一种电阻率测量传感器及测量系统、测量方法

本发明属于锂电浆料测量领域，尤其涉及一种原位、快速响应、高精度的浆料电阻率测量传感器及测量系统、测量方法。

背景技术：

1、锂电池作为一种高能量密度、轻量化的电池技术，在电动汽车、便携设备和储能系统等领域有着广泛的应用。随着我国能源存储技术的不断进步和电动汽车市场的快速发展，对高性能锂电池的需求日益增加。因此，研发具有更高能量密度、更长循环寿命和更快充放电速度的新型锂电池，对推动我国新能源产业的发展、提升能源利用效率、实现清洁能源的可持续利用具有重要意义。

2、浆料制备作为锂离子电池生产的第一道工序，在锂电池生产工艺中占据着核心地位。锂电浆料是一种复杂的混合物，通常由活性材料、导电剂、粘结剂和溶剂等组成，其中各组分的选择和比例对电池的性能和循环寿命有重要影响。通过精确控制锂电浆料的配方和制备工艺，可以提高锂离子电池的性能和安全性。

3、浆料电阻率测量可以反映浆料导电性、监测浆料沉降、区分浆料配方，对浆料的质量把控和工艺优化等方面具有重要意义，从而深刻影响着锂电池的稳定性、循环寿命和能量传输效率等关键性能。

4、要能够监测浆料沉降要求浆料的电导率测量必须具有原位测量和快速测量的能力；要能够区分浆料配方要求浆料的电导率测量必须具有高精度测量的能力。此外，对于产线上的浆料测量而言，测量方法还需要具有稳定测量、操作简便和测量装置便于清洁等优势。

5、而目前，电阻率测量存在原位测量、快速响应和高精度测量不能兼得的技术瓶颈，并没有能够很好满足上述条件的浆料电阻率测量装置。如专利号为cn 107884622b的发明专利设计了一种两端置有电极的柱形测试腔体，将浆料移入腔体后，利用交流阻抗法通过电化学工作站对其施加交流电并测量阻抗，最后通过测试腔体的几何参数求得浆料的实际电阻率。该专利虽然准确测得了浆料在不同激励电流和频率下的浆料电阻率，但是也存在如下不足：一是使用专门设计的测试腔体需要将浆料用移液装置填满腔体，操作复杂，不适合浆料电阻率的原位测量；二是使用电化学工作站进行阻抗测量虽然可以较为全面的分析不同频率下的浆料阻抗，但是使用电化学工作站使用复杂，需要专业人员操作，且扫频测量的测量时间较长，不适合浆料电阻率的快速测量。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种电阻率测量传感器及测量系统、测量方法，该传感器具有高稳定性和便于清洁的特点，能够实现浆料电阻率的原位测量，满足快速测量和高精度测量需求，并且具有操作简便的优点。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种电阻率测量传感器，包括电导池管和引线，所述的电导池管为两端开口的管状结构，内壁上沿内圆周开有七个环状凹槽，每一个环状凹槽内均安装有一内电极；所述的电导池管的右侧壁上开设有与环状凹槽一一对应的电极引线口，电极引线口贯穿电导池管的右侧壁设置；所述的引线一端通过电极引线口与内电极相连，并在电极引线口处固定，另一端连接传感器接口，并通过传感器接口与后端解算电路相连。

4、进一步地，所述的电导池管采用石英材质，所述的内电极采用铂金属材质。

5、进一步地，所述的内电极包括一号电极、二号电极、三号电极、四号电极、五号电极、六号电极、七号电极，一号电极、二号电极、三号电极、四号电极、五号电极、六号电极、七号电极相互平行设置，且一号电极、二号电极、三号电极与七号电极、六号电极、五号电极以四号电极为中心对称设置，同时，一号电极、二号电极、三号电极、四号电极、五号电极、六号电极、七号电极均与电导池管的内壁垂直。

6、进一步地，所述的电极引线口为锥形结构，其尖端靠近内电极设置，尾端延伸至电导池管外。

7、本发明还提供了一种电阻率测量系统，包括交流激励模块、标准电阻r0、仪表放大器、微控制器、adc采集模块以及上述的传感器；其中，一号电极、七号电极接地；交流激励模块的输出端通过一个标准电阻r0后接入四号电极；三个仪表放大器的输入端分别接在二号电极和三号电极的两端、五号电极和六号电极的两端以及标准电阻r0的两端，仪表放大器的输出端接入adc采集模块，输出电压分别为u1、u2和u0；

8、交流激励模块在微控制器的控制下产生的激励信号，经adc采集模块的采集后反馈至微控制器，通过微控制器解算浆料电阻率。

9、根据导体电阻计算公式：可知浆料电阻率解算公式为：

10、

11、其中，r表示导体电阻，r表示浆料电阻率，l表示导体长度，d表示电导池内壁直径，表示电导池常数。

12、当传感器电导池中充满浆料时，二号电极和三号电极之间的浆料以及五号电极和六号电之间的浆料可以看作两段导体电阻，设其阻值相等都为r，由基尔霍夫电流定律可以得到：

13、

14、由式(3)可以得到：

15、

16、再由式(2)可以得到浆料电阻率解算公式为：

17、

18、其中，r0表示标准电阻r0的电阻值，r表示导体电阻率，u1表示接在二号电极和三号电极的两端的仪表放大器的输出电压，u2表示接在五号电极和六号电极的两端的仪表放大器的输出电压，u0表示接在标准电阻r0的两端的仪表放大器的输出电压。

19、本发明还提供了一种电阻率测量方法，采用上述的电阻率测量系统实现浆料电阻率的测量。

20、本发明具有以下有益效果：

21、本发明的传感器具有优秀的稳定性。电极使用化学稳定性高、极化电势小的高纯度铂电极材料，电导池采用稳定性好的石英材质。

22、本发明的传感器具有大通量、便于清洁的优势。大的电导池管径有利于浆料的流动，即使是对于黏稠性较大的正极浆料，所设计的传感器也可以方便的进行测量；较大的电导池管径也使得传感器具有便于清洁的优势，使用清水和毛刷即可快速清洗传感器外表面和电导池内表面。

23、本发明的测试系统具有高精度特性。传感器电极结构为环形七电极结构，通过分离电流电极和电压电极，实现了激励信号从中心电极输入产生激励电场，电场线最终流向两端的接地电极。这种布局结构在有效束缚电场线的同时，有效地屏蔽了来自电导池外部的干扰，保证了电场在电导池内的闭合循环，从而避免了电导池外界因素对测量结果的影响。

24、本发明的测试方法可进行浆料原位测量，并且操作简便。把传感器置于带测浆料中，通过线缆将传感器连接到解算电路上，不需要大型分析仪器，即可方便的进行浆料的原位测量。

25、本发明的测试方法具有快速响应特性。传感器解算电路采用的是固定频率交流激励方式，不需要电化学阻抗谱分析的扫频过程，所以可以快速响应浆料电导率的变化。

技术特征：

1.一种电阻率测量传感器，包括电导池管和引线，其特征在于：所述的电导池管为两端开口的管状结构，内壁上开有七个环状凹槽，每一个环状凹槽内均安装有一内电极；所述的电导池管的右侧壁上开设有与环状凹槽一一对应的电极引线口，电极引线口贯穿电导池管的右侧壁设置；所述的引线一端通过电极引线口与内电极相连，并在电极引线口处固定，另一端连接传感器接口，并通过传感器接口与后端解算电路相连。

2.如权利要求1所述的一种电阻率测量传感器，其特征在于：所述的电导池管采用石英材质，所述的内电极采用铂金属材质。

3.如权利要求1所述的一种电阻率测量传感器，其特征在于：所述的内电极包括一号电极、二号电极、三号电极、四号电极、五号电极、六号电极、七号电极，一号电极、二号电极、三号电极与七号电极、六号电极、五号电极以四号电极为中心对称平行设置，且与电导池管的内壁垂直。

4.如权利要求1所述的一种电阻率测量传感器，其特征在于：所述的电极引线口为锥形结构，其尖端靠近内电极设置，尾端延伸至电导池管外。

5.一种电阻率测量系统，其特征在于：包括交流激励模块、标准电阻r0、仪表放大器、微控制器、adc采集模块以及如权利要求1-4任一项所述的传感器；

6.如权利要求5所述的一种电阻率测量系统，其特征在于：

7.如权利要求6所述的一种电阻率测量系统，其特征在于：当传感器电导池中充满浆料时，二号电极和三号电极之间的浆料以及五号电极和六号电之间的浆料可以看作两段导体电阻，设其阻值相等都为r，由基尔霍夫电流定律可以得到：

8.一种电阻率测量方法，其特征在于：采用如权利要求6-7任一项所述的电阻率测量系统实现浆料电阻率的测量。

技术总结本发明属于锂电浆料测量领域，尤其涉及一种电阻率测量传感器及测量系统、测量方法，该传感器包括电导池管和引线，所述的电导池管为两端开口的管状结构，内壁上开有七个环状凹槽，每一个环状凹槽内均安装有一内电极；所述的电导池管的右侧壁上开设有与环状凹槽一一对应的电极引线口，电极引线口贯穿电导池管的右侧壁设置；所述的引线一端通过电极引线口与内电极相连，并在电极引线口处固定，另一端连接传感器接口，并通过传感器接口与后端解算电路相连。本发明的传感器具有高稳定性和便于清洁的特点，能够实现浆料电阻率的原位测量，满足快速测量和高精度测量需求，并且具有操作简便的优点。技术研发人员：郑建毅,张智博,张增星受保护的技术使用者：厦门大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27