电池隔膜电性能测量装置及测量方法与流程

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种电池隔膜电性能测量装置及测量方法。

背景技术：

随着人工智能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。隔膜虽是电池中的非活性部分，但是起分隔正负极的作用，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。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的研究价值。

现有的测量装置，其用于夹紧隔膜的夹具大多采用装配扣式对称电池(扣电)的方式，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较大，造成测量不准确，同时压力批次稳定性及个人操作一致性较差。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。其他改进的装置尽管试图通过减少电极对隔膜的压力或通过多层隔膜累加测试，但仍很难保证多层隔膜平整紧密接触并相互平行于电极，此外，多层隔膜累加测试的过程也比较复杂。再者，多层隔膜间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，测量的准确性低；由于现有的隔膜都是微米级别的，现有的测量装置不能对两极片间间距进行高精度测量，进而影响测试结果的准确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池隔膜电性能测量装置，旨在解决现有技术中的电池隔膜电导率测量误差较大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电池隔膜电性能测量装置，包括。

测试模具，包括相对设置的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体之间的距离可调；

电极片，包括第一电极片和第二电极片，所述第一电极片收容于所述第一壳体中，所述第一电极片的一侧具有伸出于所述第一壳体的第一凸出部，所述第二电极片收容于所述第二壳体中，所述第二电极片的一侧具有伸出于所述第二壳体的第二凸出部；

隔膜夹具，位于所述第一壳体与所述第二壳体之间且用于夹持电池隔膜，使用时，所述隔膜夹具被夹紧于所述第一电极片与所述第二电极片之间。

进一步地，所述第一壳体开设有第一容置腔，所述第二壳体开设有第二容置腔，所述第一容置腔和所述第二容置腔位于所述第一壳体和第二壳体相对的一侧。

进一步地，所述隔膜夹具包括第一夹片和与所述第一夹片活动连接的第二夹片，所述第一夹片与所述第二夹片大小相同且两者可夹紧和松开，所述第一夹片和所述第二夹片的相同位置处开设有大小相同的通孔，使用时，所述第一夹片适配收容于所述第一容置腔，所述第一夹片的一侧面与所述第一电极片的一侧面紧贴，所述第二夹片适配收容于所述第二容置腔，所述第二夹片的一侧面与所述第二电极片的一侧面紧贴。

进一步地，所述第一壳体和所述第二壳体的配合面分别设有第一密封圈、第二密封圈，使用时，所述第一密封圈与所述第二密封圈相互压紧，以使所述第一容置腔和所述第二容置腔之间形成密闭空间。

进一步地，所述第一壳体的四个边角处和所述第二壳体的四个边角处分别穿设有螺杆，所述第一壳体与所述第二壳体之间通过所述螺杆连接，所述第一壳体与所述第二壳体之间的距离通过转动所述螺杆实现调节。

进一步地，所述第一电极片、第二电极片以及被夹持在所述隔膜夹具的电池隔膜三者相互平行，且三者的中心在同一轴线上。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述电池隔膜电性能测量装置的测量方法，包括以下步骤：

将所述第一电极片安装于所述第一壳体中，将所述第二电极片安装于所述第二壳体中；

将所述隔膜夹具放置于所述第一壳体与所述第二壳体之间；

向所述第一壳体和第二壳体中注入电解液，并浸没一定时间；

获取所述第一电极片和所述第二电极片之间电解液的空白电阻值r0；

从待测试隔膜截取与隔膜夹具相匹配的单层的电池隔膜；

将截取的所述电池隔膜安装于所述隔膜夹具，并使所述电池隔膜完全被浸润；

测量所述第一凸出部与所述第二凸出部之间的距离，并根据所述第一电极片的厚度、第二电极片的厚度及隔膜夹具的厚度计算出所述电池隔膜的厚度；

通过交流阻抗法测量所述电池隔膜的电阻值rs；

通过公式：计算出所述电池隔膜的离子导电率，其中σ为电池隔膜的离子电导率，r为电池隔膜电阻值rs与空白电阻值r0之差，d为单层电池隔膜的厚度，s为截取的电池隔膜与所述电极片对应的有效面积。

进一步地，重复测量n次电池隔膜的电阻值，计算n个电阻值的平均值作为电池隔膜电阻值，其中，n为大于1的整数。

进一步地，向所述第一壳体和第二壳体注入电解液之前还包括以下步骤：调节所述第一电极片和所述第二电极片之间的间距，使所述隔膜夹具夹紧于所述第一电极片与所述第二电极片之间。

进一步地，采用电化学工作站分别测量所述空白电阻值和所述电池隔膜的电阻值。

进一步地，测量所述空白电阻值和所述电池隔膜的电阻值时，将所述第一凸出部、第二凸出部分别电连接至所述电化学工作站。

本发明的有益效果：本发明的电池隔膜电性能测量装置，由于电池隔膜夹持在隔膜夹具上，隔膜夹具被夹紧于第一电极片和第二电极片之间，电池隔膜始终不会触碰到两侧的电极片，电池隔膜不会受到电极片或外侧的压力，能保持本身固有的特性，提高不同批次电池隔膜测量的一致性，同时，第一电极片和第二电极片分别具有第一凸出部、第二凸出部，能方便高精度测量仪器测量第一电极片和第二电极片之间的间距，进而准确计算出电池隔膜的厚度，整个测量过程简单、方便，测试结果精确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电池隔膜电性能测量装置的结构示意图；

图2为第一电极片的正视结构示意图；

图3为第一电极片的侧视结构示意图；

图4为隔膜夹具的正视结构示意图；

图5为电化学阻抗线性拟合图；

图6为本发明实施例提供的电池隔膜电性能测量方法的流程框图。

其中，图中各附图标记：

10—电池隔膜电性能测量装置100—测试模具210—第一壳体

201—第一容置腔211—出液孔220—第二壳体

202—第二容置腔221—注液孔230—螺杆

310—第一电极片311—第一凸出部320—第二电极片

321—第二凸出部400—隔膜夹具410—第一夹片

420—第二夹片401—通孔500—电化学工作站

600—电池隔膜。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～4所示，本发明实施例提供的电池隔膜电性能测量装置10，包括测试模具100、电极片和隔膜夹具400。测试模具100具有容纳腔110，测试模具收容于容纳腔110中，测试模具100包括间隔设置的第一壳体210和第二壳体220，且第一壳体210和第二壳体220之间的距离可调。电极片包括第一电极片310和第二电极片320，两者的截面可均呈矩形，第一电极片310收容于第一壳体210中，第二电极片320收容于第二壳体220中，第一电极片310的一侧具有伸出于第一壳体210的第一凸出部311，第二电极片320的一侧具有伸出于第二壳体220的第二凸出部321，第一凸出部311和第二凸出部321用于与电阻率测试装置连接。隔膜夹具400用于夹持电池隔膜600且位于第一壳体210和第二壳体220之间，使用时其夹紧电池隔膜600，隔膜夹具400被夹紧于第一电极片310和第二电极片320之间。第一凸出部311和第二凸出部321于测试模具100的同一侧伸出，以方便测量第一凸出部311和第二凸出部321之间的距离，进而可计算出电池隔膜600的厚度。

本实施例提供的电池隔膜电性能测量装置10，由于电池隔膜600夹持于隔膜夹具400，隔膜夹具400被夹紧于第一电极片310和第二电极片320之间，电池隔膜600始终不会触碰到两侧的电极片，电池隔膜600不会受到电极片或外侧的压力，能保持本身固有的特性，提高不同批次电池隔膜测量的一致性，同时，第一电极片310和第二电极片320分别具有第一凸出部311、第二凸出部321，能方便高精度测量仪器测量第一电极片311和第二电极片321之间的间距，进而准确计算出电池隔膜600的厚度，整个测量过程简单、方便，测试结果精确度高。

在一实施例中，第一壳体210开设有第一容置腔201，第二壳体220开设有第二容置腔202，两容置腔位于两壳体相对的一侧，测试时，第一容置腔201适配容置隔膜夹具400的一侧，第二容置腔202适配容置隔膜夹具400的另一侧。

隔膜夹具400包括第一夹片410和第二夹片420，两夹片活动连接，两者可夹紧和松开。两极片大小轮廓相同，两夹片的相同位置分别开设有大小相同的通孔401，测试时，第一夹片410适配收容述第一容置腔201内，第一夹片410的一侧面与第一电极片310的一侧面紧贴，第二夹片420适配收容于第二容置腔202，第二夹片420的一侧面与第二电极片320的一侧面紧贴，如此，隔膜夹具400与两极片之间形成密闭的腔室。

在一实施例中，电池隔膜电性能测量装置还包括电化学工作站500，测试时，该电化学工作站500的正负极分别与第一电极片310、第二电极片320伸出于测试模具100的第一凸出部311、第二凸出部321电性连接，以测试电池隔膜的电阻值，操作方便，测量精确。

在一实施例中，第一壳体210和第二壳体220的配合面分别设有第一密封圈、第二密封圈(图未示)，使用时，第一密封圈与第二密封圈相互压紧，以使第一容置腔201和第二容置腔202之间形成密闭空间。第一密封圈、第二密封圈可以均是环形密封圈，第一壳体210和第二壳体220之间的间距调节至两侧的第一密封圈、第二密封圈相互压紧时，形成密封结构。

在一具体的实施例中，隔膜夹具400的截面呈矩形，隔膜夹具400的两夹片矩形，两矩形夹片的中央对应位置开设有矩形孔，被夹持的电池隔膜600也呈矩形，隔膜夹具400夹紧电池隔膜600的四周边缘，第一电极片310、第二电极片320以及电池隔膜600三者相互平行，且三者的中心在同一轴线上，电池隔膜600外露于隔膜夹具400的面积(即矩形孔的面积)小于第一电极片310的面积。

如图1～3所示，在一实施例中，第一凸出部311位于第一电极片310顶面的中央位置，第二凸出部321位于第二电极片320顶面的中央位置。第一凸出部311和第二凸出部321两者平行，两者之间的距离可采用千分尺等高精度测量仪器进行测量，由于两电极片的厚度、隔膜夹具本身的厚度为已知的，故可根据测量得到的第一凸出部311与第二凸出部321之间的距离计算得到电池隔膜600的准确厚度，进而能得到电池隔膜电阻率的准确测量结果。

在一实施方式中，第一凸出部311呈矩形，第二凸出部321也呈矩形。对电池隔膜600测量时，第一凸出部311从第一壳体210顶面伸出，第二凸出部321从第二壳体220顶面伸出，电阻率测试装置的正负极可通过导线分别与第一凸出部311、第二凸出部321连接。

在一实施例中，第一壳体210和第二壳体220相对的一侧分别凹设有第一凹槽211、第二凹槽221，第一凹槽211和第二凹槽221共同形成大小适配于隔膜夹具400的容置空间，隔膜夹具400的收容于该容置空间，第一凹槽211的长度等于第二凹槽221的长度且适配于隔膜夹具400的长度，第一凹槽211的宽度等于第二凹槽221的宽度且适配于隔膜夹具400的宽度，以使电解液能浸润第一电极片310、第二电极片320；第一壳体210和第二壳体220相对的一侧分别设置有第一密封圈213、第二密封圈223，第一密封圈213、第二密封圈223均为环形密封圈，第一壳体210和第二壳体220之间的间距调节至两侧的第一密封圈213、第二密封圈223相互压紧时，能密封第一凹槽211与第二凹槽221之间形成的容置空间。

如图1～3所示，在一实施例中，第一壳体210和第二壳体220之间连接有导通软管(图未示)，第二壳体220的顶面开设有注液孔222，可通过该注液孔222向第一壳体210和第二壳体220中注入电解液，第一壳体210远离第二壳体220的一侧开设有出液孔212。第二壳体220于注液孔222处可活动设置有密封盖，电解液完成注入时可转动密封盖对第二壳体220密封；测试模具100顶面具有可活动的盖体(图未示)。当第一壳体210内的电解液完全浸没第一电极片310的顶端时，电解液从第一壳体210中流入测试模具100其余的内部空间，直至电解液将夹持在隔膜夹具400的电池隔膜600完全浸没，此时可停止注入电解液，然后转动盖体以密封测试模具100，以对电池隔膜600进行电性能测量。

如图1所示，在一实施例中，第一壳体210的四个边角处和第二壳体220的四个边角处分别穿设有螺杆230，第一壳体210与第二壳体220之间通过螺杆230连接，第一壳体210与第二壳体220之间的距离通过转动螺杆230实现调节。也就是说，需要改变第一电极片310和第二电极片320之间的距离时，可通过转动螺杆230来实现。在一实施方式中，每根螺杆230的外表面均设置有第一外螺纹和第二外螺纹，第一外螺纹和第二外螺纹分别位于螺杆230的两端，第一外螺纹和第二外螺纹的螺纹方向相反，如此，转动螺杆230时能带动第一壳体210和第二壳体220相向运动或相背离运动，进而改变第一壳体210与第二壳体220之间的间距，使第一壳体210与第二壳体220之间的间距减小并位于预设范围内。

本发明实施例提供的电池隔膜600电性能测量方法，利用上述实施例的电池隔膜电性能测量装置10进行测量，可用于测量电池隔膜600的电阻值和离子导电率，如图1～6所示，电池隔膜电性能测量方法包括以下步骤：

步骤s10：将第一电极片310安装固定于第一壳体210中，将第二电极片320安装固定于第二壳体220中。

步骤s11：将隔膜夹具400放置于第一壳体210与第二壳体220之间。

步骤s13：向第一壳体210和第二壳体220中注入电解液，并浸没一定时间。

步骤s14：获取第一电极片310和第二电极片320之间电解液的空白电阻值r0。

步骤s15：从待测试隔膜截取与隔膜夹具相匹配的单层的电池隔膜600。

步骤s16：将截取的电池隔膜600安装于隔膜夹具400，并使电池隔膜600完全被浸润。

步骤s17：测量第一凸出部311与第二凸出部321之间的距离，并根据第一电极片310的厚度、第二电极片320的厚度及隔膜夹具400的厚度计算出电池隔膜600的厚度。

步骤s18：通过交流阻抗法测量电池隔膜的电阻值rs。

步骤s20：通过公式：计算出电池隔膜的离子导电率，其中σ为电池隔膜的离子电导率，r为电池隔膜电阻值rs与空白电阻值r0之差，d为单层电池隔膜的厚度，s为截取的电池隔膜与电极片对应的有效面积，即当通孔面积大于电极片面积时，该有效面积为电极片面积；当通孔面积小于电极片面积时，该有效面积为通孔面积。

在步骤s10中，可通过胶水将两电极片分别安装固定在第一壳体210和第二壳体220的第一容置腔、第二容置腔中。

第一电极片310和第二电极片320可采用平滑的不锈钢、铜片、铝片等高导电性金属片材，片材厚度范围在1mm～10mm。测试模具100可采用耐电解液的有机聚合物，如聚四氟乙烯，也可采用无机材质，如石英等。测量装置10各部件的原材料便宜且易得，极大地方便了测量。

在步骤s11和步骤s13之间还包括步骤s12：调节第一电极片310和第二电极片320之间的间距，使隔膜夹具400夹紧与第一电极片310与第二电极片320之间。操作时，可通过转动螺接于测试模具100上的螺杆230实现对两电极片间距的调节。

隔膜夹具400可采用耐电解液耐腐蚀的聚合物材料，如聚四氟乙烯、聚乙烯等。

在步骤s13中，注入的电解液可由六氟磷酸锂和混合溶剂组成，六氟磷酸锂的浓度为1mol/l，混合溶剂包含以下组分：碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯，且碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的体积比为1:1:1。碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯均为电池级试剂，主含量均大于99.95％，水分小于0.001％。

在步骤s14中，可采用电化学工作站500测试电解液的空白电阻值。操作时，将电化学工作站500的正负极分别与第一电极片310的第一凸出部311、第二电极片320的第二凸出部321连接。

在步骤s15中，从待测试隔膜上截取的单层电池隔膜600其截面积稍大于隔膜夹具400的矩形孔的面积，即电池隔膜600的长度大于矩形孔的长度，电池隔膜600的宽度大于电池隔膜600的宽度。电池隔膜600、第一电极片310和第二电极片320全部完全浸没于电解液中，电池隔膜600位于第一电极片310与第二电极片320之间，并且，电池隔膜600分别与第一电极片310和第二电极片320平行。也就是说，截取的电池隔膜600夹紧于隔膜夹具400时电池隔膜600保持平整、无褶皱，在测试过程中也不会被两侧的电极片触碰。

在步骤s16中，两电极片在电解液中浸没的时间可设置为2小时或高于2小时，将夹持有电池隔膜600的隔膜夹具400放入并夹紧在两电极片之间，直至电池隔膜600完全被浸润。采用矩形的隔膜夹具400，可保证电池隔膜600不受压力，在电解液中，电池隔膜600的表面平整并且充分浸润，能提高测量的准确性和真实性。

在步骤s17中，测出第一凸出部311与第二凸出部321之间的间距，根据测得的间距计算出单层电池隔膜600的厚度，进而计算出电池隔膜600的离子导电率。第一电极片310与第二电极片320之间的间距可采用千分尺等高分辨度仪器进行测量，用千分尺测出第一凸出部311与第二凸出部321之间的间距。在一实施方式中，第一凸出部311、第二凸出部321分别位于第一电极片310和第二电极片320的中央位置，而第一电极片310的厚度、第二电极片320的厚度及隔膜夹具的厚度为已知的，故能快速地计算出被夹持在隔膜夹具400上的电池隔膜的厚度，如此，可通过测量第一凸出部311与第二凸出部321之间的间距来为电导率的准确计算提供方便，整个测试过程简单、方便，且可重复性高。

在步骤s18中，可以将电化学工作站500的工作频率设置在1～10⁶hz范围内对电池隔膜进行电阻抗测试，再通过测试数据进行线性拟合得到电阻值。采用电化学工作站500作为辅助进行高频交流内阻测试，测试采用的交流频率可达百万级别，可以有效降低极化内阻对测试结果的影响，比直接采用电阻仪的测试结果更为准确。

在步骤s20中，通过以下公式计算电池隔膜600的离子导电率：

其中，σ为电池隔膜的离子电导率，d为单层电池隔膜的厚度，s为截取的电池隔膜600外露于隔膜夹具400的一侧的面积，r为电池隔膜电阻值rs与空白电阻值r0之差，r可由以下公式计算：

其中，电池隔膜600电阻值为n个电阻值的平均值，r0为未放电池隔膜600的空白对照组测量得到的空白电阻值，如此，通过设置空白对照组，可提高电池隔膜600的离子电导率测量的准确性，减少测量装置10带来的接触电阻或系统误差。

在一实施例中，在步骤s18和步骤s20之间还包括步骤s19：重复测量n次电池隔膜600的电阻值，计算n个电阻值的平均值作为电池隔膜600电阻值，计算电池隔膜600的电导率，n为整数。重复测试多次电阻值可提高测量的准确性。电池隔膜600仅边缘被矩形的隔膜夹具400夹持，电池隔膜600不会受到两侧电极片或外侧的压力，电池隔膜600能保持本身固有的特性，消除了对不同电池隔膜的不同程度的损伤，增加了不同批次的电池隔膜电阻率测量的一致性。

如图5所示，采用电化学工作站在1～10⁶hz的频率范围内对电池模组进行电阻抗测试，测得多组电阻值，通过对测试数据进行线性拟合得到n个电阻值的平均值，然后代入公式(2)中计算出r，再将得到的r代入公式(1)中，从而计算出电池隔膜600的离子电导率σ。

下表是采用本申请实施例提供的电池隔膜电性能测量方法对三种不同规格和类型的电池隔膜进行测量的数据：

试验1采用20um厚度的聚丙烯，试验2采用表面涂布有2um陶瓷层的聚乙烯，试验3采用复合隔膜，两聚丙烯中间夹有聚乙烯，并且两侧的聚丙烯的外表面涂布有陶瓷层。对于不同厚度、类型的电池隔膜600，采用本申请实施例提供的电池隔膜电性能测量方法能得到准确、有效的测量结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。