本申請涉及鋰離子電池隔膜測試設備領域，特別是涉及一種用于電池隔膜電導率測試的裝置和方法。

背景技術：

近年來，新能源的發(fā)展引人注目，特別是鋰離子電池的高速發(fā)展，成為新能源行業(yè)中人們關注的焦點。鋰離子電池由正極、負極、隔膜和電解液四大關鍵材料組成，隔膜位于正負極之間，起到隔離作用，防止正負極直接接觸短路，有允許離子導通和防止電子導通的微孔結構；隔膜的微孔結構制約著鋰離子的離子傳導速率，進而直接影響鋰離子電池的性能。因此，隔膜離子電導率成為衡量隔膜性能的重要指標之一。

現(xiàn)有測試方法中，比較準確的測量方法是測量隔膜的面電阻，以此表征隔膜電導率。具體的，將待測試隔膜沖壓成合適大小的樣品片，并在密封環(huán)境下用鋰離子電解液浸泡待測試隔膜；待測試隔膜充分浸潤后，將其夾緊于兩電極板之間，并將兩電極板置于鋰離子電解液中；測試兩電極板之間的電阻值，將該電阻值描在橫坐標為隔膜層數(shù)、縱坐標為電阻值的坐標系對應位置上；疊加兩層待測試隔膜測試電阻值，并將所得電阻值描在坐標系對應位置上；按照上述步驟每次疊加一層待測試隔膜進行測試，且至少測試四層待測試隔膜疊加的電阻值，并分別將所有測得電阻值描在坐標系對應位置上；計算坐標系上所有離散點的線性擬合度及斜率，若所有離散點的線性擬合度大于0.999，則將其斜率代入公式R’＝k×S中，其中k為斜率，S為較小夾持面的面積，若兩夾持面大小相同，則S為任一夾持面的面積，R’即為計算所得的隔膜面電阻。通過面電阻可以進一步的計算出電導率，或者直接用面電阻表征離子傳導速率。

以上方法，操作較為復雜，需要分別測試至少四層隔膜的電阻值，通過一層、兩層、三層和四層的電阻值才能較好擬合出線性曲線，計算所得隔膜面電阻；測試次數(shù)較多，操作過程復雜，測試耗時長，測試效率較低；而且測試四次或更多次，需要隔膜樣品量較多，所求結果也是多塊樣品隔膜面電阻的平均值。

技術實現(xiàn)要素：

本申請的目的是提供一種新的用于電池隔膜電導率測試的裝置和方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本申請采用了以下技術方案：

本申請的一方面公開了一種用于電池隔膜電導率測試的裝置，該裝置包括電導池殼體1、電導池蓋2、隔膜夾具4和電導率儀5；電導池殼體1呈一端開口的圓柱桶形結構，電導池殼體1內(nèi)，其底端具有第一圓形電導電極片11，電導池殼體1底部的外表面具有第一電極外接口111，第一電極外接口111與第一圓形電導電極片11導線連接；電導池蓋2可拆卸的固定于電導池殼體1的開口端，電導池蓋2插入電導池殼體1內(nèi)與之形成相對封閉的空腔，電導池蓋2的內(nèi)表面具有第二圓形電導電極片21，電導池蓋2的外表面具有與第二圓形電導電極片21導線連接的第二電極外接口211；電導池蓋2固定于電導池殼體1內(nèi)時，第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21相互平行，兩者中心在同一軸線上；電導池殼體1的側(cè)壁上分別開設有將電導池殼體1內(nèi)部空腔與外界連通的真空閥口12和注液閥口13，真空閥口12用于連接抽真空組件，注液閥口13用于連接電解質(zhì)溶液注射組件；電導率儀5使用時通過兩條導線31和32分別與第一電極外接口111和第二電極外接口211電連接；隔膜夾具4為互扣式圓環(huán)結構，隔膜夾具4的外徑與電導池殼體1的內(nèi)徑相適應，隔膜夾具4的內(nèi)徑大于或等于第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21中面積較大者；并且，使用時，隔膜夾具4與第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21相互平行，且三者的中心在同一軸線上。

其中，隔膜夾具4的外徑與電導池殼體1的內(nèi)徑相適應，是指使用時，隔膜夾具4放入電導池殼體1剛好能滑動，并且允許電解質(zhì)溶液由兩者空隙流過?？梢岳斫猓裟A具4只有在使用時才需要放入電導池殼體1中，同樣的，只有在使用時才需要與電導率儀5連通。

需要說明的是，本申請的電池隔膜電導率測試裝置，特別針對電池隔膜的電導率測試而設計，采用本申請的裝置，按照本申請設計的特殊測試方法，可以很簡單的得到電池隔膜的電導率，無需進行線性擬合，也無需分別對多層隔膜進行逐層疊加測試。

優(yōu)選的，第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間距離為0.50mm～5.00mm，優(yōu)選為0.50mm～1.00mm。

需要說明的是，第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間距離主要考慮的因素是電導率測試裝置的可制造性和測量準確性，兩個電導電極片的距離越大越容易制造，但是，其距離越大，電池隔膜的測量結果誤差越大。因此，本申請限定第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間距離為0.50mm～5.00mm，并且，優(yōu)選為0.50mm～1.00mm的測量準確性更高。

優(yōu)選的，第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間距離通過設置在電導池殼體1內(nèi)側(cè)壁上的定位塊14固定。

優(yōu)選的，隔膜夾具4的內(nèi)徑大于第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21。

需要說明的是，隔膜夾具4的內(nèi)徑大于第一圓形電導電極片11或第二圓形電導電極片21，其目的就是，使得待測隔膜的面積大于兩個電導電極片，因為測試的時候，是按照兩個電導電極片對應的待測隔膜面積計算的，待測隔膜的面積大于兩個電導電極片可以避免待測隔膜邊緣不整齊或不平整對測試結果造成影響。隔膜面積大于兩個電導電極面積，能夠保障有效的導電隔膜面積等于電導電極面積，方便以后計算；否則待測隔膜邊緣不整齊或不平整對測試結果造成影響。

優(yōu)選的，第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21的表面為拋光表面；電導池蓋2和電導池殼體1采用細牙螺紋互相配合旋緊和旋開。

需要說明的是，兩個電導電極片表面為拋光表面，其目的是為了避免表面粗糙影響測試結果。

優(yōu)選的，電導池殼體1由透明材料制備，透明材料優(yōu)選為PET、PP、PVC、PC、PS和ABS中的至少一種。

需要說明的是，采用透明材料制備電導池殼體1或其它組件，目的是為了方便目測觀察電導池殼體1內(nèi)部的情況。

優(yōu)選的，第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21都是鉑黑電極片。

需要說明的是，鉑黑電極是本領域常規(guī)使用的電極，可以理解，在一些特殊使用需求中，不排除可以采用其它材質(zhì)的電導電極片。

本申請的另一面公開了一種用于電池隔膜電導率測試的方法，包括采用本申請的裝置分別測試空白電解質(zhì)溶液的離子電導率K₁和含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的離子電導率K₂，并按照公式一計算待測隔膜的電導率；

公式一K_隔膜＝d×K₁×K₂/(L×(K₁-K₂))

式中，K_隔膜為待測隔膜的電導率，d為待測隔膜的厚度，L為第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間的距離，K₁為空白電解質(zhì)溶液的離子電導率，K₂為含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的離子電導率。

需要說明的是，本申請的公式一實際上是按照離子電導率計算公式K＝Q/R推導而來的，其中K為離子電導率、Q為電導電極常數(shù)，R為電阻。具體推導過程如下：

空白電解質(zhì)溶液的離子電導率K₁＝Q/R₁，R₁為空白電解質(zhì)溶液電阻；

含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的離子電導率K₂＝Q/R₂，R₂為含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的電阻；

待測隔膜的電導率K_隔膜＝Q_隔膜/R_隔膜，Q_隔膜為隔膜電導電極常數(shù)，R_隔膜為隔膜電阻；

而含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的電阻等于空白電解質(zhì)溶液的電阻加上隔膜電阻，即R₂＝R₁+R_隔膜，從而推導出R_隔膜＝R₂-R₁；將離子電導率的公式帶入其中，即得到如下公式：

R_隔膜＝R₂-R₁＝Q/K₂-Q/K₁＝Q×(1/K₂-1/K₁)＝Q×(K₁-K₂)/(K₁×K₂)，

因此，K_隔膜＝(Q_隔膜×K₁×K₂)/(Q×(K₁-K₂))；

電導電極常數(shù)Q對于本申請的一個具體的電池隔膜電導率測試裝置而言，其值是固定的，按照Q＝L/A計算，其中L為第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間的距離，A為第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21中面積較小者的面積，兩者面積相等時，就是任意一個圓形電導電極片的面積。隔膜電導電極常數(shù)Q_隔膜＝d/A_隔膜，其中，d為隔膜厚度，A_隔膜為隔膜有效導電面積，根據(jù)本申請的電導率測試裝置的結構設計，A_隔膜＝A。將Q_隔膜和Q帶入待測隔膜的電導率公式中，即得到如下公式：

K_隔膜＝(Q_隔膜×K₁×K₂)/(Q×(K₁-K₂))＝d×K₁×K₂/(L×(K₁-K₂))，即公式一。

優(yōu)選的，本申請的方法，還包括按照公式二計算待測隔膜的電阻；

公式二R_隔膜＝Q×(K₁-K₂)/(K₁×K₂)

式中，R_隔膜為待測隔膜的電阻，Q為電導電極常數(shù)。

需要說明的是，電導電極常數(shù)Q對于本申請的一個具體的電池隔膜電導率測試裝置而言，其值是固定的，按照Q＝L/A計算，其中L為第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間的距離，A為第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21中面積較小者的面積，兩者面積相等時，就是任意一個圓形電導電極片的面積。

還需要說明的是，R_隔膜為待測隔膜的電阻，隔膜面電阻＝隔膜電阻×隔膜面積，即隔膜面電阻＝R_隔膜×A。因此，按照本申請的方法得到R_隔膜后，可以根據(jù)需要計算隔膜面電阻，在此不做具體限定。

優(yōu)選的，本申請的方法中，空白電解質(zhì)溶液的離子電導率K₁和含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的離子電導率K₂的測試具體如下，在水分含量小于20PPM、溫度25℃±2℃的環(huán)境下，將電導池蓋2擰緊并封閉注液閥口13，將真空閥口12與真空組件連接，對電導池殼體1進行抽真空，直至真空度小于-95KPa，關閉真空閥口12，然后將注液閥口13與電解液注射組件連接，將電導池殼體1注滿電解質(zhì)溶液，而后關閉注液閥口13，通過電導率儀5測試此時的離子電導率，即空白電解質(zhì)溶液的離子電導率K₁；將待測隔膜沖切或者裁剪成適合隔膜夾具4的大小，將待測隔膜放入隔膜夾具4中，確保隔膜平整、無褶皺、無破損，將放有待測隔膜的隔膜夾具4放入電導池殼體1內(nèi)，擰緊電導池蓋2，按照空白電解質(zhì)溶液的離子電導率K₁的測試方法，抽真空并注滿相同的電解質(zhì)溶液，靜置至少2小時后測量離子電導率，即含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的離子電導率K₂。

其中，將待測隔膜沖切或者裁剪成適合隔膜夾具4的大小是指，沖切或者裁剪的待測隔膜大小正好能夠完整的裝入隔膜夾具4中，將隔膜夾具4的內(nèi)環(huán)占滿，且不會有多余的隔膜伸出隔膜夾具4的外環(huán)。

由于采用以上技術方案，本申請的有益效果在于：

本申請的用于電池隔膜電導率測試的裝置，結構簡單，操作容易，能夠準確而方便的測得電池隔膜的電導率和電阻。本申請的方法采用本申請的裝置，能夠簡單、便捷、快速、準確地測量計算出電池隔膜的電導率和電阻。

附圖說明

圖1是本申請實施例中用于電池隔膜電導率測試的裝置的結構示意圖；

圖2是本申請實施例中用于電池隔膜電導率測試的裝置安裝隔膜夾具后的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例和附圖對本申請作進一步詳細說明。以下實施例僅對本申請進行進一步說明，不應理解為對本申請的限制。

實施例

本例的電池隔膜電導率測試裝置，如圖1所示，包括電導池殼體1、電導池蓋2、隔膜夾具4和電導率儀5。

電導池殼體1呈一端開口的圓柱桶形結構，電導池殼體1內(nèi)，其底端具有第一圓形電導電極片11，電導池殼體1底部的外表面具有第一電極外接口111，第一電極外接口111與第一圓形電導電極片11導線連接；電導池蓋2開拆卸的固定于電導池殼體1的開口端，電導池蓋2插入電導池殼體1內(nèi)與之形成相對封閉的空腔，電導池蓋2的內(nèi)表面具有第二圓形電導電極片21，電導池蓋2的外表面具有與第二圓形電導電極片21導線連接的第二電極外接口211；電導池蓋2固定于電導池殼體1內(nèi)時，第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21相互平行，兩者中心在同一軸線上，且兩者之間的距離固定為0.50mm～5.00mm；電導池殼體1的側(cè)壁上分別開設有將電導池殼體1內(nèi)部空腔與外界連通的真空閥口12和注液閥口13，真空閥口12用于連接抽真空組件，注液閥口13用于連接電解液注射組件；電導率儀5使用時通過兩條導線31和32分別與第一電極外接口111和第二電極外接口211電連接；隔膜夾具4為互扣式圓環(huán)結構，隔膜夾具4的外徑與電導池殼體1的內(nèi)徑相適應，隔膜夾具4的內(nèi)徑大于或等于第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21中面積較大者；并且，使用時，如圖2所示，隔膜夾具4與第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21相互平行，且三者的中心在同一軸線上。

本例的電池隔膜電導率測試裝置中，第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21都是鉑黑電極片，并且，第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21的表面為拋光表面。第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21兩者面積相等，均為面積A，并且，隔膜夾具4的內(nèi)徑大于第一圓形電導電極片11或第二圓形電導電極片21。

電導池蓋2和電導池殼體1采用細牙螺紋互相配合旋緊和旋開，第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間距離通過設置在電導池殼體1內(nèi)側(cè)壁上的定位塊14固定，定位塊14能夠限定電導池蓋2的旋進深度。定位塊14為安裝在電導池外殼1內(nèi)壁上的機械定位塊，保證電導池蓋2在擰緊后，第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21之間的間距固定為L。則電導電極常數(shù)Q＝L/A。

電導池殼體1由透明材料制備，例如PET、PP、PVC、PC、PS或ABS，本例具體的采用透明PET材料制備電導池殼體1。采用透明塑料作為外殼，可以清楚觀察電解質(zhì)溶液是否充滿電導池內(nèi)腔。

本例的隔膜夾具4呈圓環(huán)形，為互扣式塑料夾具，材質(zhì)為PET、PP、PVC、PC、PS或ABS，本例具體采用的是PP材質(zhì)。測試前，需將隔膜沖切或者裁剪成合適大小的圓形樣品片，放入隔膜夾具4中并夾緊，保證隔膜平整、無褶皺、無破損。并且，需要保證隔膜面積大于鉑黑電導電極的面積A，本例具體的采用隔膜面積約為2cm²。

本例的電池隔膜電導率測試裝置結構簡單、成本低廉、拆卸安裝容易，操作方便。利用本例的電池隔膜電導率測試裝置，本例提供了一種電池隔膜電導率的測試方法，包括采用本例的裝置分別測試空白電解質(zhì)溶液的離子電導率K₁和含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的離子電導率K₂，并按照公式一計算待測隔膜的電導率；

公式一K_隔膜＝d×K₁×K₂/(L×(K₁-K₂))

式中，K_隔膜為待測隔膜的電導率，d為待測隔膜的厚度，L為第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間的距離，K₁為空白電解質(zhì)溶液的離子電導率，K₂為含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的離子電導率。

并且，還可以按照公式二計算待測隔膜的電阻；

公式二R_隔膜＝Q×(K₁-K₂)/(K₁×K₂)

式中，R_隔膜為待測隔膜的電阻，Q為電導電極常數(shù)。

其中，空白電解質(zhì)溶液的離子電導率K₁和含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的離子電導率K₂的測試具體如下：

將清洗干燥后的透明PET塑料的電導池殼體1和電導池蓋2旋緊，并將第一電極外接口111和第二電極外接口211使用導線31和32連接好電導率儀5，將裝置放入水分含量小于20PPM、溫度25℃±2℃的干燥手套箱內(nèi)；真空閥口12與抽真空組件連通，注液閥口13與電解液注射組件連通；先保持注液閥口13關閉，打開真空閥口12，通過真空閥口12抽真空至真空度＜-95KPa后關閉，然后再打開注液閥口13注入電解質(zhì)溶液，注滿電解質(zhì)溶液后關閉注液閥口13；通過電導率儀5測試此時的離子電導率，即空白電解質(zhì)溶液的離子電導率K₁。

空白電解質(zhì)溶液的離子電導率K₁測試完畢后，擰開電導池蓋2，倒出電解質(zhì)溶液；將待測隔膜沖切或者裁剪成面積約為2cm²的圓形樣品片，放入圓環(huán)形互扣式PP塑料的隔膜夾具4中夾緊，保證隔膜平整、無褶皺、無破損；將夾持有隔膜的隔膜夾具4放入電導池殼體1內(nèi)，蓋上電導池蓋2并旋緊，將裝置放入水分含量小于20PPM、溫度25℃±2℃的干燥手套箱內(nèi)；打開真空閥口12，通過真空閥口12抽真空至真空度＜-95KPa后關閉真空閥口12，然后打開注液閥口13注入電解質(zhì)溶液，注滿電解質(zhì)溶液后關閉注液閥口13；靜置2小時后開始測量含隔膜電解質(zhì)溶液的離子電導率K₂。

測試完畢后，取下電導率儀5，擰開電導池蓋2，倒出電解質(zhì)溶液，取出隔膜夾具4，清洗干凈電導池殼體1、電導池蓋2和隔膜夾具4，并放入真空干燥箱烘干以備下次測試使用。

為了保障測試結果，本例進一步地，對同種隔膜進行了三次測試，并且要求三次測試結果的相對極差不超過3％，最后取各次測試所得隔膜電導率的平均值，將該平均值定為這種隔膜的電導率。

在以上基礎上，本例對電池隔膜電導率測試裝置中，第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21的距離L，以及第一圓形電導電極片11和第二圓形電導電極片21的面積A，對裝置和測試結果的影響進行了試驗。具體的，設計了一系列的不同間距L和鉑黑電極片不同面積A的電池隔膜電導率測試裝置，如表1所示。并且，采用一系列的電池隔膜電導率測試裝置分別對隔膜厚度為16μm、20μm、25μm三個規(guī)格的電池隔膜進行了測試，每個試驗中對所測試的隔膜分別進行了三次重復測試，即將電池隔膜沖切或裁剪成三個大小相同的圓形樣品進行三次重復測試，本例的電池隔膜都是干法單向拉伸的聚丙烯微孔膜，孔隙率為36％～42％，分別是厚度為16μm的ZM16隔膜、厚度為20μm的ZM20隔膜、厚度為25μm的ZD25隔膜。測試結果如表1所示。

表1不同面積的電導電極片在不同間距下的測量結果

表1中，設計了五個電池隔膜電導率測試裝置，每個裝置對厚度為16μm、20μm或25μm的電池隔膜進行了測試。其中，d為待測隔膜的厚度，單位為微米；L為第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間的距離，單位為毫米；A為圓形電導電極片的面積，單位為平方厘米；Q為電導電極常數(shù)，單位為cm^-1；K₁為空白電解質(zhì)溶液的離子電導率，單位為mS/cm；K₂為含待測隔膜的電解質(zhì)溶液的離子電導率，單位為mS/cm；R_隔膜為待測隔膜的電阻，單位為Ω；K_隔膜為待測隔膜的電導率，單位為mS/cm。

從表1的測試數(shù)據(jù)可以看出，本例的裝置和方法，可以方便、準確地測試隔膜電阻和隔膜電導率。并且，優(yōu)選地，第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間的距離為0.50～1.00mm時，隔膜電導率測試更加準確，測試誤差更??；當然，如果對于結果準確性要求較差的情況下，也可以采用第一圓形電導電極片11與第二圓形電導電極片21之間的距離大于1.00mm，而小于或等于5.00mm的電池隔膜電導率測試裝置。

以上內(nèi)容是結合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本申請的保護范圍。