CN210269498U - 一种快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置，包括高精度分析天平、盛有电解液的烧杯、用于悬挂极片的细线和用来记录吸液时间的秒表，所述烧杯放置于所述高精度分析天平上，所述烧杯的上端开口处设有盖子，所述盖子上开设有通孔，所述高精度分析天平的上方设有细杆，所述细线的上端固定于细杆上，下端穿过所述通孔到达烧杯的内部，极片的上端与细线相连接，下端浸入烧杯中的电解液里。本实用新型测试精度高，能定量的分析电解液对极片的浸润速率，测试结果一致性强。

Description

一种快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置

技术领域

本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置。

背景技术

近年来，锂离子动力电池已成为新能源领域研究的热点问题,对其能量密度、循环寿命的要求也越来越严格，而锂离子动力电池的能量密度和循环寿命受电解液对电芯材料浸润性的影响非常大。因此，找到一种能快速、准确、便捷的实验装置和方法表征电解液对电芯材料浸润能力显得十分重要。

目前测量电解液对电芯材料的浸润能力常用方法有：吸液法(测量一定时间内电解液在极片上的扩散面积大小)和称重法(测量单位体积极片可吸收电解液的质量)。吸液法和称重法容易受环境与人为因素的影响，操作难以精确控制，测试结果的重现性和一致性都较差；且无法定量分析电解液对材料的浸润性效果。

例如，公开号为CN102866084A的中国专利公开了一种锂或锂离子电池电解液对电池材料浸润性的测量方法，通过测量预设时间间隔内，电解液在电池材料上的接触角大小变化，来计算电解液对电芯材料的浸润能力。该方法对测试仪器的要求高，测量过程繁琐，很难操控，需要专门人员来进行测量，且将少量电解液滴在敞开环境中易挥发，会影响测试结果的准确性。

公告号CN205808865U的中国专利公开了一种用于评价锂离子电池极片吸液性能的装置，通过测试单位时间内极片吸液的高度或吸液的质量，来计算极片的吸液速率。该方法仅仅描述了通过单位时间内吸液高度和质量变化来计算吸液速率的实验装置，不仅没有描述具体的实验步骤，还存在如下缺点：1.精密电子秤位于极片上方，不能使用常见的高精度分析天平来称重，所以很难找到合适的高精度电子秤来测量重量变化(极片吸液的重量变化比较小，为保证精度需用万分之一克的高精度电子秤)；2.用敞口烧杯装电解液，电解液易挥发从而腐蚀上方的精密电子秤，挥发出的电解液也会增大实验的测试误差，敞口的烧杯还会导致很难选择合适的封闭体系；3.选用极片的尺寸较大，因此对极片制作精度的要求非常高，如极片出现弯曲或成分不均等常见情况时，将产生较大的误差。此外，使用较大的极片会延长测试所需时间并增加电解液的使用量，也将进一步加重电解液对高精度电子秤的腐蚀并加大测量误差。因此，很难利用上述实验装置达到通过测量单位时间吸液质量变化来表征极片吸液性能的目的，上述实验装置对仪器和测量环境的要求也非常高，目前还无法被应用在实际生产中。

公开号为CN109709000A的中国专利公开了隔膜浸润性测量的装置及方法，通过测量预设时间间隔内隔膜吸液的高度来计算隔膜的浸液速率，通过浸液隔膜质量与未浸液隔膜质量比来计算隔膜吸液率。该方法耗时较长，操作繁琐(如需要在样品上画刻度线)，目视读取吸液的高度会造成很大误差；此外，由于极片比隔膜对电解液的吸收更缓慢，若使用该方法测电解液对极片浸润能力，耗时将更长，产生的误差也将更大。

因此，十分需要一种简单易得的实验装置，以快速、准确和定量的测量电解液对极片的浸润能力。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置，以解决现有技术存在的问题，该装置结构简单、操作方便,通过测量单位时间吸液质量的变化，从而快速、准确和定量的测量电解液对极片的浸润能力。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置，包括高精度分析天平、盛有电解液的烧杯、用于悬挂极片的细线和用来记录吸液时间的秒表，所述烧杯放置于所述高精度分析天平上，所述烧杯的上端开口处设有可打开和闭合的盖子，所述盖子上开设有通孔，所述通孔的直径与所述细线的直径相等，所述高精度分析天平的上方设有细杆，所述细线的上端固定于细杆上，所述细线的下端竖直穿过所述通孔到达所述烧杯的内部，极片的上端与所述细线相连接，极片的下端浸入烧杯中的电解液里。

进一步的，极片呈长方形，宽度为1cm，长度为5cm。

进一步的，极片的下端浸入电解液1cm。

进一步的，所述烧杯的直径为5cm，高度为8cm。

进一步的，所述高精度分析天平的精度为0.1mg。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

1)本实用新型的测试精度高，测试结果一致性强；

2)本实用新型结构简单，使用实验室一般的装置(例如烧杯、高精度分析天平)即可组装成本实用新型并完成测试，进行制样工作简便、快速、省时，测试结果便于观察；

3)本实用新型采用密封结构设计，减少了电解液的挥发；

4)本实用新型测试电解液对极片的浸润能力耗时较短，可快速完成测试；

5)本实用新型能定量的分析电解液对极片的浸润速率，不同的电解液对比效果明显。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型的试验例1、试验例2及试验例3的平均电解液下降质量△m随时间t变化的实验结果。

附图标记说明：

1、高精度分析天平；2、烧杯；3、细线；4、细杆；5、极片；6、秒表；7、盖子。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为使本实用新型能解决的技术问题、所采用的技术方案和可达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，所描述的实施例不是全部的实施例，仅是本发明部分实施例。

一种快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置，如图1所示，包括精度为0.1mg高精度分析天平1、盛有电解液的烧杯2、用于悬挂极片5的细线3和用来记录吸液时间的秒表6。所述烧杯2的直径为5cm，高度为8cm，重量约为30g，所述烧杯2放置于所述高精度分析天平1上，所述烧杯2的上端开口处设有可打开和闭合的盖子7，所述盖子7上开设有通孔，所述通孔的直径与所述细线3的直径相等。

所述高精度分析天平1的正上方设有细杆4，细杆4固定于所述高精度分析天平1的保护罩的内顶壁上，细杆4的中心位置正好对着烧杯2的中心位置。所述细线3的上端固定于细杆4的中心位置，下端穿过所述通孔到达所述烧杯2的内部，极片5呈长方形，宽度为1cm，长度为5cm。极片5的上端与所述细线3相连接，极片5的下端浸入烧杯2中的电解液1cm。

测试时，所述装置放置于干燥间中，所述干燥间的露点为-45--55℃，温度为20-25℃。

浸润性测试包括以下步骤：截取表面平整，大小为1*5cm的长方形负极极片5，在烧杯2中加入适量电解液(30g左右)，用细线3绑住极片5上端，将极片5下端慢慢放置在烧杯2中(防止极片5晃动)，使极片5浸入电解液的高度为1cm。极片5浸入到电解液中后，根据预设时间间隔实时记录高精度分析天平1读数；具体的，其记录过程可以为：在测试周期比如720秒钟内，按照预设时间间隔，前面0秒-150秒，每间隔10秒记录一次高精度分析天平1读数；后面150秒-720秒，每间隔30秒记录一次高精度分析天平1读数。根据记录电解液质量(m)随时间变化(t)数据，可计算出电解液下降的质量(△m)随时间变化(t)曲线。通过△m/t曲线可实时、定量的测量电解液对极片5的浸润效果；通过吸液前后电解液下降的质量△m_总和吸液时间t_总，可求出平均浸液速率K,K＝△m_总/t_总。在实际测试过程中，要求材料底部1cm浸入到电解液中，且材料要保持垂直不弯曲，材料处于静止状态，且不能与容器壁接触。

本实用新型的原理如下：将极片5与电解液相接触后，在毛细作用下，电解液将会在极片5上爬升，从而导致放置在高精度分析天平1上的电解液质量下降；电解液浸润性越好，单位时间间隔内，电解液爬升的速度越快，放置在天平上的电解液质量下降得也越快。根据电解液下降的质量(△m)随时间(t)变化曲线，可实时、定量的测量出电解液对极片5的浸润效果和平均浸液速率。

试验例1

负极极片5的制备：将96％天然石墨、1％碳黑、1％聚偏氟乙烯、2％丁苯橡胶混合均匀，制好的浆料均匀涂覆在铜集流体上，在对辊机上压平、切片，将制备好的极片5在90℃真空干燥24小时，将其制成大小为1*5cm的长方形负极极片5。

电解液的配制：在手套箱中配置纯PC溶剂100g(电解液命名为TA)。

浸润性测试：测试实验在干燥间中进行，干燥间的露点为-45℃至-55℃，温度为20℃至25℃。在烧杯2中加入适量电解液TA(30g左右)，用细线3绑住极片5上端，将极片5下端慢慢放置在烧杯2中(防止极片5晃动)，使极片5浸入电解液的高度为1cm。极片5浸入到电解液中后，根据预设时间间隔实时记录高精度分析天平1读数，前面0秒-150秒，每间隔10秒记录一次高精度分析天平1读数；后面150秒-720秒，每间隔30秒记录一次高精度分析天平1读数。根据记录的电解液质量(m)随时间变化(t)的实验结果，计算出电解液下降质量(△m)随时间变化(t)的曲线。通过△m/t曲线实时、定量的分析电解液对极片5的浸润效果；通过吸液前后下降质量△m_总和吸液时间t_总，可求出平均浸液速率K，K＝△m_总/t_总。每种电解液浸润实验至少重复两次，实验结果编号分别为TA1，TA2。

试验例2

负极极片5的制备：将96％天然石墨、1％碳黑、1％聚偏氟乙烯、2％丁苯橡胶混合均匀，制好的浆料均匀涂覆在铜集流体上，在对辊机上压平、切片，将制备好的极片5在90℃真空干燥24小时，将其制成大小为1*5cm的长方形负极极片5。

电解液的配制：在手套箱中配置含0.05％(质量分数)的表面活性剂的PC溶液100g(电解液命名为TB)。

浸润性测试：测试实验在干燥间中进行，干燥间的露点为-45℃至-55℃，温度为20℃至25℃。在烧杯2中加入适量电解液TB(30g左右)，用细线3绑住极片5上端，将极片5下端慢慢放置在烧杯2中(防止极片5晃动)，使极片5浸入电解液的高度为1cm。极片5浸入到电解液中后，根据预设时间间隔实时记录高精度分析天平1读数，前面0秒-150秒，每间隔10秒记录一次高精度分析天平1读数；后面150秒-720秒，每间隔30秒记录一次高精度分析天平1读数。根据记录的电解液质量(m)随时间变化(t)的实验结果，计算出电解液下降的质量(△m)随时间变化(t)的曲线。通过△m/t曲线实时、定量的分析电解液对极片5的浸润效果；通过吸液前后下降质量△m_总和吸液时间t_总，可求出平均浸液速率K,K＝△m_总/t_总。每种电解液浸润实验至少重复两次，实验结果编号分别为TB1，TB2。

试验例3

负极极片5的制备：将96％天然石墨、1％碳黑、1％聚偏氟乙烯、2％丁苯橡胶混合均匀，制好的浆料均匀涂覆在铜集流体上，在对辊机上压平、切片，将制备好的极片5在90℃真空干燥24小时，将其制成大小为1*5cm的长方形负极极片5。

电解液的配制：在手套箱中配置含0.1％(质量分数)的表面活性剂的PC溶液100g(电解液命名为TC)。

浸润性测试：测试实验在干燥间中进行，干燥间的露点为-45℃至-55℃，温度为20℃至25℃。在烧杯2中加入适量电解液TC(30g左右)，用细线3绑住极片5上端，将极片5下端慢慢放置在烧杯2中(防止极片5晃动)，使极片5浸入电解液的高度为1cm。极片5浸入到电解液中后，根据预设时间间隔实时记录高精度分析天平1读数，前面0秒-150秒，每间隔10秒记录一次高精度分析天平1读数；后面150秒-720秒，每间隔30秒记录一次高精度分析天平1读数。根据记录的电解液质量(m)随时间变化(t)的实验结果，可得到电解液下降的质量(△m)随时间变化(t)的曲线。通过△m/t曲线实时、定量的分析电解液对极片5的浸润效果；通过吸液前后下降质量△m_总和吸液时间t_总，可求出平均浸液速率K,K＝△m_总/t_总。每种电解液浸润实验至少重复两次，实验结果编号分别为TC1，TC2。

试验例1-试验例3的电解液质量(m)随时间变化(t)的实验结果见表1，试验例1-试验例3的电解液下降质量(△m)随时间变化(t)的实验结果见表2，试验例1-试验例3的平均电解液下降质量(△m)随时间变化(t)的实验结果见图2。

表1电解液质量(m)随时间变化(t)的实验结果

表2电解液下降质量(△m)随时间变化(t)的实验结果

由表1和表2计算出三种电解液的平均浸液速率K_试验例1，K_试验例2，K_试验例3的值分别为0.025mg/s，0.032mg/s，0.042mg/s。由表1、表2的计算结果和图2可以看出，在低浓度范围内，溶液中表面活性剂含量越高，其浸润效果越好，该测试结果与理论相符。

由表1和表2可看出，本实用新型测量的实验结果稳定，几组实验数据结果的波动不大，检测结果的误差小，准确度高。

由图2可以看出，通过本实用新型可以实时、定量地检测到电解液对极片的浸润效果，且测试所需时间也较短。

综上所述，本实用新型所述的一种快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置，装置简单易得，可快速、准确和定量的测量电解液对极片的浸润能力；此外，本实用新型采用密封结构设计，可减少电解液挥发。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置，其特征在于：包括高精度分析天平(1)、盛有电解液的烧杯(2)、用于悬挂极片(5)的细线(3)和用来记录吸液时间的秒表(6)，所述烧杯(2)放置于所述高精度分析天平(1)上，所述烧杯(2)的上端开口处设有可打开和闭合的盖子(7)，所述盖子(7)上开设有通孔，所述通孔的直径与所述细线(3)的直径相等，所述高精度分析天平(1)的上方设有细杆(4)，所述细线(3)的上端固定于细杆(4)上，所述细线(3)的下端竖直穿过所述通孔到达所述烧杯(2)的内部，极片(5)的上端与所述细线(3)相连接，极片(5)的下端浸入烧杯(2)中的电解液里。

2.根据权利要求1所述的快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置，其特征在于：极片(5)呈长方形，宽度为1cm，长度为5cm。

3.根据权利要求1或2所述的快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置，其特征在于：极片(5)的下端浸入电解液1cm。

4.根据权利要求1或2所述的快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置，其特征在于：所述烧杯(2)的直径为5cm，高度为8cm。

5.根据权利要求1或2所述的快速测试锂电池电解液对极片浸润能力的装置，其特征在于：所述高精度分析天平(1)的精度为0.1mg。

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