阻抗测试装置的制作方法

1.本技术涉及阻抗测试领域，具体而言，涉及一种阻抗测试装置。


背景技术：

2.锂电池阻抗是指电池在工作时，电流在电池内部传递受到的阻碍程度大小，根据测试方法，又可分为直流内阻和交流内阻。锂电池的阻抗值，与电池内部结构(包括集流体、正负极片、隔膜、极片/隔膜的接触面积等)、充放电倍率以及工况温度等因素具有密切的关系。
3.锂电池阻抗已被广泛开发用于锂电池的倍率和功率性能的评估、寿命预估、正负极和隔膜材料分析、研究锂离子脱嵌动力学参数、低温循环析锂、界面sei膜和soc预测等方面的研究，成为了评估分析锂电池综合性能的最有效手段。
4.近年来出现了多种锂电池阻抗值的检测方法及装置。公告号为cn 106645953 b的专利文件公开了一种锂电池内阻值估算方法，根据soc值在线估算锂电池的内阻值。公告号为cn 207472965 u公的专利文件开了一种锂离子电池隔膜的阻抗测试装置，测试过程将隔膜放置于两个金属板之间，通过导线孔连通进行测试，能较快地获得隔膜阻抗值。该测试装置缺乏密封措施，两个金属板之间容易出现漏电的情况，此外该装置无法模拟高温高压等工况下隔膜的使用情况。公开号为cn 106324355 a的专利文件公开了一种化学装置的交流阻抗测试系统，包括电化学装置、控制装置、直流调节支路以及与直流调节支路并联的扰动调节支路等。但是该方法工作电路复杂，切不适合用于极片、隔膜等材料阻抗值的检测。公开号为cn104678173 a的专利文件公开了一种锂离子隔膜面阻抗的测试方法，将隔膜置于两电极之间，通过螺杆移动上电极，形成类似对称电池的构造，进行隔膜阻抗的测试。
5.目前常规的交流阻抗或直流测试方法，通常无法模拟锂电池或相关结构在不同气候条件下的阻抗特性，缺乏与实际应用环境相对应的理论数据。
6.因此，迫切需要一种可以测试锂离子电池在极端条件下阻抗值的装置。


技术实现要素：

7.本技术的主要目的在于提供一种阻抗测试装置，以解决现有技术中的无法测试锂电池或相关结构在不同气候条件下的阻抗特性的问题。
8.为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种阻抗测试装置，包括：测试壳体，具有容纳空间；压力组件，位于所述容纳空间内，所述压力组件用于向待测试结构施加压力；环境参数调整组件，位于所述容纳空间内，所述环境参数调整组件用于调整所述容纳空间内温度和/湿度；阻抗测试设备，位于所述测试壳体外，所述阻抗测试设备用于与所述待测试结构电连接，以测试所述待测试结构的阻抗性能。
9.进一步地，所述阻抗测试装置还包括：压力检测设备，位于所述容纳空间内，所述压力检测设备用于检测所述压力组件向所述待测试结构施加的压力。
10.进一步地，所述压力组件包括：底座，位于所述容纳空间的底面上；第一支撑结构，
位于所述底座上；第二支撑结构，包括施压部，所述施压部沿靠近所述底座的方向可移动地设置于所述第一支撑结构，以对放置在所述施压部和所述底座之间的所述待测试结构施加压力。
11.进一步地，所述第一支撑结构包括：多个支撑柱，间隔地设置在所述底座上；所述第二支撑结构还包括：支撑件，位于多个所述支撑柱上，且在所述支撑柱的高度方向上与所述底座间隔设置；所述施压部为第二支撑件，可移动地位于多个所述支撑柱上，且在所述支撑柱的高度方向上与所述支撑件间隔设置，施压部位于所述支撑件的远离所述底座的一侧，在对所述待测试结构进行阻抗性能检测时，所述待测试结构位于所述支撑件和施压部之间且位于所述支撑件上；所述压力检测设置位于所述底座和所述支撑件之间，且位于所述底座上。
12.进一步地，所述压力组件包括：传动结构，与所述第一支撑结构连接，用于调整所述施压部沿靠近或远离所述底座的方向移动。
13.进一步地，所述环境参数调整组件包括：加热设备，位于所述容纳空间内，所述加热设备用于调整容纳空间内的温度；加湿设备，位于所述容纳空间内，所述加湿设备用于调整容纳空间内的湿度；排风设备，与所述容纳空间连通，所述温加湿设备用于调整容纳空间内的湿度和湿度。
14.进一步地，所述阻抗测试装置还包括：温湿度检测设备，用于测试所述容纳空间内的温度和湿度。
15.进一步地，所述阻抗测试装置还包括：校正设备，与所述压力检测设备和/或所述温湿度检测设备电连接，用于对所述压力检测设备和/或所述温湿度检测设备校正。
16.进一步地，所述测试壳体具有出线孔。
17.进一步地，所述测试壳体为恒温恒湿箱。
18.应用本技术的技术方案，上述的阻抗测试装置中，包括测试壳体和环境参数调整组件，通过环境参数调整组件调整测试壳体的容纳空间的温度和/或湿度，以模拟不同的气候条件，从而满足不同的测试条件，实现测试锂电池或相关结构(待测试结构)在不同的气候条件下的阻抗性能，解决了现有技术中的方案难以测试锂电池或相关结构在不同气候条件下的阻抗特性的问题，可以为锂电池和锂电材料在实际应用中的寿命及安全性评估，提供有效的实验依据；具体测试结果也可以用来有效评估锂电池和锂电池材料的失效老化机理过程，推动锂电池领域的发展。
附图说明
19.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
20.图1示出了根据本技术的一种阻抗测试装置的实施例的结构示意图；
21.图2示出了根据本技术的另一种阻抗测试装置的实施例的结构示意图；
22.图3示出了实施例3的欧姆阻抗测试曲线。
23.其中，上述附图包括以下附图标记：
24.10、测试壳体；20、压力组件；30、环境参数调整组件；40、阻抗测试设备；50、压力检测设备；60、温湿度检测设备；70、校正设备；80、处理器；90、待测试结构；11、出线孔；12、箱
门；21、底座；22、支撑柱；23、支撑件；24、施压部；25、传动结构；31、加热设备；32、加湿设备；33、排风设备。
具体实施方式
25.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
28.正如背景技术所介绍的，现有技术中，无法测试锂电池或相关结构在不同气候条件下的阻抗特性，为了解决如上的技术问题，本技术提出了一种阻抗测试装置。
29.本技术的一种典型的实施方式中，提供了一种阻抗测试装置，如图1所示，该测试装置包括测试壳体10、压力组件20、环境参数调整组件30以及阻抗测试设备40。其中，测试壳体10具有容纳空间；压力组件20位于上述容纳空间内，上述压力组件20用于向待测试结构90施加压力；环境参数调整组件30位于上述容纳空间内，上述环境参数调整组件30用于调整容纳空间内温度和/湿度，以模拟不同的环境情况，例如高温等情况；阻抗测试设备40位于上述测试壳体10外，上述阻抗测试设备40用于与上述待测试结构90电连接，以测试上述待测试结构90的阻抗性能。
30.上述的阻抗测试装置中，包括测试壳体和环境参数调整组件，通过环境参数调整组件调整测试壳体的容纳空间的温度和/或湿度，以模拟不同的气候条件，从而满足不同的测试条件，实现测试锂电池或相关结构(待测试结构)在不同的气候条件下的阻抗性能，解决了现有技术中的方案难以测试锂电池或相关结构在不同气候条件下的阻抗特性的问题，可以为锂电池和锂电材料在实际应用中的寿命及安全性评估，提供有效的实验依据；具体测试结果也可以用来有效评估锂电池和锂电池材料的失效老化机理过程，推动锂电池领域的发展。
31.需要说明的是，上述的测试壳体可以为任何可以形成密封容纳空间的壳体，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适结构的测试结构。具体的一种实施例中，为了方便取放其他结构部件，测试壳体可以包括两部分，相互连接地第一部分和第二部分，第一部分具有开口，第二部分可开合地设置在开口上，当需要取放结构部件时，第二部分打开，通过开口取放其他结构部件。
32.为了更为准确地模拟测试压力，本技术的一种实施例中，如图2所示，上述阻抗测试装置还包括：压力检测设备50，位于上述容纳空间内，上述压力检测设备50用于检测上述压力组件20向上述待测试结构90施加的压力。
33.具体的实施例中，压力检测设备为压力传感器，其测试范围在0-100000kgf之间，测试精度在
±
1kgf。
34.在实际的应用中，上述压力组件可以为任何可以向待测试结构施加压力的结构组件，本领域技术人员可以根据实际情况设置合适的压力组件，例如，在测试壳体的内壁上开设滑槽，压力组件的两端设置在滑槽中，在需要向待测试结构施加压力时，压力组件滑动至待测试结构上施加压力。
35.本技术的一种具体的实施例中，如图2所示，上述压力组件20包括底座21、第一支撑结构以及第二支撑结构，其中，底座21位于上述容纳空间的底面上；第一支撑结构位于上述底座21上；第二支撑结构包括施压部，上述施压部沿靠近上述底座的方向可移动地设置于上述第一支撑结构，以对放置在上述施压部和上述底座之间的上述待测试结构90进行施加压力。该实施例中，由于具有底座21，在测试时，可以将待测试结构90放置在底座21上方，避免了待测试结构90直接放在测试壳体10的表面上可能导致在测试过程中损伤测试壳体10的问题；并且，该压力组件20中还包括第一支撑结构，该结构用来支撑包括施压部的第二支撑结构，保证了整个压力组件20的结构更加稳定，且保证施压部的移动空间相对该阻抗测试装置中的其他结构更为独立，避免施压部在移动时影响容纳空间中的其他结构。
36.更为具体的一种实施例中，如图2所示，上述第一支撑结构包括多个支撑柱22，间隔地设置在上述底座21上；上述第二支撑结构还包括支撑件23，位于多个上述支撑柱22上，且在上述支撑柱22的高度方向上与上述底座21间隔设置；上述施压部24可移动地位于多个上述支撑柱22上，且在上述支撑柱22的高度方向上与上述支撑件23间隔设置，施压部24位于上述支撑件23的远离上述底座21的一侧，在对上述待测试结构90进行阻抗性能检测时，上述待测试结构90位于上述支撑件23和施压部24之间且位于上述支撑件23上，施压部24用于向待测试结构90施加压力，上述压力检测设置位于上述底座21和上述支撑件23之间，且位于上述底座21上。该结构较为简单，且同时能够保证压力检测设备50可以准确地检测到压力组件20向待测试结构90施加的压力，从而更准确地模拟测试压力。
37.为了更便捷高效地控制施压部在预定方向上移动，本技术的一种实施例中，如图2所示，上述压力组件20包括：传动结构25，与上述第一支撑结构连接，用于调整上述施压部24沿靠近或远离上述底座21的方向移动。
38.本技术的另一种实施例中，如图2所示，上述环境参数调整组件30包括加热设备31、加湿设备32、以及排风设备33，其中，加热设备31位于上述容纳空间内，上述加热设备31用于调整容纳空间内的温度；加湿设备32位于上述容纳空间内，上述加湿设备32用于调整容纳空间内的湿度；排风设备33与上述容纳空间连通，上述排风设备33用于调整容纳空间内的湿度和湿度。该实施例中，可以通过这三个设备对容纳空间内的温度以及湿度进行实时高效地调整。
39.更为具体的实施例中，上述加湿设备可将容纳空间内的湿度控制在1
–
95％rh之间；上述加热设备可将容纳空间内的温度控制在-40℃到180℃之间，升降温速率在1
–
20℃/min之间可调；上述排风设备可在输入指令后，协调温度和湿度模块进行温度和湿度的快速调节，排风设备还具备维持容纳空间内温湿度分布均匀的功能；
40.为了更为准确地模拟测试温度和测试湿度，本技术的一种实施例中，如图2所示，上述阻抗测试装置还包括：温湿度检测设备60，用于测试上述容纳空间内的温度和湿度。
41.具体的实施例中，温湿度检测设备60包括温传感器、湿度传感器及数据转换器，其中温传感器的测试误差在
±
0.1℃，湿度传感器的测试误差在
±
0.5％rh。
42.上述的压力检测设备，通过箱体的出线孔11，与上述数据转换器实现电路的连接。
43.本技术的又一种实施例中，如图2所示，上述阻抗测试装置还包括：校正设备70，与上述压力检测设备50和/或上述温湿度检测设备60电连接，用于对上述压力检测设备50和/或上述温湿度检测设备60校正。通过校正设备70对压力检测设备50以及温湿度检测设备60进行校正，进一步保证了压力、温度以及湿度的准确检测，从而进一步保证了准确地模拟不同的环境情况，进一步保证了阻抗特性测试的结果的准确性。
44.为了使得该阻抗测试装置更加高效地工作，如图2所示，本技术的一种实施例中，上述阻抗测试装置还包括：处理器80，位于上述容纳空间外，与上述阻抗测试设备40以及上述校正设备70分别电连接，用于控制上述阻抗测试设备40以及上述校正设备70的工作。
45.本技术的再一种实施例中，如图2所示，上述测试壳体10具有出线孔11。容纳空间内的设备与容纳空间外的设备之间的连接线可以通过出线孔11走线，即出线孔11作为电路通道，具体地，压力检测设备50和校正设备70之间的连线可以通过出线孔11走线，阻抗测试设备40与待测试结构90之间的连线也可以通过出线孔11走线。
46.为了进一步保证该容纳空间在测试时具有良好的密封性能，本技术的一种实施例中，上述通过软硅胶圈，在出线孔和线束进行填充，实现密封容纳空间的作用。
47.为了进一步保证在调整好测试环境参数后，容纳空间可以在测试时间段内较稳定地保持对应的环境参数，进一步保证了测试结果的准确型，本技术的一种实施例中，上述测试壳体10为恒温恒湿箱。更为具体的实施例中，该箱体为防爆耐高温钣金箱体，如图2所示，该箱体还包括箱门12、设置在箱门12上的门把手。
48.本技术的阻抗测试设备，包含交流阻抗测试系统和直流阻抗测试系统，适用于多种电池单元阻抗特性的测试。
49.为了进一步保证各种环境参数下，测试的正常进行，本技术中的连接线外层包覆有绝缘胶，可在高湿度情况下进行测试，而不发生短路情况。
50.本技术的阻抗测试装置的具体测试过程，包括如下步骤：
51.1)判断待测试结构，若为锂电池可直接进行测试，具体包括对称电池、软包电池、铝壳电池、全电池、纽扣电池、圆柱型电池、刀片电池等，可直接将该电池用于阻抗测试，需要指出，当待测试结构为电池成品，对电池的正负极材料、隔膜、电解液和粘结剂等材料无具体要求；
52.2)若待测试结构为锂电材料，包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液、粘结剂，则制备成适合的电池类型，对锂电材料的阻抗值进行测试，例如，隔膜的阻抗测试，可采用铜箔制备成对称电池，通过控制对称电池中隔膜的层数，对隔膜的阻抗值进行测定；再例如正极材料的阻抗测试，可采用锂金属箔片制备成纽扣电池，对正极材料的阻抗特性进行测试；其它锂电材料的阻抗测试，本实用新型不在进行详细的描述；
53.3)根据测试条件，若测试恒定温度、压力和湿度条件下的阻抗特性，则提前设定好容纳空间的测试温度和湿度，使之达到稳定；
54.4)将待测试结构置于压力组件上，施加预定的压力，将压力组件、压力检测设备和待测试结构移至容纳空间内，稳定5～10分钟；
55.5)开启阻抗测试设备，判断采用的阻抗测试模式，若为交流阻抗测试，则使阻抗测试设备输出扰动电流进行测试，扰动频率根据测试要求执行；若直流阻抗测试，则使阻抗测试设备输出脉冲电流进行测试，测试电流大小根据待测试结构进行调整，其中，交流阻抗法是现有技术中公知的测试方法，测试将一个小振幅的正弦波电流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，达到稳定后，测量其响应电流信号的振幅，计算出电极的复阻抗，再根据等效电路图，通过阻抗谱图的分析和参数拟合，输出电池的阻抗特性。直流阻抗测试方法也是一种快速而精确的测量锂电池内阻的方法，通过对电池施加瞬间电流放电，测量电池上压降，通过欧姆定律计算当前电池内阻；
56.6)输出在设定温度、压力和湿度条件下，锂电池或锂电材料的阻抗值；如需要在在线测试随压力、温度和湿度变化的阻抗值特性，可实时记录锂电池或锂电材料的阻抗值；
57.7)根据测试条件，若测试多因素(包括温度、压力、湿度)变化条件下的阻抗特性，则先设定预起始条件(压力值、温度值、湿度值)；再将压力设备、压力检测设备和待测试结构(待测试结构)移至容纳空间内；选取适合的阻抗测试模式，开启阻抗数据、温度值、压力值、湿度值的记录测试；改变温度、压力和湿度值，记录观察不同外界条件下的阻抗特性。
58.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“位于”、“通过”、“转动”、“底部”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，这仅是为了便于描述本实用新型和简化描述过程，而不是限定本实用新型所指的装置或器件必须在特定的方位、以特定的方位构造，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，本实用新型的描述中，需要说明的是，“连接”、“安装”等词应做广义理解，例如，校正设备通过两个电路线与压力传感器、温湿度检测设备的连接，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，也可以是通过中介媒介间接相连。
59.为了使得本领域技术人员可以更加详细地了解本技术的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本技术的技术方案。
60.实施例1
61.参考图2所示，该阻抗测试装置包括测试壳体10、压力组件20、环境参数调整组件30、阻抗测试设备40、压力检测设备50、温湿度检测设备60、校正设备70、处理器80。其中，测试壳体10为恒温恒湿箱，环境参数调整组件30包括湿度控制模块、加热模块和排风模块，恒温恒湿箱包括出线孔11和箱门12；压力组件20包括底座21、传动结构25、支撑柱22、支撑件23和施压部24；压力检测设备50为压力传感器。上述的校正设备70通过出线孔11与压力传感器进行电路连接，并通过另外一个电路与温湿度检测设备60块进行连接；上述的阻抗测试设备40通过出线孔11与待测试结构90进行连接；上述的处理器80通过电路与校正设备70和阻抗测试设备40进行连接。
62.将恒温恒湿箱的温度设置为20℃，湿度设置为40rh％，待温度和湿度达到设定值后，稳定一段时间。将磷酸铁锂电池(50％soc)放在压力组件20的支撑件23的表面之上，将压力传感器置于支撑件23和底座21之间，通过传动结构25，调节好测试压力值为100kgf。将压力组件20、压力传感器及待测试结构90移至恒温恒湿箱体内，稳定10分钟。开启阻抗测试设备40的直流阻抗测试系统，对锂电池的直流内阻进行测试，记录此时的测试温度、湿度、压力和直流阻抗值。改变测试温度，分别设置为30℃、40℃、50℃，记录不同温度下磷酸铁锂的阻抗特性，输出最终的测试结果，见表1。
63.实施例2
64.阻抗测试装置与实施例1的相同，测试过程包括：
65.将恒温恒湿箱的温度设置为25℃，湿度设置为50rh％，待温度和湿度达到设定值后，稳定一段时间。将三元锂电池(50％soc)放在压力组件20的支撑件23面之上，将压力传感器置于支撑件23和底座21之间，通过传动结构25，调节好测试压力值为1kgf。将压力组件20、压力传感器及待测试结构90移至恒温恒湿箱体内，稳定10分钟。开启阻抗测试设备40的直流阻抗测试系统，对锂电池的直流内阻进行测试，记录此时的测试温度、湿度、压力和直流阻抗值。打开恒温恒压箱门12，调节压力组件20的传动结构25，将压力值分别设置为10kgf、400kgf、800kgf，记录不同压力下三元锂电池的阻抗特性，得到测试结果，见表2。
66.实施例3
67.阻抗测试装置与实施例1的相同，测试过程包括：
68.选取面积为4cm
×
5cm的pe隔膜，通过控制隔膜的层数分别为0、1、2、3，制备成对称电池。将恒温恒湿箱的温度设置为20℃，湿度设置为20rh％，待温度和湿度达到设定值后，稳定一段时间。将对称电池放在压力组件20的支撑件23面之上，将压力传感器置于支撑件23和底座21之间，通过传动结构25，调节好测试压力值为50kgf。将压力组件20、压力传感器及待测试结构90移至恒温恒湿箱体内，稳定10分钟。开启阻抗测试设备40的交流阻抗测试系统，记录对称电池的阻抗值。打开恒温恒压箱门12，调节压力组件20的传动结构25，将压力值分别设置为150kgf、200kgf、300kgf，记录不同压力下隔膜的阻抗特性，得到测试结果，见表3，图3是实施例3的欧姆阻抗测试曲线，其中，横坐标为实部阻抗，纵坐标为虚部阻抗。
69.表1
[0070][0071]
表2
[0072][0073]
[0074]
表3
[0075][0076]
从以上的描述中，可以看出，本技术上述的实施例实现了如下技术效果：
[0077]
本技术的阻抗测试装置中，包括测试壳体和环境参数调整组件，通过环境参数调整组件调整测试壳体的容纳空间的温度和/或湿度，以模拟不同的气候条件，从而满足不同的测试条件，实现测试锂电池或相关结构(待测试结构)在不同的气候条件下的阻抗性能，解决了现有技术中的方案难以测试锂电池或相关结构在不同气候条件下的阻抗特性的问题，可以为锂电池和锂电材料在实际应用中的寿命及安全性评估，提供有效的实验依据；具体测试结果也可以用来有效评估锂电池和锂电池材料的失效老化机理过程，推动锂电池领域的发展。
[0078]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。