗电阻，再放入1层隔膜，测试其电阻值，可连续测三次，通过电化学阻抗线性拟合得到三个交流阻抗电阻R1、R2、和R3，结果取平均值。测试过程中，需确保隔膜平整且充分浸润到电解液中，得到隔膜的离子电导率σ，σ单位为西门子每厘米(S/cm)：

式中：R表示1层隔膜的电阻值，单位为欧姆(Ω)；d表示1层隔膜的厚度，单位为微米(μm)S表示试验时裁取的隔膜的面积，单位为平方厘米(cm²)。

通过测试有一层隔膜的交流电阻(实验组)和无隔膜的交流电阻(控制组)相减，得出隔膜的净交流电阻，通过上式计算得到隔膜的离子电导率。通过空白电解液对照组(无隔膜的交流电阻的控制组)，可以提高隔膜离子电导率的测试准确性，减少接触等其他阻抗或误差。

如下为三种不同型号隔膜通过本实用新型测量出的电导率结果，其中实施例1的20um隔膜厚度最大，电导率最低，与理论相符。实施例2和实施例3隔膜总厚度相同，其中实施例3中隔膜陶瓷层厚度设置较大，使得电导率偏低，测试结果与理论一致。

实施例1

隔膜规格(um)	类型	电导率(mS/m)
			20	PP(裸膜)	0.572

实施例2

隔膜规格(um)	类型	电导率(mS/m)
			16+2	PP/PE(涂陶瓷)	0.724

实施例3

隔膜规格(um)	类型	电导率(mS/m)
			14+4	PP/PE(涂陶瓷)	0.638

注：电解液离子电导率：10mS/m。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，包括电解液容腔(1)、凸字型电极(2)和用于固定隔膜的隔膜夹具(3)，两个电解液容腔(1)通过螺栓固定，隔膜夹具(3)设置于两个电解液容腔(1)之间、且通过密封圈对四周进行密封，两个凸字型电极(2)分别设置于两个电解液容腔(1)中、并分别从电解液容腔(1)中穿出与阻抗测试仪连接。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，所述隔膜夹具(3)包括中部开设贯穿孔的隔膜组件(31)，隔膜设置于两个隔膜组件(31)之间。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，其中一电解液容腔(1)开设注液口(11)，另一电解液容腔(1)开设出液口(12)，螺栓依次穿过两电解液容腔(1)四周开设的通孔(13)，以固定两电解液容腔(1)。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，注液口(11)开设于其中一电解液容腔(1)的上部，出液口(12)开设在另一电解液容腔(1)的中部。

5.根据权利要求3所述的锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，两电解液容腔(1)四周开设有通孔(13)，螺栓依次穿过两电解液容腔(1)四周的通孔(13)，以固定两电解液容腔(1)。

6.根据权利要求3所述的锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，两电解液容腔(1)之间四周设置密封圈(4)。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜电性能测试装置，其特征在于，凸字型电极(2)为金属铂电极。

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