电池测试辅助装置及电池测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及动力电池测试技术领域，特别涉及一种电池测试辅助装置。同时，本实用新型还涉及一种应用有该电池测试辅助装置的电池测试装置。


背景技术：

2.固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。其中，硫化物电解质具有比较高的锂离子电导率，在室温下，离子电导率可以达到10-3～10-2s/cm，接近甚至超过有机电解液，同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽(达5v以上)的特点，尤其是在高功率以及高低温固态电池方面优势突出。
3.但当采用硫化物固体电解质制备全固态电芯体系时，由于硫化物电解质电解质属于陶瓷类材料，所制备的软包电池内部为固固接触，所以无论是电解质本身之间、电解质与导电剂之间、电解质与活性物质、导电剂与活性物质之间、电极与电解质膜均会存在因界面接触不良而产生阻抗。所以在全固态电池测试或使用中，为保证电池性能发挥，通常在电池外部施加一定的压力。
4.全固态电池在组装软包电池之前，会使用模具电池筛选材料，组装半电池测试正极或负极，组装全电池测试电池性能，这些测试都是在电池模具保持一定压力条件下测试的，所以模具电池对于全固态电池，就相当于液态电池研发过程中的扣式电池。
5.目前，全固态电池表征测试所使用的模具电池，模具两端金属柱直径一致，在测试样品时，在绝缘套筒内将组装好的电池的两极顶住，锁紧模具电池螺母后进行测试，在全固态模具电池循环测试中，由于电池在充放电过程中负极的膨胀收缩，以及各类副反应，会导致金属顶柱与电池两极集流体界面接触变差，甚至锁紧的模具电池出现松动，增加电池测试内阻，导致电池测试结果变差，测试表征失败。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种电池测试辅助装置，以能够提高电池集流体与顶柱的接触效果，而利于提高测试结果的准确性。
7.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
8.一种电池测试辅助装置，用于将全固态电池的负极片、电解质膜以及正极片叠放于一起并形成待测试体，以供测试，所述电池测试辅助装置包括支撑体、绝缘体、施压装置以及两个引出端，其中：
9.所述绝缘体定位设于所述支撑体上，且所述绝缘体上形成有容纳腔，以收容叠放于一起的所述负极片、所述电解质膜和所述正极片；
10.所述施压装置具有可插装于所述容纳腔内的移动顶柱，所述移动顶柱具有与所述容纳腔的横截面面积匹配的顶压端，所述顶压端可弹性地作用于所述待测试体上，且在厚
度方向上能够压紧所述待测试体上并保持；
11.两个引出端彼此绝缘隔离设置，并分别与所述正极片和所负极片电接触，而将所述正极片和所述负极片的电极引出，以供测试。
12.进一步的，所述施压装置包括位于绝缘体上方的压板，以及固连于所述压板下方的固定顶柱，所述移动顶柱连接于所述固定顶柱的端部，且所述移动顶柱和所述压板之间设有弹性件。
13.进一步的，所述弹性件为套设于所述固定顶柱上的弹簧，所述弹簧的一端顶置所述压板的下表面，另一端顶置在所述移动顶柱的上端面。
14.进一步的，所述绝缘体的周向上设有多个螺杆，各所述螺杆穿过所述支撑体和所述压板，并与匹配的螺母螺接连接，且因所述螺母于对应的所述螺杆上的旋合深度，而使所述压板的高度可调。
15.进一步的，所述螺杆和所述支撑体之间绝缘连接。
16.进一步的，所述支撑体上设有用于支撑所述负极片或所述正极片的下顶柱；
17.所述容纳腔为沿竖直方向形成在所述绝缘体内的通孔；
18.所述移动顶柱和所述下顶柱分别插装于所述通孔的两端。
19.进一步的，所述支撑体和/或所述压板呈长条板状，且所述移动顶柱和所下顶柱的直径与所述通孔的内径相同。
20.进一步的，所述电解质膜被构造为由位于所述通孔内的固态电解质粉末经所述移动顶柱和所述下顶柱的压合而成，并位于所述通孔内；
21.所述正极片和所述负极片分别由所述通孔的两端置入而叠放在所述电解质膜的两侧。
22.进一步的，所述移动顶柱和所述下顶柱均采用导电材质制成，以形成匹配于所述正极片和所述负极片的两个所述引出端。
23.相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：
24.本实用新型所述的电池测试辅助装置，通过设置的支撑体、绝缘体、施压装置和两个引出端，以及设置具有与容纳腔横截面面积匹配的顶压端的移动顶柱，同时设置移动顶柱能够弹性地作用于待测试体上，以在厚度方向上压紧待测试体，可使得移动顶柱与电池集流体具有较好的接触效果，从而能够有效改善因电池在充放电过程中膨胀收缩或副反应等导致电池集流体与顶柱接触变差的问题，而利于提高电池测试数据的准确性，并具有较好的测试效果。
25.另外，设置在移动顶柱和压板之间的弹性件，可利于移动顶柱弹性顶紧待测试体，且在弹力作用下能够防止施压装置的松动。此外，通过设置支撑体和压板的呈长条状结构，具有结构简单，便于加工制造的特点，且也能够节省材料而使得制造成本较低。
26.本实用新型的另一目的在于提出一种电池测试装置，包括测试电路，还包括如上所述的电池测试辅助装置，两个所述引出端电联接于所述测试电路中。
27.本实用新型所述的电池测试装置与如上所述的电池测试辅助装置相比于现有技术，具有相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
28.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
29.图1为本实用新型实施例所述的电池测试辅助装置的结构示意图；
30.图2为本实用新型实施例所述的支撑体的结构示意图；
31.图3为本实用新型实施例所述的绝缘体的结构示意图；
32.图4为本实用新型实施例所述的施加装置的结构示意图；
33.图5为本实用新型实施例所述的压板及固定顶柱连接的结构示意图；
34.附图标记说明：
35.1、支撑体；101、下顶柱；102、安装孔；
36.2、绝缘体；201、通孔；
37.3、压板；301、固定顶柱；302、移动顶柱；303、固定孔；
38.4、螺杆；5、螺母；6、弹簧；7、绝缘套。
具体实施方式
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语，其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。此外，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.此外，在本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“连接件”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
43.本实施例首先涉及一种电池测试辅助装置，用于将全固态电池的负极片、电解质膜以及正极片叠放于一起并形成待测试体，以供测试。
44.在整体构成上，如图1所示，该电池测试辅助装置主要包括支撑体1、绝缘体2、施压装置以及两个引出端，其中，绝缘体2设于支撑体1上，且绝缘体2上形成有容纳腔，以收容叠放于一起的负极片、电解质膜和正极片。
45.而施压装置具有可插装于容纳腔内的移动顶柱302，移动顶柱302具有与容纳腔的横截面面积匹配的顶压端，并可弹性地作用于待测试体上，以在厚度方向上压紧待测试体上。两个引出端彼此绝缘隔离设置，并分别与正极片和所负极片电接触，而将正极片和负极片的电极引出，以供测试。
46.通过如上结构，可使得移动顶柱302与电池集流体具有较好的接触效果，从而能够
有效改善因电池在充放电过程中膨胀收缩或副反应等导致电池集流体与顶柱接触变差的问题，而利于提高电池测试数据的准确性。
47.其中，上述的形成在移动顶柱302上的顶压端与容纳腔的横截面面积匹配，具体是指在保证顶压端能够顺利插装于容纳腔的前提下，顶压端的外轮廓可与容纳腔的内壁抵接，比如容纳腔采用圆形时，顶压端的直径应与容纳腔的内径相同，如此能够增大顶压端与极片抵接的接触面积。
48.具体来讲，结合图1至图5所示，此时，正如前述中所说，本实施例的电池测试辅助装置包括支撑体1、绝缘体2、施压装置以及两个引出端。其中，支撑体1整体呈长条状，并在支撑体1的中部设有下顶柱101，以利于绝缘体2于下顶柱101上的插装定位，且该下顶柱101用于支撑负极片或正极片，如此也利于与下述的移动顶柱302配合，而提高对叠放于一起的负极片、电解质膜以及正极片的组装效果。
49.其中，本实施例的电解质膜，其被构造为由位于通孔201内的固态电解质粉末经移动顶柱302和下顶柱101的压合而成，并位于容纳腔中，也即下述的通孔201内，正极片和负极片则具体分别由通孔201的两端置入而叠放在电解质膜的两侧，由此形成待测试体。
50.在此需说明的是，本实施例的支撑体1除了采用上述结构形状外，也可采用其他形状，比如矩形、三角形或圆形等，另外，在支撑体1上设置与绝缘体2匹配的凹槽，也可以使得绝缘体2定位于支撑体1上，此时，凹槽的底部用于支撑负极片或正极片。
51.另外，还需说明的是，上述中的待测试体，也即由全固态电池的负极片、电解质膜以及正极片叠放于一起而形成，其收容在容纳腔中。针对于具体实施时，该待测试体的负极片所在的一侧可对应下顶柱101，正极片所在的一侧可对应移动顶柱302。当然，也可将待测试体的负极片所在的一侧对应移动顶柱302，正极片所在的一侧对应下顶柱101。
52.本实施例的绝缘体2的一种示例性结构如图3所示，该绝缘体2整体呈圆柱状结构，上述的容纳腔为沿竖直方向形成在绝缘体2内的通孔201，也即是通孔201沿绝缘体2的轴向设置。本实施例中，该通孔201用于收容叠放于一起的负极片、电解质膜和正极片，前述中的下顶柱101以及下述中的移动顶柱302分别插装于通孔201的两端，并对收容的负极片、电解质膜和正极片进行压装。
53.可以理解的是，本实施例中容纳腔的横截面形状除了可采用圆形外，还可采用方形、矩形、椭圆形或者多边形等。此时，正极片、负极片与电解质膜的形状也应当适应性的变化，应使得容纳腔与正极片和负极片保持匹配即可。
54.当然，绝缘体2除了采用圆柱状结构外，还可呈长方体状，或者正方体等。具体实施时，绝缘体2的材质可采用聚醚酮、陶瓷、聚四氟乙烯、亚克力等中的任一种，以具有较好的绝缘效果。
55.由图1结合图4及图5所示，本实施例的施压装置包括位于绝缘体2上方的压板3，以及固连于压板3下方的固定顶柱301，移动顶柱302连接于固定顶柱301的端部，且移动顶柱302和压板3之间设有弹性件。
56.具体的，本实施例的压板3也呈长条板状，固定顶柱301固连在压板3的下端面上。其中，移动顶柱302和下顶柱101的直径与绝缘体2内的通孔201的内径相同，由此，可提高与待测试体顶压的接触面积，而能够较好地进行压装，并利于提高测试的准确度。
57.本实施例的移动顶柱302的一种示例性结构可参看图4中所示，该移动顶柱302在
整体上呈圆柱状，并且其内部形成有沿轴向设置的盲孔，该盲孔用于与上述的固定顶柱301的端部插装连接，相对于设有盲孔的一端，移动顶柱302的另一端的外端面构成前述的顶压端，且该顶压端的直径与下述中绝缘体2上的通孔201直径相同，从而使得移动顶柱302与正极片或负极片之间具有较大的接触面积，而能够有效改善因电池在充放电过程中膨胀收缩或副反应等导致电池集流体与顶柱接触变差的问题，以保持良好的接触，并利于提高电池测试数据的准确性。
58.继续参看图4中示出的，固定顶柱301与移动顶柱302插装连接，此时，作为优选实施方式，本实施例的弹性件为套设于固定顶柱301上的弹簧6，弹簧6的一端顶置压板3的下表面，另一端顶置在移动顶柱302的上端面。通过如上结构，可使得移动顶柱302能够通过弹簧6的弹力而弹性地作用于待测试体上，从而使得移动顶柱302能够较好的抵紧正极片或负极片。
59.在此值得一提的是，弹簧6的内径大于等于固定顶柱301的外径，且弹簧6的外径小于等于移动顶柱302的外径，以使得弹性件的端部能够可靠顶置在移动顶柱302上。另外，弹簧6的长度优选为1.1～1.2倍的固定顶柱301的长度，而利于向移动顶柱302施加顶推力的效果。此外，当电池在充放电过程导致电池收缩时，此时移动顶柱302在弹簧6的弹力作用下能够避免因电池收缩而使移动顶柱302与极片接触不良的情况发生。当然，在一定程度上，也能够有效防止下述中施压装置的松动。
60.此外，还值得一提的是，本实施例的移动顶柱302除了采用上述结构形式外，还可采用其他结构，比如整体采用圆柱体状结构，此时，弹簧6的两端对应连接在固定顶柱301和移动顶柱302上，如此也能够实现移动顶柱302弹性地作用于待测试体上。
61.为便于调整压板3的高度，本实施例中，在绝缘体2的周向上设有两个螺杆4，也即两个螺杆4相对于绝缘体2对称布置。其中，两个螺杆4穿过支撑体1和压板3，并与匹配的螺母5螺接连接，通过调整螺母5于对应的螺杆4上的旋合深度，而使压板3的高度可调节。
62.具体的，由图1至图5所示，支撑体1上还设有两个安装孔102，两个安装孔102中用于安装下述中的绝缘套7，且两个安装孔102关于下顶柱101对称布置。压板3上对应设有两个固定孔303，通过螺栓上的螺杆4穿过对应的绝缘套7以及固定孔303，并与匹配的螺母5螺接相连，并使得各螺栓底端的头部抵接在支撑体1上，螺母5抵紧在压板3上。
63.通过如上结构，当压板3的高度进行调节，以向待测试体施加向下压力时，弹簧6受力压缩，并向移动顶柱302施加向下的顶推力，从而利于移动顶柱302弹性作用于容纳腔内的待测试体，且也能够较好的保持稳定的状态，而具有较好的使用稳定性。
64.本实施例中，移动顶柱302和下顶柱101均采用导电材质制成，以形成匹配于正极片和负极片的两个引出端。如此，可利于外部测试电路的连接。为便于两个引出端的设置，本实施例中的支撑体1和压板3也采用导电材质制成，此时，两个引出端可分别为支撑体1和压板3，由此，更易于实现与外部导电线的连接，其中，外部的导电线可通过鳄鱼夹等结构夹持在支撑体1和压板3上。
65.为进一步提高该电池测试辅助装置的使用效果，本实施例中，支撑体1和下顶柱101、压板3和固定顶柱301及滑动顶柱均采用高强度合金钢制成，以能够在600mpa的压强下不弯曲、不溃缩、无变形，而具有较好的使用稳定性。
66.由于支撑体1和压板3及滑动顶柱均采用导电材质，本实施例中，螺杆4和支撑体1
之间绝缘连接。具体的，参照图1和图2所示，在支撑体1上的安装孔102中嵌装有绝缘套7，在装配状态下，绝缘套7构成螺杆4的外壁与安装孔102之间，以及支撑体1和螺栓的头部之间的绝缘分隔。其中，绝缘套7可具体采用聚醚酮、聚四氟乙烯、亚克力等中的任一种，以具有较好的绝缘效果。
67.在此值得说明的是，本实施例中的螺栓均采用高强度螺栓，以具有较强的刚度。另外，本实施例中螺栓的数量可根据具体的使用需求或是支撑体1及压板3的具体形状进行调整。此外，待测试体在组装过程中所受的压紧力可根据具体的使用需求进行适应性的调整，而完成组装后可使用保压机进行保压，以便于对测试体进行测试。
68.本实施例中的电池测试辅助装置在使用时，采用如下步骤：
69.步骤一、将绝缘体2套设在支撑体1的下顶柱101上，然后在绝缘体2的通孔201中加入适量的固态电解质粉末，然后使用移动顶柱302在200～500mpa压强下加压5-10分钟，使得电解质粉末压装成电解质片或电解质膜。
70.步骤二、在绝缘体2的通孔201内电解质片或电解质膜的一侧置入正极片或负极片。以置入负极片为例说明，在置入负极片后，将绝缘体2插装在支撑体1的下顶柱101上，通过下顶柱101顶紧负极片。
71.步骤三、然后在绝缘体2内的电解质片或电解质膜的另一侧置入正极片，再将移动顶柱302插装于通孔201内顶，以顶紧正极片。
72.步骤四、将预装好弹簧6的压板3安装在移动顶柱302上，也即是使得压板3上的固定顶柱301插装于移动顶柱302内，在100～500mpa压强下保压5～10分钟，然后安装螺栓，使螺杆4穿过绝缘套7及固定孔303后经由螺母5拧紧。此时，根据实际的需要施加拧紧力，再通过保压机进行保压；
73.步骤五、将正极导电线连接在正极引出端上，将负极导电线连接在负极引出端上，从而引出两个引出端。
74.本实施例的电池测试辅助装置，不仅能够有效改善因电池在充放电过程中膨胀收缩或副反应等导致电池集流体与顶柱接触变差的问题，而且还具有较好的使用稳定性，从而利于提高电池测试数据的准确性，同时具有结构简单，便于加工制造的特点，且也能够节省材料，降低制造成本，为推进全固态电池研发具有积极作用。
75.本实施例还涉及一种电池测试装置，包括测试电路，还包括如上所述的电池测试辅助装置，两个引出端电联接于测试电路中。本实施例的电池测试装置通过采用上述的电池测试辅助装置，能够提高测试结果的准确性，而有着较好的使用效果。
76.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。