CN105928801A - 箔材剪切力测试方法及测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属材料的力学性能检测方法技术领域，提供一种箔材剪切力测试方法，具体如下：将待测试的箔材弯折呈U字型后将两端固定；将一切割刀具置于U字型箔材中间，利用拉力机带动切割刀具向远离U字型开口方向以恒定速度运动直至将箔材切断，记录箔材的剪切力；更换不同硬度的切割刀具对同一箔材重复上述步骤，记录不同硬度的切割刀具在切断箔材时剪切力N1、N2、N3……Nn等；在以切割刀具的硬度为横坐标，以箔材的剪切力为纵坐标的直角坐标中，将箔材的各剪切力对应绘制并连接成曲线，曲线的斜率则反映箔材的抗剪切能力。模拟箔材在受到剪切力而断裂的过程，并通过绘制的曲线的斜率反映该箔材的抗剪切能力，测试结果更加准确、真实。

Description

箔材剪切力测试方法及测试装置
技术领域
本发明涉及金属材料的力学性能测试技术领域，尤其涉及一种箔材剪切力测试方法以及适用于该测试方法的测试装置。
背景技术
锂电池是指电化学体系中含锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池，其具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而普遍应用于数码设备中。
请参考图3，常见的18650型锂电池，是指直径为18mm，长度为65mm的圆柱状锂电池。这类的圆柱状锂电池包括表面涂覆有石墨层的铜箔6(铝箔)以及极耳5。一般负极极耳为镍带，正极极耳为铝带。正、负极耳5焊接固定于卷绕成圆柱状的铜箔6(铝箔)的外侧。在充电过程中，由于负极锂电子迁入石墨晶格中导致圆柱状的铜箔6(铝箔)沿直径方向(图3中箭头方向)膨胀，抵顶于极耳5的铜箔6(铝箔)则受到沿直径方向的切应力。在反复充放电过程中，铜箔6(铝箔)易受到极耳5的切应力而断裂，最终导致无法充电。
现有的箔材剪切力测试方法是通过折弯测试仪定性的比较材料的弯折断裂次数，由于测试过程中的箔材稳定性差(易断裂)、受力不均匀导致测试结果准确性差(误差大)。
发明内容
综上所述，本发明提供一种箔材剪切力的测试方法，旨在解决现有箔材剪切力测试的测试结果误差大的问题。
本发明是这样实现的，箔材剪切力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将待测试的箔材弯折呈U字型后将两端固定；
步骤二，将一切割刀具置于所述U字型箔材中间，利用一拉力机带动所述切割刀具向远离U字型开口方向以恒定速度运动直至将所述箔材切断，记录所述箔材于所述切割刀具刃口处断裂时的拉力即为所述箔材的剪切力；
步骤三，更换不同硬度的所述切割刀具对同一所述箔材重复上述步骤，记录不同硬度的所述切割刀具在切断所述箔材时剪切力N1、N2、N3……Nn等；
步骤四，在以不同所述切割刀具的硬度为横坐标，以所述箔材对应的剪切力为纵坐标的直角坐标中，将步骤四中所述箔材的剪切力N1、N2、N3……Nn对应绘制并连接成曲线，所述曲线的斜率则反映所述箔材的抗剪切能力。
进一步地，在所述步骤二中使用的切割刀具结构为：所述切割刀具具有用于抵顶所述箔材的刃口部以及与所述刃口部连接的刀背部，所述刀背部与所述刃口部连接处的边界平齐，所述刀背部的截面宽度由与所述刃口部连接处沿背离剪切力方向逐级递增。
具体地，所述刃口部的半径为0.05～0.1mm，所述刀背部的长度为5～10mm。
进一步地，在所述步骤一中，在将弯折呈U型的所述箔材固定时，所述箔材的两端之间还设置用于将其两端部分隔的垫块。
进一步地，在所述步骤一中，所述箔材弯折后的两端位于同一水平高度且固定于所述拉力机的拉拔部。
进一步地，在所述步骤二中，所述切割刀具固定于所述拉力机的固定部，所述拉力机的所述拉拔部相对所述拉力机的所述固定部的运动速度范围为0<V<15mm/min。
与现有技术相比，本发明提供箔材剪切力方法，改变箔材在测试过程的受作用力状态，模拟箔材在受到剪切力而断裂的过程，同时，采用不同硬度的切割刀具，将同一待测箔材在不同硬度的切割刀具下受剪切力断裂记录拉力机的读数N1、N2、N3……Nn等，并将各点在在以不同切割刀具的硬度为横坐标，以箔材对应的剪切力为纵坐标的直角坐标中绘制并连接成曲线，曲线的斜率则 真实反映该箔材的抗剪切能力。
本发明还提供一种箔材剪切力测试装置，包括拉力机，所述拉力机包括用于固定待剪切箔材的固定部以及固定有切割刀具的拉拔部，其特征在于，所述切割刀具具有用于抵顶所述箔材的刃口部以及与所述刃口部连接的刀背部，所述刀背部与所述刃口部连接处的边界平齐，所述刀背部的截面宽度由与所述刃口部连接处沿剪切方向逐级递增。
优选地，所述刀背部的截面呈梯形或半圆弧形。
具体地，所述刃口部的半径为0.05～0.1mm，所述刀背部的长度为5～10mm。
具体地，所述刃口部的硬度为400～800HR。
与现有技术相比，本发明提供的箔材剪切力测试装置，按照箔材剪切力测试方法，在测试过程中，以防止待测箔材在刀背部与刃口部的连接处受到作用力，确保待测箔材仅在切割刀具的刃口部受到垂直于其表面的剪切力，并于切割刀具的刃口部断裂，从而减小测试误差。
附图说明
图1是本发明实施例提供的箔材剪切力测试设备的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的剪切刀具的剖面图；
图3是现有锂电池充电时箔材膨胀抵顶极耳的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
请参考图1，本发明实施例提供的箔材剪切力测试方法，包括以下步骤：
步骤一，将待测试的箔材3弯折呈U字型后将两端固定。
在本步骤中，待测箔材3两端的固定方式不限定，优选地，将待测箔材3的两端固定在拉力机上。
进一步地，在将弯折呈U型的箔材3固定时，箔材3的两端之间还设置用于将其两端部分隔的垫块4。设置垫块4的目的是防止箔材3在测试过程中与切割刀具1的刀背部12进行摩擦，保证箔材3仅受到切割刀具1的刃口部11的剪切力，减少测试误差。优选地，垫块4为柔性塑料，例如硅胶，垫块4的厚度为0.5～2mm。
同时，箔材3弯折后的两端位于同一水平高度，同时该箔材3的两端固定于拉力机2的拉拔部22。同样地，确保箔材3在测试中，受到剪切力集中于与切割刀具1的刃口部11处，保证测试结果的准确性。
步骤二，将一切割刀具1置于U字型箔材3中间，利用一拉力机2带动切割刀具1向远离U字型开口方向以恒定速度运动直至将箔材3切断，记录箔材3于切割刀具1刃口处断裂时的拉力即为箔材3的剪切力。
在本步骤中，该切割刀具1的结构：切割刀具1具有抵顶待测箔材3的刃口部11以及与刃口部11连接的刀背部12，刀背部12与刃口部11连接处的边界平齐且无棱角，其作用是，在测试过程中，可防止待测箔材3在刀背部12与刃口部11的连接处受到作用力，确保待测箔材3仅在切割刀具1的刃口部11受到垂直于其表面的剪切力，并于切割刀具1的刃口部11断裂，从而减小测试误差，同时，刀背部12的截面宽度由与刃口部11连接处沿背离剪切力方向逐级递增，具体地，刀背部12的截面呈梯形或是半圆弧形，这样有利于将对折后的待测箔材的两端分离，同样是避免箔材3在测试过程中在非切割刀具1的刃口处断裂。
同时，切割刀具1固定于拉力机2的固定部21，拉力机2的拉拔部22相对拉力机2的固定部21的运动速度范围为0<V≤15mm/min。防止箔材3在测试过程中突然受力发生崩断，保证测试结果的准确性。优选地，拉拔部22相对固定部21的运动速度为10mm/min。
优选地，切割刀具1的刃口部11的半径为0.05～0.1mm，刀背部12的长度为5～10mm。模拟锂电池中的铜箔受极耳剪切力的过程，在锂电池充电过程中，表面涂覆有石墨且卷曲成柱状的铜箔因负极锂离子迁入石墨晶格内导致铜箔沿其径向方向膨胀从而抵顶于其外侧的极耳，使铜箔受到极耳边界方向的剪切力。这里，待测试箔材3呈长条状，其宽度为15～30mm，刃口部11的直径与18650型号的锂电池中的极耳厚度相同，在0.08～0.2mm之间，同时，方便切割刀具1的加工，这样，更加接近实际的受力情况，从而为锂电池工业生产过程中，判断箔材3来料的抗剪切能力提供依据。
步骤三，更换不同硬度的切割刀具1对同一箔材3重复上述步骤，记录不同硬度的切割刀具1在切断箔材3时剪切力N1、N2、N3……Nn等。
在本步骤中，切割刀具1的刃口部的硬度为400～800HR。具体地，选择硬度为HR1的刃口部11，通过上述箔材剪切力测试方法测的剪切力N1，选择硬度为HR2的刃口部11，通过上述箔材剪切力测试方法测的剪切力N2，选择硬度为HR3的刃口部11，通过上述箔材剪切力测试方法测的剪切力N3。
或者，在本步骤中，选择在同一切割刀具1对不同箔材3重复上述步骤，记录不同箔材3的剪切力N1、N2、N3……Nn等，直接比较各箔材3剪切力的大小，判断箔材的抗剪切能力。具体地，选择硬度为HR1的刃口部11，将箔材A和箔材B分别进行上述箔材剪切力测试方法测的剪切力N1和N2，将对比N1和N2数值的大小，来判断箔材A和箔材B的抗剪切能力，如当N1大于N2时，则说明箔材A的抗剪切能力优于箔材B，反之，则说明箔材A的抗剪切能力劣于箔材B。优选地，箔材A的剪切力N1可通过多次测量求平均值获得，同样地，箔材B的剪切力N2也适用。
步骤四，在以不同切割刀具1的硬度为横坐标，以箔材3对应的剪切力为纵坐标的直角坐标中，将步骤四中箔材3的剪切力N1、N2、N3……Nn对应绘制并连接成曲线，曲线的斜率则反映箔材3的抗剪切能力。
在本步骤中，将步骤三中测的N1、N2和N3在在以不同切割刀具1的硬 度为横坐标，以箔材3对应的剪切力为纵坐标的直角坐标中对应绘制并连接成曲线，比较不同箔材在相同的刃口部11硬度HR1、HR2和HR3下绘制成曲线的斜率，曲线的斜率越小，即越平缓，说明箔材3抗剪切力的能力越强。
本发明实施例提供的箔材剪切力测试方法，改变箔材3在测试过程的受力状态，模拟箔材3在受到剪切力而断裂的过程，同时，采用不同硬度的切割刀具1，将同一待测箔材3在不同硬度的切割刀具1下受剪切力断裂记录拉力机2的读数N1、N2、N3……Nn等，并将各点在在以不同切割刀具1的硬度为横坐标，以箔材3对应的剪切力为纵坐标的直角坐标中绘制并连接成曲线，曲线的斜率则真实反映该箔材3的抗剪切能力。
请参考图1，本发明实施例还提供一种箔材剪切里测试装置，包括拉力机2，拉力机2包括用于固定待剪切箔材3的固定部21以及固定有切割刀具1的拉拔部22，切割刀具1具有用于抵顶箔材3的刃口部11以及与刃口部11连接的刀背部12，刀背部12与刃口部11连接处的边界平齐，刀背部12的截面宽度由与刃口部11连接处沿剪切方向部逐级递增。在测试过程中，以防止待测箔材3在刀背部12与刃口部11的连接处受到作用力，确保待测箔材3仅在切割刀具1的刃口部11受到垂直于其表面的剪切力，并于切割刀具1的刃口部11断裂，从而减小测试误差。
优选地，请参考图2，刀背部12的截面呈梯形或半圆弧形。这样有利于将对折后的待测箔材3的两端分离，同样是避免箔材3在测试过程中在非切割刀具1的刃口处断裂。
优选地，在实施例中，刃口部11的半径为0.05～0.1mm，刀背部12的长度为5～10mm。刃口部11的硬度为400～800HR。具体地，选择硬度为HR1的刃口部11，通过上述箔材剪切力测试方法测的剪切力N1，选择硬度为HR2的刃口部11，通过上述箔材剪切力测试方法测的剪切力N2，选择硬度为HR3的刃口部11，通过上述箔材剪切力测试方法测的剪切力N3，将N1、N2和N3在在以不同切割刀具1的硬度为横坐标，以箔材3对应的剪切力为纵坐标的直角坐 标中对应绘制并连接成曲线，比较不同箔材在相同的刃口部11硬度HR1、HR2和HR3下绘制成曲线的斜率，曲线的斜率越小，即越平缓，说明箔材3抗剪切力的能力越强。
以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.箔材剪切力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将待测试的箔材弯折呈U字型后将两端固定；
步骤二，将一切割刀具置于所述U字型箔材中间，利用一拉力机带动所述切割刀具向远离U字型开口方向以恒定速度运动直至将所述箔材切断，记录所述箔材于所述切割刀具刃口处断裂时的拉力即为所述箔材的剪切力；
步骤三，更换不同硬度的所述切割刀具对同一所述箔材重复上述步骤，记录不同硬度的所述切割刀具在切断所述箔材时剪切力N1、N2、N3……Nn等；
步骤四，在以不同所述切割刀具的硬度为横坐标，以所述箔材对应的剪切力为纵坐标的直角坐标中，将步骤四中所述箔材的剪切力N1、N2、N3……Nn对应绘制并连接成曲线，所述曲线的斜率则反映所述箔材的抗剪切能力。
2.如权利要求1所述的箔材剪切力测试方法，其特征在于，在所述步骤二中使用的切割刀具结构为：所述切割刀具具有用于抵顶所述箔材的刃口部以及与所述刃口部连接的刀背部，所述刀背部与所述刃口部连接处的边界平齐，所述刀背部的截面宽度由与所述刃口部连接处沿背离剪切力方向逐级递增。
3.如权利要求2所述的箔材剪切力测试方法，其特征在于，所述刃口部的半径为0.05～0.1mm，所述刀背部的长度为5～10mm。
4.如权利要求1所述的箔材剪切力测试方法，其特征在于，在所述步骤一中，在将弯折呈U型的所述箔材固定时，所述箔材的两端之间还设置用于将其两端部分隔的垫块。
5.如权利要求4所述的箔材剪切力测试方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述箔材弯折后的两端位于同一水平高度且固定于所述拉力机的拉拔部。
6.如权利要求5所述的箔材剪切力测试方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述切割刀具固定于所述拉力机的固定部，所述拉力机的所述拉拔部相对所述拉力机的所述固定部的运动速度范围为0<V<15mm/min。
7.箔材剪切力测试装置，包括拉力机，所述拉力机包括用于固定待剪切箔材的固定部以及固定有切割刀具的拉拔部，其特征在于，所述切割刀具具有用于抵顶所述箔材的刃口部以及与所述刃口部连接的刀背部，所述刀背部与所述刃口部连接处的边界平齐，所述刀背部的截面宽度由与所述刃口部连接处沿剪切方向逐级递增。
8.如权利要求7所述的箔材剪切力测试装置，其特征在于，所述刀背部的截面呈梯形或半圆弧形。
9.如权利要求7所述的箔材剪切力测试装置，其特征在于，所述刃口部的半径为0.05～0.1mm，所述刀背部的长度为5～10mm。
10.如权利要求7所述的箔材剪切力测试装置，其特征在于，所述刃口部的硬度为400～800HR。
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