用途场景
规格参数
产品概述
针对硫化物和湿敏厌氧材料的固态电池测量解决方案
产品概要
HIOKI日置的粉末阻抗测试系统可同时测量阻抗、厚度和压制压力（电池材料研究中的三个重要参数），同时以高达 60 kN (764 MPa) 的压力压制粉末材料。
该系统设计紧凑，可在空间有限的手套箱（或干燥室）中安装和操作。整个操作无需将样品从手套箱中取出，大大提高了电池开发过程的安全性、确定性和效率。特别是，它为硫化物全固态电池的研究提供了重要价值，这种电池有望作为下一代电动汽车电池，实现商业化。
极大地改变了研发环境和流程！加速开发全固态电池
开发背景
优化能源消耗和转向使用可持续能源是我们当前面临的一项重大社会性挑战。为了应对这一挑战，必须扩大使用来自可再生能源的电能。为了有效地将目前依赖化石燃料的能源消费转向可再生能源，必须实现电气化，特别是在交通领域。而最有效的方法之一便是推广使用插电式的电池电动车（BEV）。
40多年来，采用液态电解质的锂离子电池完成了重大的技术进步。许多电动汽车（BEV）都采用这种电池。然而，消费者对当前BEV的不满阻碍了它们的广泛应
用。消费者不满意的原因包括续航里程、充电时间、不平衡的车辆成本和安全问题。这四个问题在很大程度上也是液态电解质锂离子电池所面临的挑战。
要使电动汽车（BEV）具有更长的续航里程、更短的充电时间、更低的价格和更高的安全性，就必须实现下一代电池的应用。因此，有关材料和制造工艺的研究正在积极开展。目前，使用固态电解质的全固态电池被认为是下一代汽车电池的理想选择。目前正在研究硫化物、氧化物、卤化物和聚合物基材料作为固态电解质材料。特别是硫化物和卤化物基全固态电池，由于无需高温烧结工艺即可实现高性能，有望尽快实现大规模商业化生产。在制造工艺方面，干基技术、如不使用有机溶剂的干电极和以粘土形式捏合电解质的粘土基电池，有望为降低成本做出重大贡献，目前正在对这些技术进行研究。
液态电解质（电解液）需要一层称为隔膜的绝缘薄膜。如果隔膜破裂，就会发生内部短路，导致热失控和电池起火。此外，电解液还极易燃烧，并会受热降解。将电解液改为固体电解液有望克服这些弱点。此外，固态电解质的使用将拓宽电极活性材料的选择范围，有望在性能方面取得突破。
创新的一体化测量系统
然而，这些前景广阔的材料和工艺也带来了挑战。许多材料对湿气很敏感，一旦受潮可能就会释放出有害的硫化氢气体，或是因水分变质。因此，研发工作需要使用手套箱或干燥室。由于手套箱和干燥箱的空间有限，很难安装所有的评估设备。因此，研发人员不得不在手套箱内压制材料，并将其封入一个密封的测试单元中，然后再将样品取出到室外进行测量。这种重复的取样过程不仅增加了硫化氢气体泄漏和材料变质的风险，还占用了研发人员大量的宝贵时间。
为此，HIOKI日置开发了一套极其紧凑的一体化测量系统，可以放置在手套箱内。该系统将彻底改变全固态电池的评估过程。它大大简化了从样品准备到测量的整个过程，同时确保了高度的安全性。
一体化结构，极大地改变了研发环境和流程
该测量系统非常紧凑，可轻松集成到手套箱中。小型紧凑的设计也保证了手套箱内足够的操作空间。在从填充到压制和测量的整个过程中，材料不用离手套箱。这意味着它与外部环境中的湿气完全隔绝。
这样，确保了所有过程都能在严格控制的环境中完成，从而提高了材料测量结果的稳定性和确定性。研究人员可以排除所有无效操作和顾虑，拥有一个能集中精力进行分析的安全的研究环境。
小型轻量、结构紧凑的测试夹具和小型冲压装置使得安装空间和工作空间都非常紧凑。
让研究人员不必担忧安全风险和材料变质的风险
硫化物粉末材料与空气中的水分发生反应时会释放出有害的硫化氢气体。卤化物粉末材料也具有很强的吸湿性，被这些水分溶解。电池中使用的许多其他材料在与湿气发生反应时都有可能变质。
为了避免这些风险，研究人员目前要花费大量精力将材料装入能阻挡湿气的密封测试单元，并将它们移入和移出手套箱。该系统可在手套箱内完成整个过程，使研究人员不必担心安全风险和材料变质的风险。
通过固定材料和操作人员，可以消除各种风险因素，让操作人员可以专心工作。
在高压下同时测量阻抗、厚度和压力
SA9003 压制单元的最大压制压力为 764 兆帕（ø 10 毫米电极），能够可靠地达到用户预期的压制压力条件。该系统可同时测量阻抗、厚度和压力，同时控制粉末的压缩状态。利用这三个关键参数进行多维分析，可以深入了解堆积密度、离子导电率和导电率之间的关系。这些分析有助于开发具有良好柔韧性、粘结性和抗裂性的固体电解质。它们还有助于确定阴极合金的最佳混合比例。
该系统的阻抗测量方法是2端子测试法。
交流阻抗测量是在粉末上方和下方直径为10mm的电极之间进行的。因为要对电极也施加高压力，所以在粉末成型中也使用了高强度的硬质合金。
测量所需的传感器和电极都集成在压制单元和测试夹具中，因此所有测量都可在压制操作的同时完成。
大幅降低评估成本，增加实验次数
为了推动研究工作，需要不断重复假设和实验。为了加快全固态电池的研究，需要进行大量的实验，改变压制的压力条件和材料的混合比例。然而，以前在手套箱中压制后，必须将样品拿到室外进行特性评估。此外，由于测量后的样品不能重复使用，因此在每种压制压力条件下都要消耗一个样品。换句话说，就是操作时间的长短和样品的消耗量增加了评估成本。因此这限制了研究人员的实验次数。
HIOKI日置的粉末阻抗测量系统能在手套箱内完成整个操作。例如，过去大约需要两个小时或更长时间的实验工作现在有望缩短到十分钟。此外，用于电学测量的集成压制设备和电极可在压制压力变化的情况下对单个样品进行连续测量，大大减少了样品消耗量。研究人员可以在有效利用有限的资源的同时，进行更多的实验。
可以针对单个样品逐步改变压力条件，同时获取每个条件的测量数据并进行现场分析。
系统构成
该系统由多个单元组成。
SA9003：紧凑型压机装置，配有传感器，用于测量压机设备、厚度和压力。
SA9004-01：用于填充粉末材料并配有电极的高强度测试夹具。
SA2653：用于整合测量数据的测量软件。
SA2654：用于监测机械参数的传感器单元。
SA9005：用于去除压制粉末的装置。
根据测量对象，您可以选择交流或直流电阻测量仪。
固体电解质，需要进行交流电阻测量：IM3570 或 IM3533 + L2280-01。
导电助剂，需要直流电阻测量：RM3545A + L2280-03
3台测量仪器的组合覆盖了直流 1 mHz ~ 5 MHz 的宽测量频率范围。
测量硫化物固体电解质时推荐阻抗分析仪IM3570。
手套箱安装示例
从材料装载到压制和测量的一系列操作都可以在手套箱内完成。尺寸请参考规格页面。
测试用台架SA9003 和测量仪之间的连接电缆长度为80cm。
(测量仪器和 BNC 法兰之间：30cm，BNC法兰和压制单元之间：50cm）。
系统标配两条 USB连接线（A-B 型）。
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图中的标注
*1：可另外提供的特殊规格。
*2：请客户自行准备。
测量后立即对不同样品的数据进行图形比较
专用软件包括测量和查看功能。因此，在测量完成后，可以立即比较不同样品之间的数据。
STEP 1：同时获取阻抗、厚度和压力数据。
STEP 2： 根据测量到的阻抗数据计算总电阻。
根据总电阻计算离子导电率、电导率和体积电阻率。
STEP 3：通过Viewer功能，您可以创建任何项目的图表，并比较不同样品之间的数据。
X轴
荷载（kN）、压力（MPa）、体积密度（g/cm³）、填充系数（%）*3、孔隙率（%）*3
Y轴
阻抗 (Ω)、体积电阻率 (Ωcm)、电导率 (s/cm)、离子电导率 (s/cm)、相对电导率 (F/m)*4、堆积密度 (g/cm³)、厚度 (mm)、填充率 (%)*3、孔隙率 (%)*3
*3：仅适用于真实密度输入
*4：仅适用于特定频率的交流连续模式
计算总电阻的方法
X (Ω) 的最大值和最小值会自动从奈奎斯特曲线图的弧线中提取出来。
对提取的最大值和最小值之间的数据进行圆拟合，并将与 X 轴的交点作为总电阻值 R。
选件/附件
连接线 L2280-03
BNC-香蕉头, 线长 850 mm, DC 60 V
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连接线 L2280-01
BNC-BNC, 线长 830 mm
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阻抗分析仪IM3570
1台仪器实现不同测量条件下的高速检查
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LCR测试仪IM3533
测量频率1mHz〜200kHz的LCR测试仪
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电阻计RM3545A
全检的新标杆。高精度判定焊接和连接质量是否合格。
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