CN105406142B - 一种锂离子电池极片柔韧性的检测方法 - Google Patents

一种锂离子电池极片柔韧性的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池极片柔韧性检测方法，该锂离子电池极片包括金属箔片和涂覆在其一侧的涂层，所述方法包括：从待检测的锂离子电池极片上截取一定区域的检测样条；将所述检测样条的金属箔片侧粘贴到一段检测用胶带上；将所述胶带首尾粘接，制成胶带圈，使得粘贴有所述检测样条的一面朝外；将所述胶带圈环绕在主动轴和测试轴上，并且使得所述主动轴转动进行转动测试；以及检测所述锂离子电池极片的涂层在不同转数下的掉落情况，确定所述检测样条的柔韧性等级，所述柔韧性等级发生涂层掉落时对应的主动轴转数和相应的涂层掉落率的组合来表示。根据本发明的实施方式，实现了电池极片柔韧性的定量标定。

Description

一种锂离子电池极片柔韧性的检测方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池极片柔韧性的检测方法。
背景技术
锂离子电池被公认是目前世界上最先进的商品化二次电池，因其工作电压高、重量轻、容量高、使用寿命长、环境友好等优点，成为高科技、高附加值电子产品，如移动电话、笔记本电脑、数字式相机等，广泛使用的电源产品。另外，锂离子电池还在交通工具、航空航天、军事、医学等领域有着广泛的用途。
锂离子电池的极片涂层柔韧性对制作电池种类、涂布工艺、烘干工艺和辊压工艺等都具有较大的影响。因此在电池的研发和生产过程中，对极片的柔韧性进行测试具有非常重要的意义。但是目前关于极片的柔韧性检测方法，大多都是直接通过徒手卷绕进行检测，具有较大的主观性，测试不规范，影响因素较多，有时对极片的柔韧性检测结果具有较大不确定性，较难形成一定的标准，严重制约了极片制作的进一步改善，影响着锂离子电池质量的进一步提升。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种锂离子电池极片柔韧性的检测方法，解决了锂离子电池极片柔韧性的定量标定问题。
本发明一实施例提供的一种锂离子电池极片柔韧性的检测方法，该锂离子电池极片包括金属箔片和涂覆在其一侧的涂层，所述方法包括：从待检测的锂离子电池极片上截取一定区域的检测样条；将所述检测样条的金属箔片的一侧粘贴到一段检测用胶带上；将所述检测胶带首尾粘接，制成胶带圈，使得粘贴有所述检测样条的一面朝外；将所述胶带圈环绕在主动轴和测试轴上，并且使得所述主动轴转动进行转动测试；以及检测所述锂离子电池极片的涂层在不同转数下的掉落情况，确定所述检测样条的柔韧性等级，所述柔韧性等级用所述锂离子电池极片发生涂层掉落时对应的主动轴转数和相应的涂层掉落率的组合来表示。
进一步地，所述不同转数包括：30转、80转、130转、180转，以及230转。
进一步地，所述涂层掉落率包括以下各项中的一项：涂层掉落量占涂层总量的10％以内、涂层掉落量占涂层总量的10％-50％、涂层掉落量占涂层总量的50％-80％、涂层掉落量占涂层总量的80％以上。
进一步地，所述方法还包括：将所述检测样条在检测环境下放置至少半小时，其中所述检测环境为温度25±3℃，湿度55±5％。
进一步地，所述待检测电池极片的涂层的面密度、体积密度和/或厚度为定值。
进一步地，所述检测样条为60mm长、15mm宽、90-100μm厚的立方体，所述检测用胶带的长度为25cm。
进一步地，所述检测用胶带为Scotch 232胶带。
进一步地，所述主动轴的转速为150r/min。
进一步地，所述主动轴的直径是20mm，所述测试轴的曲率是1.4mm-1，并且检测过程中，两轴之间的拉力为15±1N。
进一步地，所述锂离子电池极片为SBR体系水性粘合剂负极极片、水性粘合剂负极极片、锂电正极磷酸铁锂水性粘合剂正极极片或者锂电正极锰酸锂油性粘合剂正极极片。
本发明实施例提供的一种锂离子电池极片柔韧性的检测方法，实现了锂离子电池极片柔韧性的定量标定，方法简单、准确、可靠。同时，利用本发明的方法检测出的结果对极片的应用范围、涂布工艺、烘干工艺和辊压工艺具有一定的指导意义，是保证电池容量正常发挥不可或缺的因素。
附图说明
图1所示为本发明一实施例提供的锂离子电池极片柔韧性的检测方法的流程图；
图2a所示为本发明一实施例提供的锂离子电池极片柔韧性检测的侧面示意图；
图2b所示为本发明一实施例提供的锂离子电池极片柔韧性检测的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明一实施例提供的锂离子电池极片柔韧性的检测方法的流程图。该锂离子电池极片包括金属箔片和涂覆在其一侧的涂层，这里的金属箔片可以是铜箔或铝箔等。从图中可以看出，该方法的流程包括：
步骤101：从待检测的锂离子电池极片上截取一定区域的检测样条。这里的检测样条可以是具有一定厚度的长方形、椭圆形、菱形等多种形状，并且其大小可以根据实际测试需求来设定，对测试样条的形状和大小不作限定。
考虑到，在各种测试条件一致的情况下，检测数据才具有可比性，也才会有柔韧性等级的评定。因此：
第一：设置测试环境的温度、湿度条件为定值。
第二：根据本发明实施方式的测试样本应当为同等条件下的电池极片，即在制备待检测电池极片的过程中应当保持电池极片涂层的面密度、体积密度、厚度为定值。
步骤102：将所述检测样条的金属箔片的一侧粘贴到一段检测用胶带上。
在本发明的一个实施例中，该检测用胶带选择思恩(Scotch)232。Scotch232胶带粘性稳定、黏贴强度大、透明度高、日久不变黄，是一种符合国际标准的测试胶带。
步骤103：将所述胶带首尾粘接，制成胶带圈，使得粘贴有所述检测样条的一面朝外。这样，在步骤104中的转动测试中，可以观察电池的检测样条的表面涂层的掉落情况，从而根据涂层的掉落情况，判定该测试样条的柔韧性等级。
步骤104：将所述胶带圈环绕在主动轴和测试轴上，并且使所述主动轴转动进行转动测试。主动轴和测试轴的直径，需要根据测试需要合理选取。
步骤105：检测所述锂离子电池极片的涂层在不同转数下的掉落情况，确定所述检测样条的柔韧性等级，所述柔韧性等级用所述锂离子电池极片发生涂层掉落时对应的主动轴转数和对应的涂层掉落率的组合来表示。
具体为：为主动轴转过的总圈数Q预设一个初值A；根据电池极片涂层掉落量占涂层总量的百分比将电池极片柔韧性分为n个等级。
在转动测试过程中，数着胶带圈转过的圈数，转过圈数A即停止。观察极片涂层掉落情况：如果未发生涂层掉落情况，则使主动轴继续转动d圈，即主动轴转过的总圈数Q为(A+d)后停止转动；继续观察涂层掉落情况，如果仍未发生涂层掉落情况，则继续转过d圈，即主动轴转过的总圈数Q为(A+d+d)后停止转动；继续观察涂层掉落情况，重复上述过程，直到在一定圈数内发生了涂层掉落情况，停止转动，此时统计涂层掉落量占涂层总量的百分比，得到该百分比对应的柔韧性等级为n，记录电池极片的柔韧性等级为：Qn。
下面通过一个具体的实施例来说明步骤105的执行过程。
为主动轴转过的总圈数Q预设初值为30r，d为50r，将主动轴转过的总圈数Q依次表示为A、B、C、D。
将极片涂层掉落情况分为4个等级，分别为1、2、3、4。其中等级1的电池极片柔韧性最好，之后依次变差。具体为：
等级1：掉落量占总量的10％以内；
等级2：掉落量占总量的10％-50％；
等级3：掉落量占总量的50％-80％；
等级4：掉落量占总量的80％以上。
设置主动轴转动圈数为30r，转完30r之后，观察涂层掉落情况。
一、发生涂层掉落情况，统计涂层掉落量占涂层总量的百分比。比如，涂层掉落量占涂层总量的10％以内，即等级为1，则将该电池极片的柔韧性等级标记为：A1；再比如，涂层掉落量占涂层总量的10％-50％，即等级为2，则将该电池极片的柔韧性等级标记为：A2。可见，电池极片的柔韧性A1>A2。
二、没有发生涂层掉落情况，则使主动轴再次旋转50r，即总共转过80r，观察涂层掉落情况。若发生涂层掉落，统计涂层掉落量占涂层总量的百分比。比如，涂层掉落量占涂层总量的10％以内，即等级为1，则将该电池极片的柔韧性等级标记为：B1。可见，电池极片的柔韧性B1>A1>A2。
本领域技术人员应当理解，采用上述方法得到的电池极片柔韧性等级排序为：D1>D2>D3>D4>D5>C1>C2>C3>C4>C5>B1>B2>B3>B4>B5>A1>A2>A3>A4>A5，即按上述顺序，电池极片的柔韧性依次变差。
根据本案的方法，可以对电池极片柔韧性进行定量标定，同时可以根据标定结果判定极片柔韧性的优劣。如此，便可根据大量实验结果制定一个衡量标准，用于指导极片的应用范围、涂布工艺、烘干工艺和辊压工艺。
图1所示锂离子电池极片柔韧性的检测方法中的锂离子电池极片可以是SBR体系水性粘合剂负极极片、水性粘合剂负极极片、锂电正极磷酸铁锂水性粘合剂正极极片或者锂电正极锰酸锂油性粘合剂正极极片。
本领域的技术人员应当理解，上面给出的锂离子电池极片种类仅是示例性的，还可以是其他种类的锂离子电池极片，这里对锂离子电池极片的种类不做限定。
下面通过具体实施例说明锂离子电池极片柔韧性的检测方法及通过该方法得到的检测结果的指导意义。
图2a、图2b所示为本发明一实施例提供的电池极片柔韧性检测示意图。结合图2a、图2b来说明采用图1所示方法检测丁苯橡胶(SBR)体系水性粘合剂负极极片涂层柔韧性的具体过程。需要说明的是，步骤1～步骤5依次对应图1中的步骤101～105。
首先设定检测环境的条件为：温度25±3℃，湿度55±5％。制备丁苯橡胶(SBR)体系水性粘合剂负极极片，该电池极片包括铜箔和涂覆在其一侧的涂层，同时保证负极极片厚度在100±5μm。
步骤1：用刀片从待检测电池极片上截取60mm长、15mm宽、90-100μm厚的立方体测试样条1。
步骤2：在Scotch 232胶带上截取一段25cm长的测试胶带2，在20㎝处做标记，将步骤1中的立方体测试样条1的铜箔的一侧粘贴到该段Scotch 232测试胶带2的20cm范围内的正中间位置。
步骤3：将测试胶带2在20cm标记处首尾粘接，注意将胶布两边对齐，制成胶带圈，使得粘贴有测试样条的一面朝外。
步骤4：选择直径为20mm的滚动轴作为主动轴3，选择曲率为1.4mm-1的滚动轴作为测试轴4，将胶带圈环绕在主动轴和测试轴上，施加15±1N的力将胶带圈拉紧。设置主动轴的转速为150r/min，使胶带圈正好能开始匀速转动，进行转动测试。
步骤5：仍然采用上面实施例中的设置方法，为主动轴转过的总圈数Q预设初值为30r，d为50r，将主动轴转过的总圈数Q依次表示为A、B、C、D。
将极片涂层掉落情况分为4个等级，分别为1、2、3、4。具体为：
等级1：掉落量占总量的10％以内；
等级2：掉落量占总量的10％-50％；
等级3：掉落量占总量的50％-80％；
等级4：掉落量占总量的80％以上。
数着胶带圈转过的圈数，30r时停止，未发生涂层掉落情况；使主动轴继续转过50r，即总共转过80r时，仍未发生涂层掉落情况；使主动轴继续转过50r，即总共转过130r时，发生了涂层掉落情况，此时将掉落的涂层收集起来，称量涂层掉落量，计算该涂层掉落量占涂层总量的百分比，最终测试结果是C2等级。
SBR体系水性粘合剂在市场中应用较为广泛，其负极柔韧性基本能够满足生产要求。我们可以认为检测等级只要高于C2，其极片柔韧性都能满足生产上关于柔韧性方面的要求。
在本发明的一个实施例中，应用上述方法检测市面上正少量应用的一种水性粘合剂，其在负极中较脆。最终检测结果是A2，说明其柔韧性较差。当我们面对一些A等级之内的柔韧性极片时，一般通过调整烘干温度，增加极片含水量，来改善极片的柔韧性。
在本发明的一个实施例中，应用上述方法检测一种适用于锂电正极磷酸铁锂的水性粘合剂的柔韧性。测试结果表明，其在正极中柔韧性较差，极片辊压后的柔韧等级只有A2，所以其极片在电池中一般使用叠片工艺，在工厂中一般做成软包电池使用，从而保证了其在电池中容量的更好发挥。
在本发明的一个实施例中，应用上述方法检测一种适用于锂电正极锰酸锂的油性粘合剂，其在正极中柔韧性较好，极片辊压后的柔韧等级是D2，柔韧性能够好于C2等级，所以其除了用叠片工艺外，还可以应用卷绕工艺，在工厂中除了做成软包电池之外，还经常制作成圆柱型电池。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种锂离子电池极片柔韧性的检测方法，该锂离子电池极片包括金属箔片和涂覆在其一侧的涂层，其特征在于，所述方法包括：
从待检测的锂离子电池极片上截取一定区域的检测样条；
将所述检测样条的金属箔片的一侧粘贴到一段检测用胶带上；
将所述胶带首尾粘接，制成胶带圈，使得粘贴有所述检测样条的一面朝外；
将所述胶带圈环绕在主动轴和测试轴上，并且使所述主动轴转动进行转动测试；以及
检测所述锂离子电池极片的涂层在不同转数下的掉落情况，确定所述检测样条的柔韧性等级，所述柔韧性等级用所述锂离子电池极片发生涂层掉落时对应的主动轴转数和相应的涂层掉落率的组合来表示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同转数包括：30转、80转、130转、180转，以及230转。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂层掉落率包括以下各项中的一项：涂层掉落量占涂层总量的10％以内、涂层掉落量占涂层总量的10％-50％、涂层掉落量占涂层总量的50％-80％、涂层掉落量占涂层总量的80％以上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述检测样条在检测环境下放置至少半小时，其中所述检测环境为温度25±3℃，湿度55±5％。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述待检测的锂离子电池极片的涂层的面密度、体积密度和/或厚度为定值。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述检测样条为60mm长、15mm宽、90-100μm厚的立方体，所述检测用胶带的长度为25cm。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述检测用胶带为Scotch 232胶带。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述主动轴的转速为150r/min。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述主动轴的直径是20mm，所述测试轴的曲率是1.4mm-1，并且检测过程中，两轴之间的拉力为15±1N。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述锂离子电池极片为水性粘合剂负极极片、锂电正极磷酸铁锂水性粘合剂正极极片或者锂电正极锰酸锂油性粘合剂正极极片。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述锂离子电池极片为SBR体系水性粘合剂负极极片。
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