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日置HIOKI 粉末阻抗測試系統(tǒng)
名稱：電池測試儀
品牌：日置HIOKI
型號：
簡介：日置HIOKI 粉末阻抗測試系統(tǒng)● 材料裝載、壓粉和測量等所有操作均可在手套箱內(nèi)完成。● 安全測量，無硫化氫氣體泄漏和材料改變的風(fēng)險(xiǎn)● 無需再裝卸樣品，大大縮短了工作時間。● 同時測量壓粉時的阻抗、厚度和壓力。● 精確計(jì)算材料導(dǎo)電率、離子...
- 產(chǎn)品介紹
日置HIOKI 粉末阻抗測試系統(tǒng)
● 材料裝載、壓粉和測量等所有操作均可在手套箱內(nèi)完成。
● 安全測量，無硫化氫氣體泄漏和材料改變的風(fēng)險(xiǎn)
● 無需再裝卸樣品，大大縮短了工作時間。
● 同時測量壓粉時的阻抗、厚度和壓力。
● 精確計(jì)算材料導(dǎo)電率、離子導(dǎo)電率和體積密度。
● 高效，可在多種加壓條件下對單一樣品進(jìn)行連續(xù)測量。
產(chǎn)品概要
HIOKI日置的粉末阻抗測試系統(tǒng)可同時測量阻抗、厚度和壓制壓力（電池材料研究中的三個重要參數(shù)），同時以高達(dá) 60 kN (764 MPa) 的壓力壓制粉末材料。
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊，可在空間有限的手套箱（或干燥室）中安裝和操作。整個操作無需將樣品從手套箱中取出，大大提高了電池開發(fā)過程的安全性、確定性和效率。特別是，它為硫化物全固態(tài)電池的研究提供了重要價(jià)值，這種電池有望作為下一代電動汽車電池，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
極大地改變了研發(fā)環(huán)境和流程！加速開發(fā)全固態(tài)電池
開發(fā)背景
優(yōu)化能源消耗和轉(zhuǎn)向使用可持續(xù)能源是我們當(dāng)前面臨的一項(xiàng)重大社會性挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，必須擴(kuò)大使用來自可再生能源的電能。為了有效地將目前依賴化石燃料的能源消費(fèi)轉(zhuǎn)向可再生能源，必須實(shí)現(xiàn)電氣化，特別是在交通領(lǐng)域。而最有效的方法之一便是推廣使用插電式的電池電動車（BEV）。
40多年來，采用液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池完成了重大的技術(shù)進(jìn)步。許多電動汽車（BEV）都采用這種電池。然而，消費(fèi)者對當(dāng)前BEV的不滿阻礙了它們的廣泛應(yīng)
用。消費(fèi)者不滿意的原因包括續(xù)航里程、充電時間、不平衡的車輛成本和安全問題。這四個問題在很大程度上也是液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池所面臨的挑戰(zhàn)。
要使電動汽車（BEV）具有更長的續(xù)航里程、更短的充電時間、更低的價(jià)格和更高的安全性，就必須實(shí)現(xiàn)下一代電池的應(yīng)用。因此，有關(guān)材料和制造工藝的研究正在積極開展。目前，使用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池被認(rèn)為是下一代汽車電池的理想選擇。目前正在研究硫化物、氧化物、鹵化物和聚合物基材料作為固態(tài)電解質(zhì)材料。特別是硫化物和鹵化物基全固態(tài)電池，由于無需高溫?zé)Y(jié)工藝即可實(shí)現(xiàn)高性能，有望盡快實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。在制造工藝方面，干基技術(shù)、如不使用有機(jī)溶劑的干電極和以粘土形式捏合電解質(zhì)的粘土基電池，有望為降低成本做出重大貢獻(xiàn)，目前正在對這些技術(shù)進(jìn)行研究。
液態(tài)電解質(zhì)（電解液）需要一層稱為隔膜的絕緣薄膜。如果隔膜破裂，就會發(fā)生內(nèi)部短路，導(dǎo)致熱失控和電池起火。此外，電解液還極易燃燒，并會受熱降解。將電解液改為固體電解液有望克服這些弱點(diǎn)。此外，固態(tài)電解質(zhì)的使用將拓寬電極活性材料的選擇范圍，有望在性能方面取得突破。 |
創(chuàng)新的一體化測量系統(tǒng)
然而，這些前景廣闊的材料和工藝也帶來了挑戰(zhàn)。許多材料對濕氣很敏感，一旦受潮可能就會釋放出有害的硫化氫氣體，或是因水分變質(zhì)。因此，研發(fā)工作需要使用手套箱或干燥室。由于手套箱和干燥箱的空間有限，很難安裝所有的評估設(shè)備。因此，研發(fā)人員不得不在手套箱內(nèi)壓制材料，并將其封入一個密封的測試單元中，然后再將樣品取出到室外進(jìn)行測量。這種重復(fù)的取樣過程不僅增加了硫化氫氣體泄漏和材料變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，還占用了研發(fā)人員大量的寶貴時間。
為此，HIOKI日置開發(fā)了一套極其緊湊的一體化測量系統(tǒng)，可以放置在手套箱內(nèi)。該系統(tǒng)將徹底改變?nèi)虘B(tài)電池的評估過程。它大大簡化了從樣品準(zhǔn)備到測量的整個過程，同時確保了高度的安全性。
一體化結(jié)構(gòu)，極大地改變了研發(fā)環(huán)境和流程
該測量系統(tǒng)非常緊湊，可輕松集成到手套箱中。小型緊湊的設(shè)計(jì)也保證了手套箱內(nèi)足夠的操作空間。在從填充到壓制和測量的整個過程中，材料不用離手套箱。這意味著它與外部環(huán)境中的濕氣完全隔絕。
這樣，確保了所有過程都能在嚴(yán)格控制的環(huán)境中完成，從而提高了材料測量結(jié)果的穩(wěn)定性和確定性。研究人員可以排除所有無效操作和顧慮，擁有一個能集中精力進(jìn)行分析的安全的研究環(huán)境。
| 小型輕量、結(jié)構(gòu)緊湊的測試夾具和小型沖壓裝置使得安裝空間和工作空間都非常緊湊。 |
讓研究人員不必?fù)?dān)憂安全風(fēng)險(xiǎn)和材料變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)
硫化物粉末材料與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)時會釋放出有害的硫化氫氣體。鹵化物粉末材料也具有很強(qiáng)的吸濕性，被這些水分溶解。電池中使用的許多其他材料在與濕氣發(fā)生反應(yīng)時都有可能變質(zhì)。
為了避免這些風(fēng)險(xiǎn)，研究人員目前要花費(fèi)大量精力將材料裝入能阻擋濕氣的密封測試單元，并將它們移入和移出手套箱。該系統(tǒng)可在手套箱內(nèi)完成整個過程，使研究人員不必?fù)?dān)心安全風(fēng)險(xiǎn)和材料變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。
通過固定材料和操作人員，可以消除各種風(fēng)險(xiǎn)因素，讓操作人員可以專心工作。 |
在高壓下同時測量阻抗、厚度和壓力
SA9003 壓制單元的最大壓制壓力為 764 兆帕（? 10 毫米電極），能夠可靠地達(dá)到用戶預(yù)期的壓制壓力條件。該系統(tǒng)可同時測量阻抗、厚度和壓力，同時控制粉末的壓縮狀態(tài)。利用這三個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行多維分析，可以深入了解堆積密度、離子導(dǎo)電率和導(dǎo)電率之間的關(guān)系。這些分析有助于開發(fā)具有良好柔韌性、粘結(jié)性和抗裂性的固體電解質(zhì)。它們還有助于確定陰極合金的最佳混合比例。
該系統(tǒng)的阻抗測量方法是2端子測試法。
交流阻抗測量是在粉末上方和下方直徑為10mm的電極之間進(jìn)行的。因?yàn)橐獙﹄姌O也施加高壓力，所以在粉末成型中也使用了高強(qiáng)度的硬質(zhì)合金。
測量所需的傳感器和電極都集成在壓制單元和測試夾具中，因此所有測量都可在壓制操作的同時完成。 |
大幅降低評估成本，增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)
為了推動研究工作，需要不斷重復(fù)假設(shè)和實(shí)驗(yàn)。為了加快全固態(tài)電池的研究，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，改變壓制的壓力條件和材料的混合比例。然而，以前在手套箱中壓制后，必須將樣品拿到室外進(jìn)行特性評估。此外，由于測量后的樣品不能重復(fù)使用，因此在每種壓制壓力條件下都要消耗一個樣品。換句話說，就是操作時間的長短和樣品的消耗量增加了評估成本。因此這限制了研究人員的實(shí)驗(yàn)次數(shù)。
HIOKI日置的粉末阻抗測量系統(tǒng)能在手套箱內(nèi)完成整個操作。例如，過去大約需要兩個小時或更長時間的實(shí)驗(yàn)工作現(xiàn)在有望縮短到十分鐘。此外，用于電學(xué)測量的集成壓制設(shè)備和電極可在壓制壓力變化的情況下對單個樣品進(jìn)行連續(xù)測量，大大減少了樣品消耗量。研究人員可以在有效利用有限的資源的同時，進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)。
可以針對單個樣品逐步改變壓力條件，同時獲取每個條件的測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行現(xiàn)場分析。 |
系統(tǒng)構(gòu)成
該系統(tǒng)由多個單元組成。
SA9003：緊湊型壓機(jī)裝置，配有傳感器，用于測量壓機(jī)設(shè)備、厚度和壓力。
SA9004-01：用于填充粉末材料并配有電極的高強(qiáng)度測試夾具。
SA2653：用于整合測量數(shù)據(jù)的測量軟件。
SA2654：用于監(jiān)測機(jī)械參數(shù)的傳感器單元。
SA9005：用于去除壓制粉末的裝置。
根據(jù)測量對象，您可以選擇交流或直流電阻測量儀。
固體電解質(zhì)，需要進(jìn)行交流電阻測量：IM3570 或 IM3533 + L2280-01。
導(dǎo)電助劑，需要直流電阻測量：RM3545A + L2280-03
3臺測量儀器的組合覆蓋了直流 1 mHz ~ 5 MHz 的寬測量頻率范圍。
測量硫化物固體電解質(zhì)時推薦阻抗分析儀IM3570。
手套箱安裝示例
從材料裝載到壓制和測量的一系列操作都可以在手套箱內(nèi)完成。尺寸請參考規(guī)格頁面。
測試用臺架SA9003 和測量儀之間的連接電纜長度為80cm。
(測量儀器和 BNC 法蘭之間：30cm，BNC法蘭和壓制單元之間：50cm）。
系統(tǒng)標(biāo)配兩條 USB連接線（A-B 型）。
圖中的標(biāo)注 *1：可另外提供的特殊規(guī)格。 *2：請客戶自行準(zhǔn)備。 |
測量后立即對不同樣品的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形比較
專用軟件包括測量和查看功能。因此，在測量完成后，可以立即比較不同樣品之間的數(shù)據(jù)。
STEP 1：同時獲取阻抗、厚度和壓力數(shù)據(jù)。
STEP 2： 根據(jù)測量到的阻抗數(shù)據(jù)計(jì)算總電阻。
根據(jù)總電阻計(jì)算離子導(dǎo)電率、電導(dǎo)率和體積電阻率。
STEP 3：通過Viewer功能，您可以創(chuàng)建任何項(xiàng)目的圖表，并比較不同樣品之間的數(shù)據(jù)。
X軸 | 荷載（kN）、壓力（MPa）、體積密度（g/cm3）、填充系數(shù)（%）*3、孔隙率（%）*3 |
Y軸 | 阻抗 (Ω)、體積電阻率 (Ωcm)、電導(dǎo)率 (s/cm)、離子電導(dǎo)率 (s/cm)、相對電導(dǎo)率 (F/m)*4、堆積密度 (g/cm3)、厚度 (mm)、填充率 (%)*3、孔隙率 (%)*3 |
*3：僅適用于真實(shí)密度輸入 *4：僅適用于特定頻率的交流連續(xù)模式 |
計(jì)算總電阻的方法
X (Ω) 的最大值和最小值會自動從奈奎斯特曲線圖的弧線中提取出來。
對提取的最大值和最小值之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行圓擬合，并將與 X 軸的交點(diǎn)作為總電阻值 R。
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