一种隔膜离子电导率的测试装置和测试方法与流程

1.本文涉及但不限于锂离子电池技术，尤指一种隔膜离子电导率的测试装置和测试方法。


背景技术：

2.锂离子电池(以下简称电池)具有比能量高、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长、环境污染小等优点。随着电池的广泛应用，电池的安全性问题受到了越来越多的关注；安全性问题是阻碍其在电动汽车、储能等领域大规模应用的关键问题之一；电池一旦发生起火、爆炸等事故，将造成极大的人身伤害和财产损失；此外，如何提升电池寿命也是用户关注的一个重要方面。
3.为提升电池的安全性和寿命，电池的组成和参数是进行电池设计和研究的基础；电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成，其中隔膜是电池的重要组成部分，隔膜一般由微多孔薄膜或无纺纤维片构成，在电池中将电池正极和负极隔开，起到防止两极短路的作用，具有电子绝缘性和离子通过性。隔膜离子电导率是研究电池充放电性能、电池循环寿命和电池安全性的一个重要参数，隔膜离子电导率影响锂离子的迁移通过特性，隔膜离子电导率越高，锂离子通过性越好。
4.目前，相关技术中主要在常温0压下的测试隔膜离子电导率，数据单一，无法对电池进行有效分析，影响对电池进行性能、寿命和安全性提升的研究工作。


技术实现要素：

5.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
6.本发明实施例提供一种隔膜离子电导率的测试装置和测试方法，能够对电池工作参数进行有效分析。
7.本发明实施例提供了一种隔膜离子电导率的测试装置，包括：
8.设置条件单元，设置为根据需要测试隔离离子电导率的电池的电芯全生命周期，按照预先确定的映射关系向电池施加测试条件，使电池的物理状态与需要测试隔离离子电导率的电池的电芯全生命周期的物理状态相同；
9.测试单元，设置为对处于测试条件下的电池进行隔离离子电导率测试；
10.其中，电池为预先封装的对称电池；映射关系包括：测试条件与电芯全生命周期的对应关系；测试条件包括恒定的：测试压力和/或测试温度。
11.另一方面，本发明实施例还提供了一种隔膜离子电导率的测试方法，包括：
12.根据需要测试隔离离子电导率的电池的电芯全生命周期，按照预先确定的映射关系向电池施加测试条件，使电池的物理状态与需要测试隔离离子电导率的电池的电芯全生命周期的物理状态相同；
13.对处于所述测试条件下的电池进行隔离离子电导率测试；
14.其中，所述电池为预先封装的对称电池；所述映射关系包括：测试条件与电芯全生命周期的对应关系；所述测试条件包括恒定的：测试压力和/或测试温度。
15.再一方面，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述隔膜离子电导率的测试方法。
16.还一方面，本发明实施例还提供一种终端，包括：存储器和处理器，所述存储器中保存有计算机程序；其中，
17.处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；
18.所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述隔膜离子电导率的测试方法。
19.本技术技术方案包括：设置条件单元，设置为根据预先确定的映射关系向电池施加测试条件，使电池的第一物理状态与第二物理状态相同；测试单元，设置为对施加测试条件的电池进行隔离离子电导率测试；其中，电池为预先封装的对称电池；映射关系包括：测试条件与电芯全生命周期的对应关系；第二物理状态包括：电池处于需要测试隔膜离子电导率的电芯全生命周期时的物理状态；测试条件包括恒定的：测试压力和/或测试温度。本发明实施例通过封装电池为对称电池，为向电池施加进行隔膜离子电导率测试的测试条件提供基础；根据映射关系施加测试条件，使电池的物理状态与需要测试的隔膜离子电导率的电芯全生命周期的物理状态相同，实现了电芯全生命周期的工作状态的模拟；通过对与需要测试的隔膜离子电导率的电芯全生命周期的物理状态相同的电池进行测试，实现了电池电芯全生命周期下隔膜离子电导率的测试，通过测试获得的电芯全生命周期下隔膜离子电导率，为提升电池性能、安全性和寿命提供了数据支持。
20.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
21.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
22.图1为本发明实施例隔膜离子电导率的测试装置的结构框图；
23.图2为本发明实施例隔膜离子电导率的测试方法的流程图；
24.图3为本发明应用示例电池的组成示意图；
25.图4为本发明应用示例隔膜离子电导率的测试系统的结构框图；
26.图5为本发明应用示例不同测试压力下的隔膜离子电导率的曲线图。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
28.在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
29.图1为本发明实施例隔膜离子电导率的测试装置的结构框图，如图1所示，包括：
30.设置条件单元，设置为根据需要测试隔离离子电导率的电池的电芯全生命周期，按照预先确定的映射关系向电池施加测试条件，使电池的物理状态与需要测试隔离离子电导率的电池的电芯全生命周期的物理状态相同；
31.测试单元，设置为对施加测试条件的电池进行隔离离子电导率测试；
32.其中，电池为预先封装的对称电池；映射关系包括：测试条件与电芯全生命周期的对应关系；测试条件包括恒定的：测试压力和/或测试温度。
33.本发明实施例通过封装电池为对称电池，为向电池施加进行隔膜离子电导率测试的测试条件提供基础；根据映射关系施加测试条件，使电池的物理状态与需要测试的隔膜离子电导率的电芯全生命周期的物理状态相同，实现了电芯全生命周期的工作状态的模拟；通过对与需要测试的隔膜离子电导率的电芯全生命周期的物理状态相同的电池进行测试，实现了电池电芯全生命周期下隔膜离子电导率的测试，通过测试获得的电芯全生命周期下隔膜离子电导率，为提升电池性能、安全性和寿命提供了数据支持。
34.在一种示例性实例中，本发明实施例映射关系可以根据本领域技术人员经验或测量确定，例如、通过测量确定电池充电时的温度和压力，将该充电状态的温度值和压力值设定为充电状态对应的测试条件；通过测量确定电池放电时的温度和压力，将该放电状态的温度值和压力值设定为充电状态对应的测试条件；将电池工作预设时长时的压力值，确定为对应于工作预设时长的电池的测试条件。
35.在一种示例性实例中，本发明实施例电芯全生命周期包括以下任意之一：电芯循环、存储、产气和极片膨胀；
36.本发明实施例电芯全生命周期指电芯从制造、使用到寿命终止的全过程；例如：车用锂电池初始容量100安培小时(ah)，经过n次的充放电循环(一次充电和放电称为一次循环)或经过n年的电池存放，电池性能衰减到80ah，假设电池被应用到第五代移动通信(5g)基站上，直至电池无法使用，确定电池报废止为电芯全生命周期；电芯全生命周期内发生包含电芯在不同温度环境下充电、放电、存储、挤压、形变等内容；本发明实施例通过施加测试温度和/或测试压力，模拟了电芯全生命周期不同使用工况下的物理状态；在一种示例性实例中，本发明实施例中的对称电池包括：
37.第一导电层和第二导电层，作为两个电极；
38.位于第一导电层和第二导电层之间的预设数值层隔膜；
39.隔膜间隙中注入的电解液；
40.用于封装第一导电层、第二导电层和隔膜的铝塑膜。
41.在一种示例性实例中，本发明实施例导电层可以由面积和材质对称的导电材料制备，包括但不限于，通过铝箔、铜箔、铜片或铝片等制备的材料层。本发明实施例第一导电层和第二导电层作为对称电池的两个电极，两个电极不区分正负极；在测试隔膜离子电导率时，其中一个电极与测试单元中确定电池阻抗的电路的正极端口连接，另一个电极与测试单元测试单元中确定电池阻抗的电路的负极端口连接。在一种示例性实例中，本发明实施例测试单元是设置为：
42.确定电池在施加测试条件下的电池阻抗；
43.对电池阻抗的阻抗值与隔膜的层数进行线性拟合，获得隔膜离子电导率。
44.在一种示例性实例中，本发明实施例测试单元可以包括电化学阻抗谱(eis)测试装置和具备执行线性拟合运算的功能器件组成；
45.在一种示例性实例中，本发明实施例测试单元还可以是其他可以确定电池阻抗、并根据电池阻抗计算隔膜离子电导率的装置，包括但不限制于：控制器、集成电路装置等；
46.在一种示例性实例中，本发明实施例装置还包括压力单元，设置为：
47.对电池施加预设压力；
48.其中，预设压力在0.1兆帕(mpa)～9.99mpa。
49.本技术发明人分析发现：在进行隔膜离子电导率测试之前，对对称电池施加预设压力，可以提升隔膜离子电导率的测试质量；本发明实施例压力单元与设置条件单元可以是两个独立的组成单元，施加预设压力的处理为隔膜离子电导率测试之前的处理。
50.在一种示例性实例中，本发明实施例中的测试条件包括测试温度时，可以通过恒温箱或加热板等进行测试温度的施加；在一种示例性实例中，本发明实施例中的加热板可以是金属板；
51.在一种示例性实例中，本发明实施例中的测试条件包括测试压力时，可以通过气缸、伺服电机或夹板等进行测试压力的施加；
52.在一种示例性实例中，施加测试温度和测试压力的装置可以是集成为一体的装置；例如、可以同时施加温度和压力的金属板。
53.图2为本发明实施例隔膜离子电导率的测试方法的流程图，如图2所示，包括：
54.步骤201、根据需要测试隔离离子电导率的电池的电芯全生命周期，按照预先确定的映射关系向电池施加测试条件，使电池的物理状态与需要测试隔离离子电导率的电池的电芯全生命周期的物理状态相同；
55.步骤202、对处于测试条件下的电池进行隔离离子电导率测试；
56.其中，电池为预先封装的对称电池；映射关系包括：测试条件与电芯全生命周期的对应关系；测试条件包括恒定的：测试压力和/或测试温度。
57.本发明实施例通过封装电池为对称电池，为向电池施加进行隔膜离子电导率测试的测试条件提供基础；根据映射关系施加测试条件，使电池的物理状态与需要测试的隔膜离子电导率的电芯全生命周期的物理状态相同，实现了电芯全生命周期的工作状态的模拟；通过对与需要测试的隔膜离子电导率的电芯全生命周期的物理状态相同的电池进行测试，实现了电池电芯全生命周期下隔膜离子电导率的测试，通过测试获得的电芯全生命周期下隔膜离子电导率，为提升电池性能、安全性和寿命提供了数据支持。
58.在一种示例性实例中，本发明实施例中对称电池包括：
59.第一导电层和第二导电层，作为两个电极；
60.位于第一导电层和第二导电层之间的预设数值层隔膜；
61.隔膜间隙中注入的电解液；
62.用于封装第一导电层、第二导电层和隔膜的铝塑膜。
63.在一种示例性实例中，本发明实施例对处于测试条件下的电池进行隔离离子电导率测试，包括：
64.确定电池在测试条件下的电池阻抗；
65.对电池阻抗的阻抗值与隔膜的层数进行线性拟合，获得隔膜离子电导率。
66.在一种示例性实例中，按照预先确定的映射关系配置测试条件之前，本发明实施例方法还包括：
67.对电池施加预设压力；
68.其中，预设压力在0.1mpa～9.99mpa。
69.本技术发明人分析发现，在进行隔膜离子电导率测试之前，将预设压力施加于对称电池，可以获得更好的隔膜离子电导率测试结果。
70.在一种示例性实例中，本发明实施例通过恒温箱或加热板，向电池施加测试温度。
71.在一种示例性实例中，本发明实施例通过气缸、伺服电机或夹板，向电池施加测试压力。
72.在一种示例性实例中，本发明实施例中的加热板可以是金属板。
73.在一种示例性实例中，施加测试温度和测试压力的装置可以是集成为一体的装置。
74.本发明实施例还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的隔膜离子电导率的测试方法。
75.本发明实施例还提供一种终端，包括：存储器和处理器，存储器中保存有计算机程序；其中，
76.处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；
77.计算机程序被处理器执行时实现如上述的测试隔膜离子电导率的方法。
78.以下通过应用示例对本发明实施例进行简要说明，应用示例仅用于陈述本发明实施例，并不用于限定本发明的保护范围。
79.应用示例
80.图3为本发明应用示例电池的组成示意图，如图3所示，本应用示例第一导电层为铝箔材料，图中示意为第一铝箔层，第二导电层为铝箔材料，图中示意为第二铝箔层；本应用示例第一铝箔层和第二铝箔层作为两个电极，第一铝箔层和第二铝箔层之间夹不同层数隔膜，注入电解液，通过铝塑膜封装电芯，获得对称电池；本发明应用示例两个电极之间可以设置5层隔膜；隔膜的面积为固定面积；电解液的配比为固定配比；本发明实施例对称电池的制备简单，灵活性强，可以确保隔膜完全浸润。
81.制备对称电池，本应用示例需要测试电化学阻抗谱(eis)，得到电池阻抗；由具有拟合处理功能的应用根据得到电池阻抗计算隔膜离子电导率；测试获得的各层隔膜的电池阻抗分别为r1、r2、r3、r4和r5；参照相关原理，以隔膜层数为横坐标，隔膜的电池电阻为纵坐标作曲线，求出曲线的斜率和线性拟合度，当线性拟合度大于0.99时，计算隔膜的离子电导率；当线性拟合度小于0.99时，从制备对称电池开始重新进行隔膜离子电导率的测试；
82.本发明应用示例r＝k*1；
83.式中，r表示一层隔膜的电阻值，单位为欧姆；k为拟合度大于0.99时曲线的斜率；
[0084][0085]
式中，σ表示隔膜离子电导率，单位为西门子每厘米；d为一层隔膜的厚度，单位为微米；r表示一层隔膜的电阻值，单位为欧姆；s表示隔膜的面积，单位为平方厘米；
[0086]
本应用示例在测试时，根据需要测试隔膜离子电导率的电池的电芯全生命周期，