CN106595823B - 一种锂离子电池最大注液量快速评测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种锂离子电池最大注液量快速评测方法，先测量正极片、负极片和隔膜的容液率；根据容液率计算出它们各自所吸收的电解液的体积；先测量出电池壳体内腔的空余体积V余；再检测出电芯可容纳电解液的空隙体积修正系数η；最后计算出电池的总注液量m液=（V余+V空×η）×ρ。本发明的评测方法操作简单、结果准确，缩短了调试时间，避免了设备频繁调试对设备精度和生产的影响；并可避免由于电解液注液量不够造成电池的电性能下降，也可为电池的注液量提供准确的设计参数。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池最大注液量快速评测方法。
背景技术
锂离子电池注液量是影响锂离子电池电性能的一个重要因素，若电解液注液量过少，会造成电池内阻大、倍率性能差、循环性能差；若注液量过多，则会延长生产时间，浪费电解液。通常电解液注液量选择依据两个参数，一是经验注液参数，单位为g/Ah，即根据电池的容量乘以对应的注液参数得出电池的注液量，但这种经验参数会因材料、电池型号，电池制作工艺的不同而不同，参数既繁杂也不准确，造成计算出的注液量和实际偏差较大。二是通过实际注液来验证电池的最大注液量，这种方法对设备依赖性大，得出的结论不具有普遍性，而且调试注液机也会消耗大量时间，影响生产进度，同时频繁调整设备参数也会影响设备的注液精度。
本发明提供的快速测定方法可以算出电池所能注入的最大注液量，操作简单快速，不需要借助复杂的设备。
发明内容
为了在电池设计之初便能确定其最大注液量，本发明提供了一种锂离子电池最大注液量快速评测方法。
本发明的技术方案如下：一种锂离子电池最大注液量快速评测方法，包括以下步骤：
(1)先测量正极片的重量和体积，然后将其完全浸泡在电解液中密封静置，取出后用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称重；利用正极片可容纳的电解液体积与其自身体积的比值来计算正极片的容液率α正，
然后以相同的方法分别计算出负极片的容液率α负和隔膜的容液率α膜；
(2)根据正极片的容液率计算出正极片所吸收的电解液的体积V吸正＝α正×V，其中V为正极片体积，α正为正极片的容液率；然后以相同方法计算出负极片吸液量V吸负和隔膜吸液量V吸膜；
(3)先测量出电池壳体内腔的空余体积V余；再检测出电芯可容纳电解液的空隙体积修正系数η；最后计算出电池的总注液量m液＝(V余+V空×η)×ρ，式中V空为电芯中可容纳电解液的空隙体积，ρ为电解液密度。
进一步方案，所述步骤(1)中的正极片的容液率α正＝(m1-m0)/ρ/V，式中m1为吸液后的正极片质量，m0为吸液前的正极片质量，ρ为电解液的密度，V为正极片的体积。
进一步方案，所述步骤(1)中的电解液的温度为30～55℃，密封静置的时间为0.5-3小时。
进一步方案，所述步骤(3)中的空余体积V余是电池壳体内腔总体积与位于电池壳体内部的电芯、极耳所占用的体积的之差；电芯中可容纳电解液的空隙体积为正极片、负极片和隔膜的吸液量之和，即V空＝V吸正+V吸负+V吸膜。
进一步方案，所述步骤(3)中的空隙体积修正系数的测量方法如下：
(1)分别检测组成电芯的正极片、负极片和隔膜的总质量m总0；
(2)将它们全部浸泡在温度为30～55℃的电解液中密封静置0.5～3个小时，取出用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称其总重为m总1，则其吸取电解液的质量m吸1＝m总1-m总0；
(3)将步骤(1)中的正极片、负极片和隔膜按照电芯卷绕或者堆叠的顺序贴合后并夹紧成电芯，使其夹紧力和电池电芯的张紧力相等；
(4)将电芯完全浸泡在温度为30～55℃的电解液中密封静置0.5～3个小时，取出用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称其总重为m总2，则其吸取电解液的质量m吸2＝m总2-m总0；
(5)空隙体积修正系数η＝m吸2/m吸1。
进一步方案，所述步骤(1)中正极片、负极片和隔膜的体积是由其轮廓尺寸测量计算得出的。
进一步方案，所述步骤(3)中的电池壳体内腔的空余体积V余是采用气体置换法、液体置换法或三维仿真软件进行测量的。
本发明中空隙体积修正系数η值是由极片和隔膜之间的贴合度来决定的。如果将1片正极片、1片负极片和2片隔膜交叉堆叠看做1个单元，则本实施例中为3个单元，实验单元越多，则得出的空隙体积修正系数越准确。
本发明提供的快速测定方法可以算出电池所能注入的最大注液量，且操作简单快速，不需要借助复杂的设备。
本发明的评测方法操作简单、结果准确，缩短了调试时间，避免了设备频繁调试对设备精度和生产的影响；并可避免由于电解液注液量不够造成电池的电性能下降，也可为电池的注液量提供准确的设计参数。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为测量空隙体积修正系数η的电芯组成示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种锂离子电池最大注液量快速评测方法，包括以下步骤：
(1)先测量正极片的重量和体积，然后将其完全浸泡在温度为30℃电解液中密封静置3小时，取出后用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称重；利用正极片可容纳的电解液体积与其自身体积的比值来计算正极片的容液率α正＝(m1-m0)/ρ/V，式中m1为吸液后的正极片质量，m0为吸液前的正极片质量，ρ为电解液的密度，V为正极片的体积，
然后以相同的方法分别计算出负极片的容液率α负和隔膜的容液率α膜；
(2)根据正极片的容液率计算出正极片所吸收的电解液的体积V吸正＝α正×V，其中V为正极片体积，α正为正极片的容液率；然后以相同方法计算出负极片吸液量V吸负和隔膜吸液量V吸膜；
(3)先测量电池壳体内腔总体积与位于电池壳体内部的电芯、极耳所占用的体积，两者之差即为电池壳体内腔的空余体积V余；再检测出电芯可容纳电解液的空隙体积修正系数η；最后计算出电池的总注液量m液＝(V余+V空×η)×ρ，V空＝V吸正+V吸负+V吸膜；式中V空为电芯中可容纳电解液的空隙体积，ρ为电解液密度。
进一步方案，所述步骤(3)中的空隙体积修正系数的测量方法如下：
(1)分别检测组成电芯的正极片3片、负极片3片和隔膜6片的总质量m总0；
(2)将它们全部浸泡在温度为30℃的电解液中密封静置3个小时，取出用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称其总重为m总1，则其吸取电解液的质量m吸1＝m总1-m总0；
(3)将步骤(1)中的正极片2、负极片3和隔膜1按照如图1所示的顺序贴合堆叠起来，然后在其两侧用夹板4进行夹紧成电芯，并使其夹紧力和电池电芯的张紧力相等；
(4)将电芯完全浸泡在温度为45℃的电解液中密封静置1个小时，取出用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称其总重为m总2，则其吸取电解液的质量m吸2＝m总2-m总0；
(5)空隙体积修正系数η＝m吸2/m吸1。
进一步方案，所述步骤(1)中正极片、负极片和隔膜的体积是由其轮廓尺寸测量计算得出的。
进一步方案，所述步骤(3)中的电池壳体内腔的空余体积V余是采用气体置换法、液体置换法或三维仿真软件进行测量的。
实施例2：
一种锂离子电池最大注液量快速评测方法，包括以下步骤：
(1)先测量正极片的重量和体积，然后将其完全浸泡在温度为55℃电解液中密封静置0.5小时，取出后用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称重；利用正极片可容纳的电解液体积与其自身体积的比值来计算正极片的容液率α正＝(m1-m0)/ρ/V＝0.08，式中吸液后的正极片质量m1＝315.3g，吸液前的正极片质量m0＝306.6g，电解液密度ρ＝1.2g/cm3，正极片体积V＝94.3cm3，
然后以相同的方法分别计算出负极片的容液率α负＝0.16和隔膜的容液率α膜＝0.59；具体数据如下表1所示：
表1
| m<sub>0</sub>(g) | m<sub>1</sub>(g) | V(cm<sup>3</sup>) | ρ(g/cm<sup>3</sup>) | |
| 正极片 | 306.6 | 315.3 | 94.3 | |
| 负极片 | 235.5 | 258.2 | 115 | |
| 隔膜 | 23.8 | 52.3 | 40.4 | |
| 电解液 | 1.2 |
(2)根据正极片的容液率计算出正极片所吸收的电解液的体积V吸正＝α正×V＝7.5cm3，其中V为正极片体积，α正为正极片的容液率；然后以相同方法计算出负极片吸液体积V吸负＝18.4cm3和隔膜吸液体积V吸膜＝23.8cm3；
(3)先测量电池壳体内腔总体积与位于电池壳体内部的电芯、极耳所占用的体积，两者之差即为电池壳体内腔的空余体积V余＝83cm3；再检测出电芯可容纳电解液的空隙体积修正系数η＝0.85；最后计算出电池的总注液量m液＝(V余+V空×η)×ρ＝150.3g，V空＝V吸正+V吸负+V吸膜＝49.7cm3；式中V空为电芯中可容纳电解液的空隙体积，ρ为电解液密度。
进一步方案，所述步骤(3)中的空隙体积修正系数的测量方法如下：
(1)分别检测组成电芯的正极片3片、负极片3片和隔膜6片的总质量m总0＝58.3g；
(2)将它们全部浸泡在温度为55℃的电解液中密封静置0.5个小时，取出用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称其总重为m总1＝65.8g，则其吸取电解液的质量m吸1＝m总1-m总0＝7.5g；
(3)将步骤(1)中的正极片2、负极片3和隔膜1按照如图1所示的顺序贴合堆叠起来，然后在其两侧用夹板4进行夹紧成电芯，并使其夹紧力和电池电芯的张紧力相等；
(4)将电芯完全浸泡在温度为45℃的电解液中密封静置1个小时，取出用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称其总重为m总2＝64.7g，则其吸取电解液的质量m吸2＝m总2-m总0＝6.4g；
(5)空隙体积修正系数η＝m吸2/m吸1＝0.85。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本发明的权利要求范围。
Claims (7)
1.一种锂离子电池最大注液量快速评测方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）先测量正极片的重量和体积，然后将其完全浸泡在电解液中密封静置，取出后用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称重；利用正极片可容纳的电解液体积与其自身体积的比值来计算正极片的容液率α正，
然后以相同的方法分别计算出负极片的容液率α负和隔膜的容液率α膜；
（2）根据正极片的容液率计算出正极片所吸收的电解液的体积V吸正=α正×V，其中V为正极片体积，α正为正极片的容液率；然后以相同方法计算出负极片吸液量V吸负和隔膜吸液量V吸膜；
（3）先测量出电池壳体内腔的空余体积V余；再检测出电芯可容纳电解液的空隙体积修正系数η；最后计算出电池的总注液量m液=（V余+V空×η）×ρ，式中V空为电芯中可容纳电解液的空隙体积，ρ为电解液密度。
2.根据权利要求1所述的快速评测方法，其特征在于：所述步骤（1）中的正极片的容液率α正=（m1-m0）/ρ/V，式中m1为吸液后的正极片质量，m0为吸液前的正极片质量，ρ为电解液的密度，V为正极片的体积。
3.根据权利要求1所述的快速评测方法，其特征在于：所述步骤（1）中的电解液的温度为30～55℃，密封静置的时间为0.5-3小时。
4.根据权利要求1所述的快速评测方法，其特征在于：所述步骤（3）中的空余体积V余是电池壳体内腔总体积与位于电池壳体内部的电芯、极耳所占用的体积的之差；电芯中可容纳电解液的空隙体积为正极片、负极片和隔膜的吸液量之和，即V空=V吸正+V吸负+V吸膜。
5.根据权利要求1所述的快速评测方法，其特征在于：所述步骤（3）中的空隙体积修正系数的测量方法如下：
a.分别检测组成电芯的正极片、负极片和隔膜的总质量m总0；
b.将它们全部浸泡在温度为30～55℃的电解液中密封静置0.5～3个小时，取出用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称其总重为m总1，则其吸取电解液的质量m吸1=m总1-m总0；
c.将步骤a中的正极片、负极片和隔膜按照电芯卷绕或者堆叠的顺序贴合后并夹紧成电芯，使其夹紧力和电池电芯的张紧力相等；
d.将电芯完全浸泡在温度为30～55℃的电解液中密封静置0.5～3个小时，取出用吸墨纸从其表面迅速擦拭一次后立即称其总重为m总2，则其吸取电解液的质量m吸2=m总2-m总0；
e.空隙体积修正系数η= m吸2/m吸1。
6.根据权利要求1所述的快速评测方法，其特征在于：所述步骤（1）中的正极片、负极片和隔膜的体积是由其轮廓尺寸测量计算得出的。
7.根据权利要求1所述的快速评测方法，其特征在于：所述步骤（3）中的电池壳体内腔的空余体积V余是采用气体置换法、液体置换法或三维仿真软件进行测量的。
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