專利名稱：一種測定電池極片敷料強度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種測定電池極片敷料強度的方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池主要包括極芯和非水電解液，所述極芯和非水電解液密封在電池殼體內(nèi)，所述極芯包括電池電極及隔膜，所述電池電極包括正極極片和負極極片，所述正極極片包括正極集流體及涂覆和/或填充于正極集流體上的正極材料，所述負極極片包括負極集流體及涂覆和/或填充于負極集流體上的負極材料。
目前，大多鋰電生產(chǎn)廠家或科研機構(gòu)，在鋰離子電池生產(chǎn)研究過程中，為了達到所設(shè)計電池的額定容量及電池尺寸，測定并監(jiān)控極片敷料量和極片敷料厚度。然而，在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，不同配比漿料涂布的極片，不同的敷料量、敷料厚度，拉漿后附著于集流體光面與毛面的漿料，以及壓片前后的極片，其敷料強度均有很大差異，具體表現(xiàn)為極片的掉料程度不同。
極片掉料不僅會影響生產(chǎn)過程中對極片敷料量和敷料厚度檢測的準確性，而且還會極大地影響電池的電化學(xué)性能，敷料強度較小時，隨著電池充放電的進行，會導(dǎo)致正/負極活性物質(zhì)同集流體相分離，進而降低電池容量并惡化循環(huán)壽命特性。此外，極片敷料強度的大小能夠很好地反映漿料配比改變后極片的特性，并且還是指導(dǎo)拉漿工藝參數(shù)優(yōu)化的重要考察指標。
現(xiàn)有的測定極片敷料強度的方法主要有180°剝離法和柵格法。
180°剝離法的具體操作為將敷料面和集流體面通過膠帶分別固定在兩塊鋼板上，然后將制備好的試樣夾于拉力機的上下兩個夾頭上，將試樣以規(guī)定的速率從剝離的開口處剝開，兩塊鋼板沿著被粘面長度的方向逐漸分離。整個過程中施加拉力的大小通過計算機記錄并處理得到結(jié)果。該方法準確穩(wěn)定，但制樣過程非常復(fù)雜，且不適于正極極片敷料強度的測試(由于正極極片敷料強度較高)，此外帶有伺服系統(tǒng)的拉力機或插拔力機價格昂貴，對實驗環(huán)境要求很高且需精心維護。因此，180°剝離法的缺點在于使用不便。
柵格法的具體操作為用鋼劃刀將極片表面涂層以1-3毫米的間距和45°-90°交錯角度，劃成一定數(shù)量的方形或菱形小格并劃穿。然后用美國3M公司生產(chǎn)的型號為600的透明膠帶平整粘結(jié)在小格上，不留一絲空隙，然后以最快速度垂直揭起，以涂層是否起皮或剝落判斷涂層與基體結(jié)合力的大小。該方法簡便易行，但只適用于極片敷料強度的定性判斷，因此該方法的準確度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的測定極片敷料強度的方法使用不便、準確度低的缺點，提供一種簡便易行、準確度高的測定極片敷料強度的方法。
本發(fā)明提供了一種測定極片敷料強度的方法，該方法用掉料量表示極片敷料強度，其中，該方法使用超聲波對極片進行振蕩，使極片掉料。
在本發(fā)明提供的測定極片敷料強度的方法中，通過使用超聲波對極片進行振蕩，使極片掉料，用極片的掉料量表示極片敷料強度，該方法簡便易行，而且準確度高。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的測定極片敷料強度的方法用極片的掉料量表示極片敷料強度，其中，該方法使用超聲波使極片掉料。
在本發(fā)明提供的方法中，使用超聲波對極片進行振蕩，使極片上的敷料從集流體上脫落。本發(fā)明對超聲波與極片的接觸方式?jīng)]有特別的限定，只要能夠達到使極片掉料的目的即可。
例如，可以將極片放入到超聲波振蕩機內(nèi)槽中進行振蕩，所述內(nèi)槽中裝有超聲波振動傳導(dǎo)介質(zhì)。所述超聲波振動傳導(dǎo)介質(zhì)可以使用能夠傳遞能量的各種液態(tài)媒介，優(yōu)選為水、醇、羧酸酯和酮中的一種或幾種，更優(yōu)選為水。其中，超聲波的頻率為10-80千赫，優(yōu)選為20-60千赫。振蕩的時間為1-3分鐘，優(yōu)選為1.5-2.5分鐘。
所述醇可以使用常溫常壓下為液態(tài)的各種醇，例如C1-C11的醇，優(yōu)選為甲醇或乙醇。
所述羧酸酯可以使用常溫常壓下為液態(tài)的各種有機羧酸酯，例如碳原子數(shù)為1-10的一元或多元醇與碳原子數(shù)為1-10的一元或多元羧酸發(fā)生酯化得到的有機羧酸酯，優(yōu)選為碳原子數(shù)為1-6的一元或多元醇與碳原子數(shù)為1-6的一元或多元羧酸發(fā)生酯化得到的有機羧酸酯，更優(yōu)選為甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯和乙酸戊酯中的一種或幾種。
所述酮可以使用常溫常壓下為液態(tài)的各種酮，優(yōu)選為丙酮。
為了能夠更好地反映出極片在電解液中的敷料強度，優(yōu)選情況下，將裝有電解液的容器固定在裝有超聲波振動傳導(dǎo)介質(zhì)的超聲波振蕩機內(nèi)槽中，然后將極片放入到電解液中進行振蕩。在這種情況下，超聲波振蕩機產(chǎn)生超聲波振動，并通過超聲波振動傳導(dǎo)介質(zhì)的傳導(dǎo)，引入到裝有電解液的的容器中，之后電解液中將產(chǎn)生許多微氣泡(空化作用)，微氣泡不斷產(chǎn)生和消失，產(chǎn)生巨大的沖擊力，削弱敷料與集流體之間的附著力，敷料就會從集流體上脫落。
所述電解液為現(xiàn)有鋰離子電池中常規(guī)的電解液，本發(fā)明對此沒有特別的限定。所述電解液為電解質(zhì)鋰鹽和非水溶劑的混合溶液。電解質(zhì)鋰鹽選自六氟磷酸鋰(LiPF6)、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、鹵化鋰、氯鋁酸鋰及氟烴基磺酸鋰中的一種或幾種。有機溶劑選用鏈狀酸酯和環(huán)狀酸酯混合溶液，其中鏈狀酸酯可以為碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二丙酯(DPC)以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機酯類中的至少一種，環(huán)狀酸酯可以為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、γ-丁內(nèi)酯(γ-BL)、磺內(nèi)酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環(huán)狀有機酯類中的至少一種。
其中，所述裝有電解液的容器優(yōu)選固定在超聲波振蕩機內(nèi)槽的中心位置，并且所述容器中電解液的液面優(yōu)選與所述內(nèi)槽的超聲波振動傳導(dǎo)介質(zhì)的液面等高?？梢允褂贸Ｒ?guī)的容器定位夾具固定所述容器。
所述極片可以使用市售的各種極片，也可以使用本領(lǐng)域公知的方法制備得到。其中，在進行振蕩之前，將極片極端緣敷料層刮去，露出一定寬度的集流體，然后稱重，得到極片重量為M1。優(yōu)選使用電子天平稱重。
在振蕩過程中，可以將極片固定在所述超聲波振蕩機內(nèi)槽或所述裝有電解液的容器中，使極片的敷料部位全部進入到超聲波振動傳導(dǎo)介質(zhì)或電解液中。例如，可以使用常規(guī)的固定裝置夾緊極片未敷料的部位，起到固定極片的作用。
振蕩完成后，取出極片，對極片進行干燥。對干燥的方法沒有特別的限定，優(yōu)選在-0.9至-0.8兆帕的真空度以及100-150℃的溫度下將極片烘烤至恒重后稱重，得到振蕩后的極片重量為M2。其中，此真空度是指相對真空度，即被測氣體壓力與大氣壓力的差值。
所述掉料量為電池極片經(jīng)超聲波處理前后的質(zhì)量差，M1與M2的差值即為待測極片振蕩后的掉料量，即M掉料＝M1-M2，以極片掉料量來表示極片的敷料強度。
下面通過實施例來更詳細地描述本發(fā)明。
制備實施例1制備實施例1制備用于測定敷料強度的負極極片。
將100重量份負極活性物質(zhì)天然石墨、1.0重量份粘合劑聚偏二氟乙烯(PVDF)和1.0重量份導(dǎo)電劑炭黑加入到120重量份N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，然后在真空攪拌機中攪拌形成穩(wěn)定、均一的負極漿料。將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚0.010毫米的銅箔上，經(jīng)120℃烘干、輥軋之后在分切機上分切得到尺寸為65.0毫米×35.0毫米×0.145毫米的負極極片。
制備實施例2-5制備實施例2-5制備用于測定敷料強度的負極極片。
按照與制備實施例1相同的方法制得尺寸為65.0毫米×35.0毫米×0.145毫米的負極極片，不同的是，天然石墨、聚偏二氟乙烯、炭黑與N-甲基吡咯烷酮的重量比分別為100∶1.5∶1.0∶120；100∶2.0∶1.0∶120；100∶2.5∶1.0∶120和100∶3.0∶1.0∶120。
制備實施例6制備實施例6制備用于測定敷料強度的正極極片。
將100重量份LiCoO2、2.0重量份粘合劑PVDF、4.5重量份導(dǎo)電劑乙炔黑加入到70重量份(NMP)中，然后在真空攪拌機中攪拌形成均勻的正極漿料。
將該漿料均勻地涂布在寬400毫米、厚0.016毫米的鋁箔上，然后120℃烘干、輥壓之后在分切機上分切得到尺寸為65.0毫米×35.0毫米×0.125毫米的正極極片。
制備實施例7-10制備實施例7-10制備用于測定敷料強度的負極極片。
按照與制備實施例6相同的方法制得尺寸為65.0毫米×35.0毫米×0.125毫米的正極極片，不同的是，LiCoO2、PVDF、乙炔黑與NMP的重量比分別為100∶2.5∶4.5∶70；100∶3.0∶4.5∶70；100∶3.5∶4.5∶70和100∶4.0∶4.5∶70。
實施例1-5實施例1-5用于說明本發(fā)明提供的測定電池極片敷料強度的方法。
按照如下步驟分別測定制備實施例1-5制備的負極極片的敷料強度將2000克水倒入超聲波振蕩機內(nèi)槽中(超聲波振蕩機內(nèi)槽容積225×135×100毫米3)。
將LiPF6與碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)配制成LiPF6濃度為1.0摩爾/升的電解液溶液(其中，EC與DEC的體積比為1∶1)，在容積為500毫升的容器中倒入400毫升該電解液。使用容器定位夾具將盛有電解液的容器固定在超聲波振蕩機的內(nèi)槽正中間，確保水面與電解液面等高。
采用刮刀將制備實施例1-5制備的負極極片的端緣敷料層刮去，露出寬10毫米的銅箔，稱重，得到振蕩后的極片重量為M1。使用極片固定裝置夾緊所述露出的銅箔處，豎直插入電解液中，使敷料銅箔部分全部進入水面下一定距離，并蓋好容器蓋。打開超聲波振蕩機電源進行振蕩，超聲波頻率為40千赫，振蕩時間2分鐘。振蕩完成后，取出極片，放于真空烘箱中，在-0.85兆帕的真空度以及120℃的溫度下烘烤至恒重后取出，稱重，得到振蕩后的極片重量為M2。計算極片的掉料量M掉料＝M1-M2。結(jié)果如表1所示。
實施例6-10實施例6-10用于說明本發(fā)明提供的測定電池極片敷料強度的方法。
按照與實施例1-5相同的方法，分別測定制備實施例6-10制備的正極極片的掉料量，結(jié)果如表2所示。
循環(huán)性能測試將LiPF6與碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)配制成LiPF6濃度為1.0摩爾/升的電解液溶液(其中，EC與DEC的體積比為1∶1)。將制備實施例6得到的正極極片、隔膜層、制備實施例1-5得到的負極極片依次用卷繞機層疊卷繞成渦卷狀的電極組，將得到的電極組放入一端開口的電池殼中，并以3.8g/Ah的量注入上述非水電解液，密封后制成鋰離子電池A1-A5。因此，制得的鋰離子電池A1-A5的負極分別為制備實施例1-5得到的負極極片，正極為制備實施例6得到的正極極片。
將LiPF6與碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二乙酯(DEC)配制成LiPF6濃度為1.0摩爾/升的電解液溶液(其中，EC與DEC的體積比為1∶1)。將制備實施例6-10得到的正極極片、隔膜層、制備實施例1得到的負極極片依次用卷繞機層疊卷繞成渦卷狀的電極組，將得到的電極組放入一端開口的電池殼中，并以3.8g/Ah的量注入上述非水電解液，密封后制成鋰離子電池A6-A10。因此，制得的鋰離子電池A6-A10的負極為制備實施例1得到的負極極片，正極分別為制備實施例6-10得到的正極極片。
按照下述方法對上述得到的鋰離子電池A1-A5進行充放電循環(huán)測試，結(jié)果如表1所示。按照下述方法對上述得到的鋰離子電池A6-A10進行充放電循環(huán)測試，結(jié)果如表2所示。以所得容量保持率為依據(jù)對超聲波振蕩所測敷料強度進行評判。
循環(huán)測試方法電池以1C電流充電至4.2V，在電壓升至4.2V后以恒定電壓充電，截至電流為0.05C，然后以1C恒流放電至2.75V。電池進行100次循環(huán)后，得到100次循環(huán)與首次循環(huán)的容量比率即為電池的容量保持率。
表1

表2

根據(jù)表1和表2所示的測試結(jié)果可以看出，采用發(fā)明提供的測定電池極片敷料強度的方法測得的敷料強度結(jié)果與電池的循環(huán)容量保持率的結(jié)果一致，由此可見，本發(fā)明提供的方法，準確度高，而且從測定過程來看，該方法簡便易行。
權(quán)利要求
1.一種測定電池極片敷料強度的方法，該方法用掉料量表示極片敷料強度，其特征在于，該方法使用超聲波對極片進行振蕩，使極片掉料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，超聲波的頻率為10-80千赫，振蕩的時間為1-3分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，超聲波的頻率為20-60千赫，振蕩的時間為1.5-2.5分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法還包括在對極片進行振蕩之前和之后，分別對極片進行稱重的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用超聲波對極片進行振蕩的方法包括將極片放入到超聲波振蕩機內(nèi)槽中進行振蕩，所述內(nèi)槽中裝有超聲波振動傳導(dǎo)介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述超聲波振動傳導(dǎo)介質(zhì)為水、醇、羧酸酯和酮中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述醇為甲醇或乙醇；所述羧酸酯為甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯和乙酸戊酯中的一種或幾種；所述酮為丙酮。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，將極片放入到超聲波振蕩機內(nèi)槽中進行振蕩的方法包括將裝有電解液的容器固定在裝有超聲波振動傳導(dǎo)介質(zhì)的超聲波振蕩機內(nèi)槽中，然后將極片放入到電解液中進行振蕩。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述電解液為電解質(zhì)鋰鹽和有機溶劑的混合溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述電解質(zhì)鋰鹽選自六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、鹵化鋰、氯鋁酸鋰及氟烴基磺酸鋰中的一種或幾種；有機溶劑為鏈狀酸酯和環(huán)狀酸酯混合溶液，所述鏈狀酸酯為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的鏈狀有機酯類中的至少一種，所屬環(huán)狀酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亞乙烯酯、γ-丁內(nèi)酯、磺內(nèi)酯以及其它含氟、含硫或含不飽和鍵的環(huán)狀有機酯類中的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，該方法還包括在將極片放入到電解液之前和進行振蕩之后，對極片進行稱重的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求4或11所述的方法，其中，該方法還包括在對振蕩后的極片進行稱重之前，對極片進行干燥的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述干燥的方法為在-0.9至-0.8兆帕的真空度以及100-150℃的溫度下對極片進行烘烤。
全文摘要
一種測定極片敷料強度的方法，該方法用極片的掉料量表示極片敷料強度，其中，該方法使用超聲波對極片進行振蕩，使極片掉料。在本發(fā)明提供的測定極片敷料強度的方法中，通過使用超聲波對極片進行振蕩，使極片掉料，用極片的掉料量表示極片敷料強度，該方法簡便易行，而且準確度高。
文檔編號G01N5/00GK1995965SQ20051013274
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者于曉偉, 沈晞, 高藝, 周平劍 申請人:比亞迪股份有限公司