一种锂电池隔膜面电阻测试设备的制作方法
【专利摘要】为克服现有技术中的锂电池隔膜面电阻测试设备测试误差大的问题，本实用新型提供一种锂电池隔膜面电阻测试设备，包括底座、传动组件、连接板、上电极组件和下电极组件；上电极组件固定连接至连接板；下电极组件固定于底座上；传动组件固定于底座上，可通过连接板带动上电极组件上下运动；上电极组件包括上电极板；下电极组件包括下绝缘夹套和下电极板，下绝缘夹套具有下安装槽，下电极板设置于下安装槽内，与上电极板正对；下电极板的侧壁和下绝缘夹套内壁形成导液槽；下电极板的厚度等于或大于下安装槽的厚度；上电极板和下电极板均可电连接至电化学工作站。采用本实用新型提供的锂电池隔膜面电阻测试设备测试隔膜面电阻时误差小。
【专利说明】—种锂电池隔膜面电阻测试设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及锂离子二次电池测试【技术领域】，具体涉及一种锂电池隔膜面电阻测试设备。
【背景技术】
[0002]锂离子二次电池通常主要是由正极、负极、隔膜、电解液组成。隔膜的主要成分是聚烯烃，可以形成微孔结构，放置于正负极之间，阻止正负极片直接接触而造成短路，而其微孔结构内的电解液作为载体，离子可以自由通过，电子则不能通过隔膜。隔膜的孔隙结构制约着离子传导率，进而直接影响锂离子二次电池的整体性能。
[0003]隔膜的孔隙结构由孔隙率、孔径分布、曲折系数等表征，离子通过大量曲折贯通的微孔，在正负极之间移动，形成离子的导电通路，同时电子通过在正负极活性材料、导电剂、集流体等的传输，形成电子的导电通路，由离子和电子在正负极之间的迁移形成电流。因此，单位时间内离子可穿过隔膜单位面积的数量成为衡量隔膜性能的重要指标之一。
[0004]评估锂离子二次电池隔膜离子传导率的方法有两种，一是直接测试隔膜电导率，还有就是测试隔膜的面电阻。直接测试隔膜电导率时，所得结果与真实值之间存在较大误差，由于隔膜本身比较薄，电极之间的距离难以精确控制，另外，电极板与隔膜接触面的粗糙度也显著影响了测试结果的准确度。因此，要严格控制电极之间的距离和电极与隔膜接触面的粗糙度，所需要的设备多，测试工序多，测试成本高。目前，大都使用通用的面电阻测试设备来评估锂离子二次电池隔膜，由于隔膜材质的特殊性，通用的面电阻测试设备在测试隔膜时方法复杂，操作繁琐，成本较高，且结果误差较大，有些甚至存在安全隐患。
[0005]现有技术中常用的隔膜面电阻测试设备包括绝缘外壳、上电极板和下电极板，其中绝缘外壳设有开口的液槽，下电极板置于液槽底部，下电极板的上表面为抛光平面，待测试隔膜为片状并置于下电极板的上表面上，上电极板的下表面为抛光平面并压于待测试隔膜上，待测试隔膜覆盖下电极板的上表面，上电极板的下表面中心与下电极板的上表面中心对准，上、下电极板分别电性连接第一、第二接线柱。上电极板上加设绝缘配重和绝缘盖板，上电极板的下表面宽度小于下电极板的上表面宽度，待测试隔膜宽度大于下电极板的上表面宽度，上电极板还套设绝缘套环。
[0006]但是，此设备在测试时上下电极板和待测隔膜都浸入电解液中，所得结果会受电解液和电极板边缘隔膜电阻的影响，测试误差大。
实用新型内容
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中的锂电池隔膜面电阻测试设备测试误差大的问题，提供一种锂电池隔膜面电阻测试设备。
[0008]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
[0009]提供一种锂电池隔膜面电阻测试设备，包括底座、传动组件、连接板、上电极组件和下电极组件；所述上电极组件固定连接至连接板；所述下电极组件固定于上电极组件下方的底座上；所述传动组件固定于底座上，并与连接板连接，所述传动组件可通过连接板带动上电极组件上下运动，调整上电极组件施加在下电极组件上的压力；所述上电极组件包括上电极板，所述上电极板的下表面位于上电极组件最下端；所述下电极组件包括下绝缘夹套和下电极板，所述下绝缘夹套固定于底座上并具有开口向上的下安装槽，所述下电极板设置于下安装槽内，并与上电极板正对；下电极板的侧壁和下绝缘夹套内壁共同形成导液槽；下电极板的厚度等于或大于下安装槽的厚度；所述上电极板和下电极板均可电连接至电化学工作站。
[0010]本实用新型公开的锂电池隔膜面电阻测试设备中，下电极板的侧壁和下绝缘夹套内壁共同形成导液槽，在测试时，如添加的电解液过多，过量的电解液会流入导液槽内，不会直接与隔膜接触，不会形成从上电极板直接经隔膜表面连通至下电极板，从而可消除该情况所带来的测量误差。并且，通过传动组件调整上电极组件的位置，使上电极组件给下电极组件施加一定的压力，可以将夹持于上电极组件和下电极组件之间的隔膜内的空气挤出，消除气泡所带来的误差。
[0011]进一步的,所述上电极组件还包括上绝缘夹套,所述上绝缘夹套固定连接至连接板上；所述上绝缘夹套具有开口朝下的上安装槽，所述上电极板设置于上安装槽内，并且所述上电极板的厚度等于或大于上安装槽的厚度。
[0012]进一步的，上电极板的侧壁和上绝缘夹套内壁共同形成凹槽，所述凹槽正对导液槽。
[0013]此时，通过该凹槽与导液槽的配合以及上绝缘夹套和下绝缘夹套的配合，形成两环对隔膜的夹持作用，两环之间相互隔离，可减小在上下电极板以外的区域形成导电通路而导致的测试误差。
[0014]进一步的,所述下绝缘夹套边缘向上凸起,形成用于容纳上绝缘夹套的容纳槽；所述容纳槽的内表面形状与上绝缘夹套的侧壁形状相配合。
[0015]此时,上绝缘夹套和下绝缘夹套形成闭合的空间,过量的电解液容纳于导液槽内，电解液的挥发减少，减小了电解液挥发所带来的误差
[0016]进一步的，所述上电极板板面和下电极板板面形状和面积均相同。
[0017]进一步的，所述上电极板和下电极板均为圆柱体状。
[0018]进一步的,所述上电极组件还包括上电极柱，所述上电极柱穿过上绝缘夹套与上电极板电连接；所述下电极组件还包括下电极柱，所述下电极柱穿过下绝缘夹套与下电极板电连接。
[0019]进一步的，所述测试设备还包括压力传感器，所述压力传感器设置于连接板和上绝缘夹套之间，用于测量上电极组件施加到下电极组件上的压力。
[0020]通过压力传感器可控制每次施加在上电极板和下电极板上的压力大小，使每次测试在相同的压力下进行，消除了压力不同所带来的操作误差。
[0021]进一步的，所述传动组件包括支撑柱、限位板和传动螺杆；所述支撑柱竖直固定于底座上，所述限位板固定于支撑柱上，所述连接板套设于支撑柱上；所述传动螺杆竖直向下穿过限位板和连接板，并可转动的设置于底座上；所述传动螺杆与连接板螺纹连接，所述传动螺杆可带动连接板沿支撑柱上下移动。
[0022]进一步的，所述传动螺杆上端设置有手轮。【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型提供的锂电池隔膜面电阻测试设备的主视图；
[0024]图2是本实用新型提供的锂电池隔膜面电阻测试设备中，下电极组件的剖视图；
[0025]图3是图2中A处的局部放大图；
[0026]图4是本实用新型提供的锂电池隔膜面电阻测试设备中，上电极组件的剖视图。
[0027]说明书附图中的附图标记如下:
[0028]1、底座；2、下电极组件；21、下绝缘夹套；22、下电极板；23、下电极柱；24、导液槽；
3、上电极组件；31、上绝缘夹套；32、上电极板；33、上电极柱；4、支撑柱；5、传动螺杆；6、连接板；7、压力传感器；8、限位板；9、手轮。
【具体实施方式】
[0029]为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0030]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“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。
[0031]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0032]本实用新型提供的锂电池隔膜面电阻测试设备包括底座、传动组件、连接板、上电极组件和下电极组件；所述上电极组件固定连接至连接板；所述下电极组件固定于上电极组件下方的底座上；所述传动组件固定于底座上，并与连接板连接，所述传动组件可通过连接板带动上电极组件上下运动，调整上电极组件施加在下电极组件上的压力；所述上电极组件包括上电极板，所述上电极板的下表面位于上电极组件最下端；所述下电极组件包括下绝缘夹套和下电极板，所述下绝缘夹套固定于底座上并具有开口向上的下安装槽，所述下电极板设置于下安装槽内，并与上电极板正对；下电极板的侧壁和下绝缘夹套内壁共同形成导液槽；下电极板的厚度等于或大于下安装槽的厚度；所述上电极板和下电极板均可电连接至电化学工作站。
[0033]上述测试设备中，底座为整个设备的基础，用于支撑安装于底座上的各个部件，使其正常工作。
[0034]传动组件固定于底座上，并与连接板连接。传动组件可控制连接板在竖直方向上移动及定位。
[0035]上电极组件固定连接至连接板,连接板的上下运动可带动上电极组件在竖直方向上运动。
[0036]下电极组件固定于上电极组件下方的底座上。传动组件通过连接板改变上电极组件在竖直方向上的位置时，即可调整上电极组件施加于下电极组件上的压力。
[0037]上电极组件和下电极组件为测试隔膜面电阻的主要功能部件，各自包括上电极板和下电极板，上电极板和下电极板同时接触待测试物体，形成回路即可进行测试。
[0038]本实用新型中，所述上电极板的下表面位于上电极组件最下端，便于上电极组件下降过程中上电极板与下电极板接触。
[0039]所述下电极组件包括下绝缘夹套和下电极板，下绝缘夹套固定于底座上。并且下绝缘夹套具有开口向上的下安装槽，所述下电极板设置于下安装槽内，并与上电极板正对。
[0040]此时，相互正对的上电极板和下电极板可将位于上电极板和下电极板之间的待测隔膜有效夹持住，利于测试的进行。
[0041]根据本实用新型，下电极板的侧壁和下绝缘夹套内壁共同形成导液槽，用于容纳测试时添加过量的电解液，避免多余的电解液对测试过程的影响，减小测试误差。
[0042]同时，下电极板的厚度等于或大于下安装槽的厚度，当上电极组件和下电极组件接触时，保证上电极板与下电极板能有效接触。
[0043]本实用新型中，所述上电极组件还包括上绝缘夹套，所述上绝缘夹套固定连接至连接板上；所述上绝缘夹套具有开口朝下的上安装槽，所述上电极板设置于上安装槽内，并且所述上电极板的厚度等于或大于上安装槽的厚度。
[0044]与下电极组件中，下电极板与下绝缘夹套形成导液槽类似的，上电极板的侧壁和上绝缘夹套内壁共同形成凹槽，所述凹槽正对导液槽。此时，形成上下电极板和上下绝缘夹套的双重夹持作用，并且由于凹槽和导液槽的存在，使双重夹持相互独立，可减小在上下电极板以外的区域形成导电通路而导致的测试误差。
[0045]如本领域技术人员所知晓的，电解液容易挥发，本实用新型中，为了减小电解液的挥发对测试结果的影响，优选情况下，所述下绝缘夹套边缘向上凸起，形成用于容纳上绝缘夹套的容纳槽；所述容纳槽的内表面形状与上绝缘夹套的侧壁形状相配合。此时，在上绝缘夹套和下绝缘夹套内部形成闭合的空间，减小了电解液挥发所带来的误差。
[0046]为便于操作，上电极板板面和下电极板板面形状和面积均相同。
[0047]上电极板和下电极板的形状优选采用圆柱体状。
[0048]上下电极板夹持住待测隔膜后，需电连接至电化学工作站，形成闭合回路后方可进行测试，所以，本实用新型中，所述上电极组件还包括上电极柱，所述上电极柱穿过上绝缘夹套与上电极板电连接；所述下电极组件还包括下电极柱，所述下电极柱穿过下绝缘夹套与下电极板电连接。
[0049]通过上下电极柱连接导线，即可电连接至电化学工作站。
[0050]根据本实用新型，在电化学工作站中使用交流阻抗法(EIS)测试恒定压力下上电极板和下电极板之间电解液的交流阻抗。其中，交流阻抗法(EIS)是现有技术中常用的测量薄膜面电阻的方法。如本领域技术人员所公知的，交流阻抗法(EIS)是利用小幅度交流信号对体系进行扰动，并观察体系在稳态时对扰动响应的影响。一般情况下，是将一个小振幅的交流(一般为正弦波)电压信号施加在电极上，使电极电位在平衡电极电位附近微扰，在达到稳态后，测量其响应电流信号的振幅或相，依次计算出电极的复阻抗。然后据等效电路，通过阻抗谱的分析和参数拟合，求出电极反应的动力学参数。
[0051]此种技术是在接近平衡状态下工作，所以不需要详细了解电流-过电位响应曲线在超电势大的区域中的行为，这一优点使动力学和扩散的处理大大简化了 ；此外比较容易建立实验装置，测试过程对体系影响很小。
[0052]本实用新型中，通过传动组件即可调整上电极组件和下电极组件之间的压力。然而，多次测量时，因为人工操作的误差，易使每次压力不同，导致操作误差。为此，本实用新型公开的测试设备还包括压力传感器，所述压力传感器设置于连接板和上绝缘夹套之间，用于测量上电极组件施加到下电极组件上的压力。
[0053]操作时，只需根据压力传感器，将上电极组件和下电极组件之间的压力调整至同
一值即可。
[0054]对于上述传动组件，只需能带动连接板调整上电极组件在竖直方向上的位置即可，本领域技术人员可根据实际情况对其具体结构进行选择和调整，例如，本实用新型中，所述传动组件包括支撑柱、限位板和传动螺杆；所述支撑柱竖直固定于底座上，所述限位板固定于支撑柱上，所述连接板套设于支撑柱上并可沿支撑柱上下移动；所述传动螺杆竖直向下穿过限位板和连接板，并可转动的设置于底座上；所述传动螺杆与连接板螺纹连接。
[0055]传动螺杆转动即可通过螺纹调节连接板在竖直方向上的位置，继而改变上电极组件在竖直方向上的位置。
[0056]为了便于操作，优选情况下，所述传动螺杆上端设置有手轮。
[0057]下面结合附图，对本实用新型进行进一步说明。
[0058]图1示出了本实用新型公开的锂电池隔膜面电阻测试设备，具体包括底座1、支撑柱4、限位板8、传动螺杆5、手轮9、连接板6、压力传感器7、上电极组件3和下电极组件2。
[0059]支撑柱4竖直固定于底座I上，其上端固定有限位板8。
[0060]传动螺杆5下端穿过限位板8和连接板6连接至底座I上。上端固定有手轮9。连接板6与传动螺杆5螺纹连接。传动螺杆5可自由转动，传动螺杆5转动可改变连接板6在竖直方向上的位置。
[0061]连接板6下表面上固定有压力传感器7。压力传感器7下方固定有上电极组件3。
[0062]上电极组件3下方的底座I上固定有下电极组件2。
[0063]参见图2，下电极组件2包括下绝缘夹套21，下绝缘夹套21内具有开口向上的下安装槽，下电极板22设置于下安装槽内，并且下电极板22上表面突出下绝缘夹套21上表面。下绝缘夹套21上表面边缘上相突起,在下绝缘夹套21上表面形成容纳槽。
[0064]下电极柱23 —端从下绝缘夹套21侧面穿过下绝缘夹套21，并与下电极板22固定连接，另一端位于下绝缘夹套21夕卜。
[0065]参见图3，下安装槽内，下电极板22与下绝缘夹套21内表面之间具有导液槽24。
[0066]参见图4,上电极组件3包括上绝缘夹套31,上绝缘夹套31内具有开口向下的上安装槽。上电极板32设置于上安装槽内，并且上电极板32的下表面突出上绝缘夹套31下表面。
[0067]上电极柱33 —端从上绝缘夹套31侧面穿过上绝缘夹套31，并与上电极板32固定连接，另一端位于上绝缘夹套31夕卜。
[0068]回到图1,上绝缘夹套31的横截面小于下绝缘夹套21的横截面。并且上绝缘夹套31的横截面与容纳槽的横截面相同，当上电极组件3设置于下电极组件2上时，上绝缘夹套31正好填充于容纳槽内。[0069]采用本实用新型公开的测试设备测量锂电池隔膜面电阻的过程如下:
[0070]在测试前，将待测试隔膜冲压成合适大小的样品片，准备已知本征电导率的电解液。
[0071 ] 用导线将上电极柱33和下电极柱23与电化学工作站连接，电化学工作站与电脑连接；
[0072]在室温低湿度环境下，将电解液滴在下电极板22表面，使电解液覆盖整个下电极板22表面，使下绝缘夹套21上无电解液。
[0073]转动手轮9，使上电极板32下降并压在下电极板22上，并且恒定压力为P。在电化学工作站中使用交流阻抗法(EIS)测试恒定压力下上电极板32和下电极板22之间电解液的交流阻抗，取IOOkHz下的阻抗值记为空白值Rtl，备用。
[0074]然后转动手轮9，将上电极板32升起。去除上下电极板22上残留的电解液。
[0075]在下电极板22表面滴加同样的电解液，将冲压成一定大小的隔膜样品平铺在下电极板22上，使隔膜全部覆盖下电极板22表面，但小于下绝缘夹套21表面。
[0076]在下电极表面对应的隔膜位置继续滴加适量电解液，保证与下电极板22接触的隔膜部位外观平整，转动手轮9，使上电极板32下压在下电极板22上，至压力为P时，停止转动。 [0077]测试隔膜的交流阻抗，取IOOkHz下的电阻值Rs。
[0078]计算相应上电极板32和下电极板22夹持部分的隔膜电阻R=Rs-Rc^
[0079]按照上述步骤对待测试隔膜进行测试，隔膜取样位置应随机，对同种隔膜测试至少要取10个样品，分析离散程度，取平均值为隔膜电阻R。
[0080]由于上电极板32和下电极板22形状和面积，并且上电极板32正对下电极板22，SP，上电极板32和下电极板22的夹持面积为上电极板32或下电极板22的面积S。
[0081]则隔膜的面电阻为Rb=RXS。
[0082]下面通过实施例进一步进行说明。
[0083]分别对A、B两厂生产的各种隔膜面电阻进行了测试，其中，A厂的隔膜由干法制成，B厂的隔膜由湿法制成，并在隔膜两面涂敷了高分子聚合物薄膜，此处的“干法”和“湿法”指的是隔膜不同的制造工艺，而“涂膜”是对隔膜安全性的一种改善，也属于制造工艺，不是指测试的方法，此处隔膜的制造工艺并不影响面电阻的测试方法步骤和设备。
[0084]本实施例中，上下两电极板导电金属夹持面的面积S=2.01cm2，恒定压力下校正的空白面电阻Rtl为0.238 Ω 下面表1示出了 A、B厂生产的隔膜面电阻的测试结果和平均值。
[0085]表1
【权利要求】
1.一种锂电池隔膜面电阻测试设备，其特征在于，包括底座、传动组件、连接板、上电极组件和下电极组件； 所述上电极组件固定连接至连接板；所述下电极组件固定于上电极组件下方的底座上；所述传动组件固定于底座上，并与连接板连接，所述传动组件可通过连接板带动上电极组件上下运动，调整上电极组件施加在下电极组件上的压力； 所述上电极组件包括上电极板，所述上电极板的下表面位于上电极组件最下端； 所述下电极组件包括下绝缘夹套和下电极板，所述下绝缘夹套固定于底座上并具有开口向上的下安装槽，所述下电极板设置于下安装槽内，并与上电极板正对；下电极板的侧壁和下绝缘夹套内壁共同形成导液槽；下电极板的厚度等于或大于下安装槽的深度； 所述上电极板和下电极板均可电连接至电化学工作站。
2.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述上电极组件还包括上绝缘夹套，所述上绝缘夹套固定连接至连接板上； 所述上绝缘夹套具有开口朝下的上安装槽，所述上电极板设置于上安装槽内，并且所述上电极板的厚度等于或大于上安装槽的深度。
3.根据权利要求2所述的测试设备，其特征在于，上电极板的侧壁和上绝缘夹套内壁共同形成凹槽，所述凹槽正对导液槽。
4.根据权利要求2或3所述的测试设备，其特征在于，所述下绝缘夹套边缘向上凸起，形成用于容纳上绝缘夹套的容纳槽；所述容纳槽的内表面形状与上绝缘夹套的侧壁形状相配合。
5.根据权利要求4所述的测试设备，其特征在于，所述上电极板板面和下电极板板面形状和面积均相同。
6.根据权利要求1_3、5中任意一项所述的测试设备，其特征在于，所述上电极板和下电极板均为圆柱体状。
7.根据权利要求2、3、5中任意一项所述的测试设备，其特征在于，所述上电极组件还包括上电极柱，所述上电极柱穿过上绝缘夹套与上电极板电连接； 所述下电极组件还包括下电极柱，所述下电极柱穿过下绝缘夹套与下电极板电连接。
8.根据权利要求1_3、5中任意一项所述的测试设备，其特征在于，所述测试设备还包括压力传感器，所述压力传感器设置于连接板和上绝缘夹套之间，用于测量上电极组件施加到下电极组件上的压力。
9.根据权利要求8所述的测试设备，其特征在于，所述传动组件包括支撑柱、限位板和传动螺杆； 所述支撑柱竖直固定于底座上，所述限位板固定于支撑柱上，所述连接板套设于支撑柱上； 所述传动螺杆竖直向下穿过限位板和连接板，并可转动的设置于底座上；所述传动螺杆与连接板螺纹连接，所述传动螺杆可带动连接板沿支撑柱上下移动。
10.根据权利要求9所述的测试设备，其特征在于，所述传动螺杆上端设置有手轮。
【文档编号】G01R27/02GK203688666SQ201320775705
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】赵磊, 李志 , 陈国营, 杨泽乾, 陈珍贞 申请人:比亚迪股份有限公司