CN105203451A - 涂层内聚力的表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明一实施例提供的一种涂层内聚力的表征方法包括：在单面带有涂层的待测试片含有涂层的一面贴装胶带，并预留所述胶带的一端未贴装在所述待测试片上；固定所述待测试片，利用所述胶带未贴装的一端将所述胶带从所述涂层表面剥离，测定所述胶带从所述涂层表面剥离后的剥离力，利用所述剥离力表征涂层的内聚力值。根据本发明的实施例，能够实现对涂层内聚力进行精确定量表征。

Description

涂层内聚力的表征方法

技术领域

本发明涉及材料分析测试技术领域，具体涉及一种涂层内聚力的表征方法。

背景技术

近年来，随着对不可再生能源危机和环境保护的重视，电池电动汽车已成为一种发展趋势。绿色环保的锂离子电池是电动汽车的重要组成部分，电池的开发和生产是制约整个电动汽车行业发展的重要因素。锂离子电池极片涂层的微观结构由分子级的子层构成，涂层的内聚力即为这些子层之间的粘合力。电池极片的涂层内聚力不仅可反映锂离子电池极片涂层子层之间粘结力的差异，同时也直接影响着锂电池的内阻和循环寿命等性能。在锂离子电池充放电的过程中，锂离子的嵌入与迁出都会导致正负极涂层的膨胀和收缩，此时电池极片涂层的内聚力大小会起到至关重要的作用。如果电池极片涂层之间的内聚力不够，正负极片上的涂层在锂离子嵌入与迁出的过程中就会出现涂层脱落掉粉的情况。然而在电池的制造生产过程中，涂层脱落掉粉的情况是不被接受的。因此，在电池的研究和生产中有必要对电池极片的涂层进行内聚力测试，这对制造电池极片有着非常重要的意义。然而，现有技术中并不存在一种对涂层内聚力进行精确定量表征的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种涂层内聚力的表征方法，能够实现对涂层内聚力进行精确定量表征。

本发明一实施例提供的一种涂层内聚力的表征方法包括：

在单面带有涂层的待测试片含有涂层的一面贴装胶带，并预留所述胶带的一端未贴装在所述待测试片上；

固定所述待测试片，利用所述胶带未贴装的一端将所述胶带从所述涂层表面剥离，测定所述胶带从所述涂层表面剥离后的剥离力，利用所述剥离力表征涂层的内聚力值。

进一步地，固定所述待测试片包括：

通过双面胶将待测试片的不含涂层的一面贴装在一固定的刚性测试底板表面。

进一步地，夹住所述胶带未贴装的一端进行剥离包括：

夹住所述胶带未贴装的一端向所述胶带的另一端进行180°剥离；或，

夹住所述胶带未贴装的一端向所述胶带的上方进行90°剥离。

进一步地，通过一个剥离试验机完成对所述胶带的剥离和涂层内聚力值的读取；其中，所述剥离试验机包括：拖动电机、剥离夹头、固定夹头和测力装置；所述拖动电机分别与所示剥离夹头和所述测力装置连接，所述固定夹头用于在剥离过程中固定所述待测试片；此时，所述方法包括：

通过所述剥离夹头夹住所述胶带未贴装的一端，在所述拖动电机的拖动下剥离所述胶带，当所述胶带从所述涂层表面剥离后，利用所述测力装置读取的剥离力的数值表征涂层的内聚力值。

进一步地，所述方法进一步包括：在所述胶带被从所述涂层表面剥离后，通过所述待测试片上涂层的残留率来辅助表征涂层的内聚力；其中，所述残留率为所述待测试片上未被剥离的涂层质量与所述待测试片被剥离之前的涂层总质量之比。

进一步地，所述方法进一步包括：

在所述待测试片含有涂层的一面贴装胶带后，在恒温恒湿的条件下采用压辊在所述胶带表面来回辊压至少一次。

进一步地，所述恒温恒湿的条件包括：温度为23±2℃，湿度为55±5％；和/或，

所述压辊为重量为2KG的橡胶压辊。

进一步地，夹住所述胶带未贴装的一端进行剥离的速度为300mm/min。

进一步地，所述胶带已贴装部分的长度至少为所述待测试片长度的90％。

进一步地，所述胶带为美纹纸胶带，所述待测试片为锂离子电池极片，所述涂层为涂布在所述锂离子电池极片表面的含有粘合剂的浆料。

本发明实施例提供的一种涂层内聚力的表征方法，将待测试片固定，并在所述待测试片含有涂层的一面贴装胶带；使得胶带被剥离时，剥离实验的微观分离面主要在涂层内部的子层之间。因此通过测量胶带被剥离后的剥离力，即可实现对涂层内聚力的精确定量表征。此外，采用胶带以剥离试验进行内聚力测试，无需改变电池极片的工艺流程，可实现方便的内聚力测试，误差小、可重复性好。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的一种涂层内聚力的表征方法的流程图。

图2a和图2b所示为本发明实施例所提供的一种涂层内聚力的表征方法的原理示意图。

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一种涂层内聚力的表征方法的流程图。该方法包括：

步骤101：在单面带有涂层的待测试片含有涂层的一面贴装胶带，并预留胶带的一端未贴装在待测试片上。所贴装的胶带用于在后续的剥离过程中将涂层表面的子层黏贴掉，胶带预留的部分用于被夹住以进行剥离试验。

在本发明一实施例中，为了保证剥离测试的完整性，胶带已贴装部分的长度至少应为待测试片长度的90％。

胶带的具体选择可根据所测试涂层的性质决定；同时，为了保证在相同的实验条件下形成不同待测试片的涂层内聚力对比，不同批次胶带的粘度需保持稳定一致。例如，当待测试片为锂离子电池极片，涂层为涂布在锂离子电池极片表面的含有粘合剂的浆料时，采用美纹纸胶带可实现快速稳定的涂层内聚力测试。美纹纸是一种高科技装饰、喷涂用纸，在现有技术中用于对不需要加工(喷涂或电镀等)的区域进行遮盖，粘度一般在5.1N/25mm～7.5N/25mm。发明人在业内首次认识到，采用美纹纸以剥离试验对锂离子电池极片表面的涂层进行内聚力测试时，剥离的分离面主要存在于涂层内部，因此剥离过程的剥离力可以很好的反映涂层内聚力的大小。此外，由于标准的美纹纸的性能十分稳定，在用于测试锂离子电池极片表面的涂层内聚力时，测试的数据也十分稳定，可形成很有参考意义的数据对比。然而，如前所述，胶带的具体选择可根据所测试涂层的性质决定，因此本发明对胶带的具体种类并不做限定。

步骤102：固定待测试片，利用胶带未贴装的一端将胶带从涂层表面剥离，测定胶带从涂层表面剥离后的剥离力，利用剥离力表征涂层的内聚力值。

为了防止在剥离的过程中，待测试片本身发生弯折而影响内聚力的测试结果(尤其当待测试片为电池正极极片时，弯折的现象更为明显)，可通过双面胶将待测试片的不含涂层的一面贴装在一固定的刚性测试底板表面。此外，当夹住胶带未贴装的一端进行剥离时，可以是夹住胶带未贴装的一端向胶带的另一端进行180°剥离，或夹住胶带未贴装的一端向胶带的上方进行90°剥离。

在本发明一实施例中，可通过一个剥离试验机完成对胶带的剥离和涂层内聚力值的读取。该剥离试验机可包括：拖动电机、剥离夹头、固定夹头和测力装置；拖动电机分别与所示剥离夹头和测力装置连接，固定夹头用于在剥离过程中固定待测试片。此时，具体的剥离过程可为：通过剥离夹头夹住胶带未贴装的一端，在拖动电机的拖动下将胶带进行剥离，当胶带从涂层表面剥离后，利用测力装置读取剥离力的数值表征涂层的内聚力值。

本领域技术人员可以理解，该剥离试验机还可进一步包括一个控制器来控制整个剥离过程的力度和速度；拖动电机可采用高精度齿轮减速电子调速电动机，以实现性能平稳的剥离加载过程；测力装置可采用高精度力值传感器和以单片机为中央处理器的数字控制系统构成。本发明对剥离试验机的具体结构不做具体限定，只要能实现上述的剥离实验过程即可。

在本发明一实施例中，为了保证待测试片含有涂层的一面与胶带的贴合足够紧密，还可在恒温恒湿的条件下采用压辊在胶带表面来回辊压至少一次。其中的恒温恒湿的条件可包括：温度为23±2℃，湿度为55±5％；压辊可为重量为2KG的橡胶压辊。

采用本发明实施例所提供的涂层内聚力的表征方法，将待测试片固定，并在所述待测试片含有涂层的一面贴装胶带；使得胶带被剥离时，剥离实验的微观分离面主要在涂层内部的子层之间。因此通过测量胶带被剥离后的剥离力，即可实现对涂层内聚力的精确定量表征。此外，采用胶带以剥离试验进行内聚力测试，无需改变电池极片的工艺流程，可实现方便的内聚力测试，误差小、可重复性好。

图2a和图2b所示为本发明实施例所提供的一种涂层内聚力的表征方法的原理示意图。该涂层内聚力的表征方法包括如下步骤：

一、待测试片的测试准备：

如图2a所示，取一标准钢板1(50mm×125mm)作为刚性测试底板，用脱脂纱布蘸取乙醇擦拭该标准钢板1，然后用干净的脱脂纱布将其擦干，如此反复清洗三次以上，直至标准钢板1的工作面经目视检查达到清洁为止；将50mm×125mm双面胶4的一面贴在标准钢板1上，要保证粘贴紧固、平整、无褶皱；采用常规方法在铜箔集流体上涂上负极浆料形成涂层2，经烘箱烘烤辊压后按照测试要求剪成50mm×125mm的待测试片3，将待测试片3不含有涂层2的一面粘贴在双面胶4的另一胶面上，粘贴的过程要保证待测试片3和双面胶4接触紧密、平整、无气泡，最后将40mm×150mm宽的美纹纸胶带5粘贴在待测试片3含有涂层的中间位置，待测试片3和美纹纸胶带5的粘结部分长度比待测试极片3长度少10mm，及在待测试片3的长度方向上一端预留出一部分美纹纸胶带5未粘贴。

二、待测试片的辊压和时效

将制备好的待测试片3，用橡胶压辊来回滚压待测试片3一次，以保证待测试片3的涂层2和双面胶4粘结牢固，以及涂层2与美纹纸胶带5粘结牢固。压辊质量不小于2KG，压贴后可在常温下固化时效10-20分钟。

三、剥离测试

如图2b所示，用剥离试验机做涂层内聚力剥离试验，其中剥离试验机试验的破坏负载在满标负荷的15％～85％之间，拉力值误差不应大于1％。剥离试验机的固定夹头6夹住标准钢板1，剥离夹头7夹着美纹纸胶带5未粘结到待测试片3的部分，朝向美纹纸胶带5长度方向的另一端弯曲并以300mm/min的速度剥离，此时待测试片3上的部分涂层2被美纹纸胶带5剥离，并随着剥离的继续最终直到美纹纸胶带5和涂层2完全分离，试验结束后即可读取内聚力大小数值。本领域技术人员可以理解，其中的剥离速度可以根据剥离距离做适当的调整，本发明对剥离速度并不做限定。

在本发明另一实施例中，为了进一步准确的定量表征涂层的内聚力，在胶带被从涂层表面剥离后，还可通过待测试片上涂层的残留率来表征涂层的内聚力。其中，残留率＝(待测试片上未被剥离的涂层质量/待测试片被剥离之前的涂层总质量)*100％。

下面通过一个实验例子进行详细说明。

下表中的数据是使用胶干膜质量占比为3.0％、并采用CMC+SBR或LA132分散负极材料作为粘结剂的电池极片涂层负极浆料的内聚力测试结果，测试的条件为温度23℃，湿度52％。

由以上数据分析可知，残留率与电池极片的内聚力成正比的关系。残留率越高，电池极片上残留的涂层就越多。这说明涂层内部子层之间的粘结性越好。锂离子电池在充放电的过程中，锂离子的嵌入与迁出越不容易导致涂层发生脱落掉粉的情况，即电池极片涂层的内聚力越大。

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 (10)

1.一种涂层内聚力的表征方法，其特征在于，包括：

在单面带有涂层的待测试片含有涂层的一面贴装胶带，并预留所述胶带的一端未贴装在所述待测试片上；

固定所述待测试片，利用所述胶带未贴装的一端将所述胶带从所述涂层表面剥离，测定所述胶带从所述涂层表面剥离后的剥离力，利用所述剥离力表征涂层的内聚力值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，固定所述待测试片包括：

通过双面胶将待测试片的不含涂层的一面贴装在一固定的刚性测试底板表面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，夹住所述胶带未贴装的一端进行剥离包括：

夹住所述胶带未贴装的一端向所述胶带的另一端进行180°剥离；或，

夹住所述胶带未贴装的一端向所述胶带的上方进行90°剥离。

4.根据权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，通过一个剥离试验机完成对所述胶带的剥离和涂层内聚力值的读取；其中，所述剥离试验机包括：拖动电机、剥离夹头、固定夹头和测力装置；所述拖动电机分别与所示剥离夹头和所述测力装置连接，所述固定夹头用于在剥离过程中固定所述待测试片；此时，所述方法包括：

通过所述剥离夹头夹住所述胶带未贴装的一端，在所述拖动电机的拖动下剥离所述胶带，当所述胶带从所述涂层表面剥离后，利用所述测力装置读取的剥离力的数值表征涂层的内聚力值。

5.根据权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，进一步包括：在所述胶带被从所述涂层表面剥离后，通过所述待测试片上涂层的残留率来辅助表征涂层的内聚力；其中，所述残留率为所述待测试片上未被剥离的涂层质量与所述待测试片被剥离之前的涂层总质量之比。

6.根据权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，进一步包括：

在所述待测试片含有涂层的一面贴装胶带后，在恒温恒湿的条件下采用压辊在所述胶带表面来回辊压至少一次。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述恒温恒湿的条件包括：温度为23±2℃，湿度为55±5％；和/或，

所述压辊为重量为2KG的橡胶压辊。

8.根据权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，夹住所述胶带未贴装的一端进行剥离的速度为300mm/min。

9.根据权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述胶带已贴装部分的长度至少为所述待测试片长度的90％。

10.根据权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述胶带为美纹纸胶带，所述待测试片为锂离子电池极片，所述涂层为涂布在所述锂离子电池极片表面的含有粘合剂的浆料。