CN104596923A - 柔性基底材料涂层附着强度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种附着强度的测量方法，具体涉及一种柔性基底材料涂层附着强度的测量方法。包括涂层内部粘结力的测试和涂层与基底之间粘结强度的测试，涂层内部粘结力的测试为：根据以下公式计算涂层内部粘结力：θ＝F/S，F为剥离力，S为粘合带宽度，涂层与基底之间粘结强度的测试为：将涂覆体在直径不同的不锈钢棒上卷绕，根据卷绕时涂覆层与柔性基底是否发生分离，得出涂覆层与基底之间粘结力强度值。本发明重复性好、操作简单，克服了现有技术栅格法测量结果主观性较强、重复性和准确性都较差的缺点。克服了剥离力法测试时180°弯曲处对涂层的影响的缺点，实现了涂层内部附着力与涂层与柔性基底附着力分开测量。

Description

柔性基底材料涂层附着强度的测量方法

技术领域

本发明涉及一种附着强度的测量方法，具体涉及一种柔性基底材料涂层附着强度的测量方法。

背景技术

锂离子电池主要包括极芯和非水电解液，所述的极芯和非水电解液密封在电池壳体内，所述极芯包括电池电极及隔膜，所述电池电极包括正极极片和负极极片，所述正极极片包括正极集流体及涂覆/或填充于正极集流体上的正极材料，所述负极极片包括负极集流体及涂覆和/或填充于负极集流体上的负极材料。

锂电池中极片对电池性能的影响非常大，在对锂电池进行充放电过程中，会导致正/负极活性物质同集流体相分离，进而降低电池容量并恶化循环寿命。所以对电池极片的控制是直接影响到电池性能的关键因素。其中极片的控制中以极片上活性物质之间的粘结强度及活性物质与基底的粘结强度最为重要。

目前，极片粘结强度的测试方法主要是栅格法、剥离力测试法。栅格法的具体操作是：用钢划刀将极片表面涂层以1-3毫米的间距和45°-90°交错角度，划成一定数量的方形或棱形小格并划穿。然后用美国3M公司生产的粘结力测试专用粘合带平整粘结在小格上，不留一丝空隙，然后以最快速度垂直揭起，观察划格处的掉料和起皮情况，以掉料量和起皮情况来衡量极片粘结力强度的大小。该方法简单易行，但是缺点是划线时划线深浅不易控制，不是直接对粘结力强度进行测量，测量结果主观性较强、重复性和准确定都较差。专利公开号CN101206173A中提到，剥离力测试法是将涂覆有涂层的表面一端与粘合强度不低于涂覆体所需涂层附着强度的粘合带紧密贴合并固定，然后将涂覆体从未与粘合带贴合处弯曲180°以使涂覆体的两端相互平行并使未与粘合带贴合的表面的两短相互靠近，之后沿该涂覆体另一端延伸的方向对该涂覆体另一端施加拉力，使涂层与基底分离所需的最小拉力。该方法的缺点是，在进行测量时，不能保证涂层与基底完全分离，有些地方涂层与基底会完全分离，有些地方的涂层仍然留在基底上，这样测试的最小拉力就不能表示使涂层分离的拉力，在涂层与基底没有完全分离的位置得到拉力的值为涂层内部颗粒之间的粘结力，不是涂层与基底之间的粘结力。当进行剥离试验时，必须将涂覆后的柔性基底弯曲180°，在弯曲位置就会存在应力，尤其是当测试锂电池正极极片时，涂层较厚，这种应力就造成涂层的脱落，使得测试结果不准确。

发明内容

本发明的目的是克服栅格法与剥离力测试方法测试极片粘结强度的缺点，提供一种柔性基底材料涂层附着强度的测量方法，相对准确、客观。

本发明所述的一种柔性基底材料涂层附着强度的测量方法，其特征在于：包括涂层内部粘结力的测试和涂层与基底之间粘结强度的测试：

涂层内部粘结力的测试为：根据以下公式计算涂层内部粘结力：θ＝F/S，F为剥离力，S为粘合带宽度，所述的剥离力为：使用剥离力测试仪器进行测量，将涂覆体涂覆有涂层的表面与粘合带贴合，将粘合带另一端未与涂层粘合的部分弯曲180°，然后与剥离力测试仪器中的移动不锈钢板粘合，沿水平方向施加拉力，使得与涂层粘合的粘合带与涂层分离，记录分离过程中剥离力F；

涂层与基底之间粘结强度的测试为：将涂覆体在直径不同的不锈钢棒上卷绕，根据卷绕时涂覆层与柔性基底是否发生分离，得出涂覆层与基底之间粘结力强度值。

其中：涂覆体是指包含涂层的柔性基底材料。

涂层内部粘结力的测试，包括以下步骤：

(1)将涂覆体固定在水平不锈钢板上；

(2)通过施加压力，将涂覆体具有涂层的一个表面与粘合带紧密贴合；

(3)将粘合带未与涂覆体粘合的部分弯曲180°，使粘合带的两端互相平行；

(4)将粘合带不与涂层粘合的一端固定在剥离力测试机移动臂的不锈钢板上；

(5)启动剥离力测试机，使剥离力测试机移动臂移动，使粘合带与涂层完全分离，通过控制步骤(2)施加的压力，使得粘合带只与涂层发生分离，而涂层与柔性基底不发生分离，并通过剥离力测试机自带的测试软件获得剥离力与剥离长度的曲线；

(6)根据所得曲线获得剥离力F的大小，并根据公式θ＝F/S计算得出涂层内部之间附着强度大小。

步骤(1)中涂覆体水平固定在水平不锈钢板上。

S为粘合带与涂层的接触面积，粘合带的面积优选为涂覆体面积的30-60％，准确度更高。

剥离力测试机移动臂的不锈钢板的厚度为1-1.5mm，长度为涂覆体长度的1.2-1.5倍，宽度为涂覆体宽度的1.1-1.2倍。

步骤(3)中使粘合带的两端互相平行为使未与涂覆体粘合的粘合带与涂覆体涂层表面粘合带互相平行。

步骤(5)中控制剥离力测试机移动臂的移动速度为40-80mm/min。

粘合带的粘合强度大于涂覆体所需的涂层附着强度即可，粘合带优选为美国3M公司粘合带。

所述粘合带与涂覆体涂层的贴合可以通过将粘合带粘附在涂覆体的具有涂层的表面上，然后加压以使粘合带与涂层紧密结合。压力的大小和作用时间以使粘合带与涂层最大程度的贴合在一起且进行粘合带与涂层剥离时不造成涂层与柔性基底分离为标准。粘合带的总长度是粘合带与涂层粘合接触部分的粘合带的长度两倍以上。粘合带与剥离力测试仪器移动臂不锈钢板的粘结强度大于粘合带与涂层之间的粘结强度。

所述剥离力可以是瞬时力，也可以是一段时间或距离范围内的平均力。为进一步提高测量准确度，本发明优选所述剥离力为一段时间或距离范围内的平均力。为了更进一步提高测量的准确度，优选1/4-3/4区段所需的最小拉力的平均值。

步骤(6)根据所得曲线1/4-3/4区段获得剥离力F的大小。

优选每个样品重复测试三次，结果取最小值为最终结果。

涂层与基底之间粘结强度的测试，包括以下步骤：

(1)在不锈钢棒一端黏贴双面胶或粘合带，然后将涂覆体卷绕到不锈钢棒上，涂覆体有涂层的一面在外面，另一面与不锈钢棒接触；

(2)将涂覆体在不锈钢棒上卷绕一圈，观察涂覆层表面涂层的变化情况；

(3)更换不同编号的不锈钢棒，直至卷绕后的涂覆体的涂层发生起皮现象，记录不锈钢棒编号。

其中：步骤(2)中卷绕为紧密缠绕。

优选每个样品测试三次，结果以级别最小的为准。

基底一般为铜箔或者铝箔。

步骤(1)中一端黏贴双面胶或粘合带，对于双面胶或粘合带的量没有要求，只要能将涂覆体卷绕到不锈钢棒上，不脱离就可以。

不锈钢棒长度相同均为150mm，直径分别为1级：30mm，2级：20mm，3级：15mm，4级：10mm，5级：8mm，6级：7mm，7级：6，8级：5mm，9级：4mm，10级：3mm。测试结果级数越高，表示柔性基底材料涂层附着强度越高。因为不同直径的不锈钢棒在进行卷绕时在曲面产生一定的张力，由于涂层张力与柔性基底张力不同，使得涂层在张力作用下与柔性基底发生分离。采用相同的柔性基底，相同厚度的涂层，在卷绕时产生的张力是相同的，因此可以比较不同涂覆体涂层与柔性基底之间附着强度的大小关系。

综上所述，本发明具有以下优点：

根据涂覆体卷绕且不发生起皮的最小不锈钢棒的编号值作为衡量涂层与柔性基底之间附着力强度，可以更加直观的获知涂覆体上涂层内部与涂层与基底之间的附着力大小，而且重复性好、操作简单，从而克服了现有技术栅格法测量结果主观性较强、重复性和准确性都较差的缺点。克服了剥离力法测试时180°弯曲处对涂层的影响的缺点，克服了剥离法将涂层内部附着力与涂层与柔性基底附着力混为一谈进行测量的缺点。采用本发明的方法可以准确获知电池极片上电极材料的附着强度，从而不但可以真正用于电池极片质量的在线监测和监控，而且对于配料和拉浆工艺参数的优化具有重大指导意义。本发明提供的方法还可以用于测量其他基底为柔性材料的涂覆体上涂层内部之间的附着力及涂层与柔性基底之间的附着力强度，可以用于测量刚性基底上涂层内部之间附着力强度大小。

附图说明

图1为本发明实施例1涂层内部粘结力测试的示意图。

图中：1、剥离力测试仪器中的移动不锈钢板；2、粘合带；3、涂覆体基底；4、涂覆体涂层；5、水平不锈钢板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例

制备待测试的正极极片：将100重量份LiCoO₂、2.5重量份粘合剂PVDF、3重量份导电剂乙炔黑加入到65重量份NMP溶剂中，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的正极浆料。将该浆料均匀的单面涂布在宽400mm、后20μm的铝箔上，然后120℃烘干、辊压后分切得到尺寸为140mm×50mm的正极极片。

制备待测试的负极极片：将100重量份负极活性物质天然石墨、1.0重量份粘合剂PVDF和1.0重量份导电剂炭黑加入到120重量份的NMP溶剂中，然后在真空搅拌机中搅拌形成稳定、均一的负极浆料。将该浆料均匀的单面涂布在宽400mm、厚10μm的铜箔上，经120℃烘干、辊压后分切成140mm×45mm的负极极片。

涂层内部粘结力的测试，包括以下步骤：

(1)将实施例制备得到的正极片或负极片固定在水平不锈钢板上；

(2)通过施加一定压力，将实施例制备得到的正极片或负极片具有涂层的一个表面与粘合带紧密贴合；

(3)将粘合带未与正极片或负极片粘合的部分弯曲180°，使粘合带的两端互相平行，即使未与极片粘合的粘合带与与极片粘合的粘合带互相平行；

(4)将粘合带不与涂层粘合的一端固定在剥离力测试机移动臂的不锈钢板上；

(5)启动剥离力测试机，使剥离力测试机的运动端缓慢移动，使粘合带与涂层完全分离，通过控制步骤(2)中的粘合压力，使得粘合带只与涂层发生分离，而涂层与柔性基底不发生分离，并通过剥离力测试机自带的测试软件获得剥离力与剥离长度的曲线；控制剥离力测试机移动臂的移动速度为60mm/min；

(6)根据所得曲线获得剥离力F的大小，并根据公式θ＝F/S计算得出涂层内部之间附着强度大小。

其中：剥离力测试机移动臂的不锈钢板的厚度为1.5mm，长度为涂覆体长度的1.3倍，宽度为涂覆体宽度的1.2倍。

测试结果为：正极：F为50gf，S为20mm，θ为2.5gf/mm，负极：F为38gf，S为20mm，θ为1.9gf/mm。

涂层与基底之间粘结强度的测试：

(1)在不锈钢棒一端黏贴粘合带，然后将涂覆体卷绕到不锈钢棒上，涂覆体有涂层的一面在外面，另一面与不锈钢棒接触；

(2)将涂覆体在不锈钢棒上卷绕一圈，观察涂覆层表面涂层的变化情况；

(3)如果起皮更换另一编号的不锈钢棒，直至卷绕后的涂覆体的涂层恰好发生起皮现象，记录使用的不锈钢棒的编号。

测试结果为：正极：9级(4mm)；负极：7级(6mm)。

Claims (7)

1.一种柔性基底材料涂层附着强度的测量方法，其特征在于：包括涂层内部粘结力的测试和涂层与基底之间粘结强度的测试：

涂层内部粘结力的测试为：根据以下公式计算涂层内部粘结力：θ＝F/S，F为剥离力，S为粘合带宽度，所述的剥离力为：使用剥离力测试仪器进行测量，将涂覆体涂覆有涂层的表面与粘合带贴合，将粘合带另一端未与涂层粘合的部分弯曲180°，然后与剥离力测试仪器中的移动不锈钢板粘合，沿水平方向施加拉力，使得与涂层粘合的粘合带与涂层分离，记录分离过程中剥离力F；

涂层与基底之间粘结强度的测试为：将涂覆体在直径不同的不锈钢棒上卷绕，根据卷绕时涂覆层与柔性基底是否发生分离，得出涂覆层与基底之间粘结力强度值。

2.根据权利要求1所述的柔性基底材料涂层附着强度的测量方法，其特征在于：涂层内部粘结力的测试，包括以下步骤：

(1)将涂覆体固定在水平不锈钢板上；

(2)通过施加压力，将涂覆体具有涂层的一个表面与粘合带紧密贴合；

(3)将粘合带未与涂覆体粘合的部分弯曲180°，使粘合带的两端互相平行；

(4)将粘合带不与涂层粘合的一端固定在剥离力测试机移动臂的不锈钢板上；

(5)启动剥离力测试机，使剥离力测试机移动臂移动，使粘合带与涂层完全分离，通过控制步骤(2)施加的压力，使得粘合带只与涂层发生分离，而涂层与柔性基底不发生分离，并通过剥离力测试机自带的测试软件获得剥离力与剥离长度的曲线；

(6)根据所得曲线获得剥离力F的大小，并根据公式θ＝F/S计算得出涂层内部之间附着强度大小。

3.根据权利要求2所述的柔性基底材料涂层附着强度的测量方法，其特征在于：剥离力测试机移动臂的不锈钢板的厚度为1-1.5mm，长度为涂覆体长度的1.2-1.5倍，宽度为涂覆体宽度的1.1-1.2倍。

4.根据权利要求2所述的柔性基底材料涂层附着强度的测量方法，其特征在于：步骤(5)中控制剥离力测试机移动臂的移动速度为40-80mm/min。

5.根据权利要求2所述的柔性基底材料涂层附着强度的测量方法，其特征在于：步骤(6)根据所得曲线1/4-3/4区段获得剥离力F的大小。

6.根据权利要求1所述的柔性基底材料涂层附着强度的测量方法，其特征在于：涂层与基底之间粘结强度的测试，包括以下步骤：

(1)在不锈钢棒一端黏贴双面胶或粘合带，然后将涂覆体卷绕到不锈钢棒上，涂覆体有涂层的一面在外面，另一面与不锈钢棒接触；

(2)将涂覆体在不锈钢棒上卷绕一圈，观察涂覆层表面涂层的变化情况；

(3)更换不同编号的不锈钢棒，直至卷绕后的涂覆体的涂层发生起皮现象，记录不锈钢棒编号。

7.根据权利要求6所述的柔性基底材料涂层附着强度的测量方法，其特征在于：不锈钢棒长度相同均为150mm，直径分别为1级：30mm，2级：20mm，3级：15mm，4级：10mm，5级：8mm，6级：7mm，7级：6，8级：5mm，9级：4mm，10级：3mm。