CN105466848B - 正极片高面密度涂敷情况下箔材与粉料粘结力测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池技术领域，本发明提供一种正极片高面密度涂敷情况下箔材与粉料粘结力测量方法，测量步骤如下：(1)裁切正极片至条状；(2)将条状正极片夹在拉力机两端；(3)低速匀速拉伸条状正极片，直到粉料不再产生新的断裂，停止拉伸；(4)测量断裂后粉料的长度，此时箔材与粉料的粘结力等于粉料的断裂强度；(5)计算得到粘结力：使用本发明的方法可准确测量出任意面密度涂布情况下的箔材与粉料之间粘结力并提高检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种正极片高面密度涂敷情况下箔材与粉料粘结力测量方法。
背景技术
近几年来，锂离子电池因具有能量密度高、输出电压高、自放电率低、使用寿命长、无记忆效应和环境友好等优异特点而获得了人们极大的关注，发展突飞猛进，市场份额不断扩大，逐步取代镍镉(Ni-Cd)和金属镍-氢化物(Ni-MH)电池，占据了主导地位。其广泛应用于笔记本电脑、手机、摄像机、仪器仪表、电动工具等移动电子终端设备。另外，锂离子电池应用在电动汽车(EV)、储能、军工等高技术产业的需求也不断扩大，不仅发展成为我国新能源材料领域的主流产业，也是世界各国技术竞赛的主题之一。
三元材料能量密度高、成本相对低的优势，因此高面密度锂离子电池正极常用三元材料，且三元材料将作为新能源车电池正极最佳材料从而占领市场份额，但是三元材料也有一个缺点，就是细小颗粒的锂正极活性物质在涂布和组装过程中易出现掉粉的问题，粉料与箔材的粘结力大幅影响电池的阻抗和循环性能，因此对粉料与箔材粘结力的测量是把关的关键，在现有的粘结力测量方法下(图1)，会出现三种情况：1、双面胶与粉料层剥离；2、粉料与箔材之间剥离；3、粉料之间剥离。由于双面胶与粉料之间的粘结力远大于粉料之间的粘结力和粉料与箔材之间的粘结力，因此第一种情况一般不会出现；在低面密度情况下，双面胶与粉料粘结充分，通常出现第二种情况，即可正确测量出粉料与箔材之间的粘结力；而在高面密度情况下(面密度＞350g/m2)，由于双面胶与粉料接触不充分，通常出现第三种情况，即测出的值为粉料间的粘结力，而非预想的粉料与箔材的粘结力。
中国专利CN201464346U公开了一种锂离子电池水溶剂极片粘结力的检测工装，在工作台的底部设置有电机，电机的输出轴连接丝杠，丝杠上设置有丝杠螺母，丝杠螺母通过横向连接梁连接推拉规，推拉规连接上夹体，工作台的台面上设置有与上夹体相对的下夹体，使用此工装对极片进行检测，可使极片粘结力的检测精度达到0.02N，但是对于高面密度粉料涂布的情况下极片粘结力检测依然会出现粉料之间剥离从而测出的数据为粉料之间的粘结力。
发明内容
为了解决高面密度粉料涂布的情况下无法测量出准备的粉料与箔材粘结力的问题，我们提出了一种正极片高面密度涂布情况下箔材与粉料粘结力测量方法，采用本发明可以有效测量出任意面密度涂布情况下的箔材与粉料之间粘结力。
本发明是通过以下技术方案实现的：
为实现上述目的，本发明提供一种正极片高面密度涂敷情况下箔材与粉料粘结力测量方法，测量步骤如下：
(1)按照常规的电池正极生产工艺，将磷酸铁锂、粘结剂、导电剂、添加剂和溶剂混合配制成浆料，经涂布、干燥和轧膜制成电池正极片，正极片自上而下分别为上粉料层，箔材层和下粉料层，碾压正极片并裁切成宽度为15-30mm的条状。
(2)将步骤(1)中条状正极片夹在拉力机两端(图2)。
(3)以10-20cm/min的速度匀速拉伸条状正极片，直到粉料不再产生新的断裂，停止拉伸。
(4)使用放大摄影机测量断裂后粉料的长度，此时箔材与粉料的粘结力等于粉料的断裂强度，即：
以单丝测量法作为模板，该方法是将一根纤维单丝埋于基体树脂中，制成哑铃形试样，沿纤维轴向对基体进行拉伸，由于纤维的模量大，延伸率小，所以纤维首先承担外界载荷，又因为外界作用力远大于单纤维的强度，使其先断裂，断裂的纤维由于界面剪切应力传递载荷的作用，继续对纤维进行拉伸，并使其断裂，直至纤维断裂长度小于临界纤维长度后，此时界面剪切应力小于纤维自身强度，断裂就不再发生。同样，此法在对正极片拉伸过程中，由于粉料之间的粘结力较小，而箔材具有较强的延伸性，因此粉料首先承担外界载荷，又因为外界作用力远大于粉料之间的粘结力，使粉料出现断裂，断裂的粉料由于界面剪切应力传递载荷的作用，继续对粉料进行拉伸，并使其断裂，直至粉料不再产生新的断裂，此时界面剪切应力全部传递至箔材。
(5)计算得到粘结力：
式中，d为正极片宽度，h为粉料厚度，l为断裂长度，δ为粉料本身的粘接强度，k为概率学常数，为平均断裂长度。
优选地，上述条状正极片宽度均匀不变。
优选地，上述条状正极片粉料高度均匀不变。
优选地，上述概率学常数k为0.75。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、准确测量出任意面密度涂布情况下的箔材与粉料之间粘结力；
2、提高检测精度。
附图说明
图1是传统箔材与粉料粘结力测量示意图；
图2是本发明箔材与粉料粘结力测量示意图；
图中：1-箔材层；2-粉料层；3-双面胶；4-金属片；5-拉力机。
具体实施方式
下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通或改变都落入本发明保护范围；且下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：
参阅图2，一种正极片高面密度涂敷情况下箔材与粉料粘结力测量方法，测量步骤如下：
(1)按照常规的电池正极生产工艺，将磷酸铁锂浆料和箔材制成电池正极片，正极片自上而下分别为上粉料层2，箔材层1和下粉料层2，碾压正极片并裁切成宽度为20mm的条状；
(2)将步骤(1)中条状正极片夹在拉力机5两端；
(3)以15cm/min的速度匀速拉伸条状正极片，直到粉料不再产生新的断裂，停止拉伸；
(4)使用放大摄影机测量断裂后粉料的长度，此时箔材与粉料的粘结力等于粉料的断裂强度，即：
(5)计算得到粘结力：
式中，d为正极片宽度，h为粉料厚度，l为断裂长度，δ为粉料本身的粘接强度；k为概率学常数，为平均断裂长度。
测量得到极片厚度105μm(为低面密度粉料涂覆)，箔材厚度15μm，因此粉料厚度h＝(极片厚度-箔材厚度)/2＝45μm。平均断裂长度因此得到粘结力τ＝0.964δ。
实施例2：
参阅图2，正极片所用浆料为三元材料，测量步骤与实施例1基本相同。
测量得到极片厚度200μm(为高面密度粉料涂覆)，箔材厚度15μm，因此粉料厚度h＝(极片厚度-箔材厚度)/2＝92.5μm。平均断裂长度因此得到粘结力τ＝1.542δ。
对比例1：
参阅图1，按照传统粘结力测试方法，步骤如下：
(1)按照常规的电池正极生产工艺，将磷酸铁锂浆料和箔材制成电池正极片，正极片自上而下分别为上粉料层2，箔材层1和下粉料层2，碾压正极片并裁切成宽度为20mm的条状；
(2)将步骤(1)中条状正极片的上粉料层2与金属片4通过双面胶3粘结，将金属片4左端与条状正极片右端夹在拉力机5两端；
(3)以15cm/min的速度匀速拉伸条状正极片，直到上粉料层2与箔材层1分离，且箔材层表明无粉料残留，停止拉伸；
(4)测量此时的拉伸力，此时的拉伸力即为箔材与粉料的粘结力τ。
测量得到极片厚度105μm(为低面密度粉料涂覆)，箔材厚度15μm，因此粉料厚度h＝(极片厚度-箔材厚度)/2＝50μm。计算得到粘结力τ＝0.97δ。
对比例2
参阅图1，按照传统粘结力测试方法，正极片所用浆料为三元材料，步骤与对比例1基本相同。测量得到极片厚度200μm(为高面密度粉料涂覆)，箔材厚度15μm，因此粉料厚度h＝(极片厚度-箔材厚度)/2＝92.5μm。
在测试过程中，当上粉料层于箔材层脱离时，箔材层上方尚有大量粉料残余，因此测得的粘结力应为粉料之间的粘结力，即τ＝δ。与相同材质的实施例2差别较大，数据不可信。
综上，当正极片涂覆粉料的面密度不高时，传统测量方法和本测量方法的结果基本相同，而当正极片涂覆粉料密度较高时，传统测量方法只能测得粉料之间的粘结力而无法测出粉料与箔材之间的粘结力。
Claims (4)
1.一种正极片高面密度涂敷情况下箔材与粉料粘结力测量方法，其特征在于，测量步骤如下：(1)按照常规的电池正极生产工艺，将浆料和箔材制成电池正极片，正极片自上而下分别为上粉料层，箔材层和下粉料层，碾压正极片并裁切成宽度为15-30mm的条状；
(2)将步骤(1)中条状正极片夹在拉力机两端；
(3)以10-20cm/min的速度匀速拉伸条状正极片，直到粉料不再产生新的断裂，停止拉伸；
(4)使用放大摄影机测量断裂后粉料的长度，此时箔材与粉料的粘结力等于粉料的断裂强度，即：
<mrow>
<mi>&tau;</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mi>l</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>d</mi>
<mo>=</mo>
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<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>d</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>h</mi>
</mrow>
(5)计算得到粘结力：
<mrow>
<mi>&tau;</mi>
<mo>=</mo>
<mn>2</mn>
<mi>k</mi>
<mfrac>
<mrow>
<mi>&delta;</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>h</mi>
</mrow>
<mover>
<mi>l</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
式中，d为正极片宽度，h为粉料层厚度，l为断裂长度，δ为粉料本身的粘接强度；k为概率学常数，为平均断裂长度。
2.如权利要求1所述的一种正极片高面密度涂敷情况下箔材与粉料粘结力测量方法，其特征在于，所述条状正极片宽度均匀不变。
3.如权利要求1所述的一种正极片高面密度涂敷情况下箔材与粉料粘结力测量方法，其特征在于，所述条状正极片粉料高度均匀不变。
4.如权利要求1所述的一种正极片高面密度涂敷情况下箔材与粉料粘结力测量方法，其特征在于，所述概率学常数k为0.75。
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