CN108152161A - 一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法，利用锂离子电池浆料是由不同物质组成的悬浮体系，在静置状态下会随着时间延长而发生沉降，导致单位体积内的浆料重量发生变化，根据浆料重量变化就能判断浆料的稳定性，本发明方法操作简单、实用性强且测试结果严谨。

Description

一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体地说，涉及一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法。

背景技术

相对于传统的铅酸、镍镉、镍氢等二次电池，锂离子电池因具备高工作电压，高比能量和比功率，循环稳定性好和绿色环保等优点，自上个世纪90年代由Sony公司商业化以来便快速占领了移动电子设备电源的主要市场，并不断向电动工具、航模、储能电站、HEV及EV等大型动力电池市场扩展。当锂离子电池应用在电动汽车等新能源汽车上时，要求锂离子电池具有优良的一致性。在锂离子电池制造过程中，浆料的稳定性是影响电池一致性的关键因素之一。

电池浆料是由活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂等不同性状和颗粒大小的物质混合而成的悬浮体系。由于性状不同、颗粒大小不同以及与溶剂的浸润性不同，即使混合均匀，在一定时间后也会由于沉降速度不同而导致浆料分层。另外活性物质和导电剂都是微米级、纳米级粒子，比表面积大，很容量发生团聚，导致不同物质颗粒在整个体系中分布不均匀，分散效果变差，发生沉降。以上这些原因均会导致浆料的稳定性变差。如果浆料稳定性差，活性物质、导电剂发生凝聚、分层，在后续涂布过程中，就会导致涂布不均匀，从而引起活性物质、导电剂分布不均匀，从而影响电池的一致性。这样的电极组装成电池后，会存在局部过充过放，降低电池的容量，缩短循环寿命。如果在一个电池组中存在这样的电池，将影响总个电池组容量和使用寿命。因此浆料的稳定性对电池的一致性有至关重要的影响。由上可知在生产过程中评价浆料的稳定性对保障锂离子电池一致性至关重要。

目前评价浆料稳定性的研究较多，公开号为CN1602558A中国专利，公开了一种电池浆料稳定性的测量方法：将浆料装入圆筒玻璃瓶中，装料高度为25mm，盖严静置，24小时后对玻璃瓶中距离上液面5mm的浆料进行取样，测定固体成分的浓度化率。变化率的值越小，浆液沉降性越小，也就是浆料稳定性越高。这种方法只测试了上部分的浆料固体成分浓度变化率，没有测试中部和底部的固体成分浓度变化率，不能客观地反应浆料总体的一致性和稳定性，测试结果不严谨。另一专利CN101382489A也公开一种浆料稳定性的评测方法：将一定量的浆料在离心机中离心一段时间后，将浆料离心，测定离心后的浆料的背散射光强度；利用离心前后浆料的背散射光强度的变化率来评价浆料的稳定性。这种方法虽然便捷但也有其局限性，首先在离心转速和离心时间上没有选择标准，需要做大量的实验来验证；其次操作较复杂，需要具备较高的专业知识和技能才能操作，对电池生产人员来说操作难度大。第三，设备价格较为昂贵，增加了电池的制造成本。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法，利用锂离子电池浆料是由不同物质组成的悬浮体系，在静置状态下会随着时间延长而发生沉降，导致单位体积内的浆料重量发生变化，根据浆料重量变化就能判断浆料的稳定性，本发明方法操作简单、实用性强且测试结果严谨。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法，包括以下步骤：

步骤S1，称量若干取样器的重量，分别编号记录；

步骤S2，将一定量配置好的电池浆料盛装在容器中，在容器的上部、中部、底部三个高度位置分别放置n个取样器，将容器密封静置A分钟；

步骤S3，缓慢从容器的上部、中部、底部各取一个取样器，擦拭干净取样器外壁和沿口后称重，并记录各个高度位置的称重数据W1；

步骤S4，将容器密封、静置B小时后，重复步骤S3，并记录各个高度位置的称重数据W2；

步骤S5，将容器密封、静置C小时后，重复步骤S3，并记录各个高度位置的称重数据W3，直至取样器都取出为止；

步骤S6，不断重复步骤S5，并记录各个高度位置的每一次称重数据W4、W5…Wn，直至取样器都取出为止；

步骤S7，根据称重数据，计算出上部、中部和下部的重量变化率，若变化率不大于1％，表明浆料稳定性良好，反之，表明浆料稳定性差。

进一步地，所述步骤S2中每个高度位置的取样器均互不在同一垂直线上。

进一步地，位于上部的取样器距离浆料上液面为2～20mm，位于下部的取样器距离浆料下液面为2～20mm。

进一步地，所述步骤S7中计算重量变化率的公式为：η＝{[(W_n-W₀)/(W₁-W₀)]-1}×100％，其中，η为重量变化率，W_n为第N次称量的取样器与浆料重量之和，W₀为取样器初始重量，W₁为第一次称量的取样器与浆料重量之和。

进一步地，所述步骤S2中A分钟为1-30分钟，所述步骤S4中B小时与步骤S5中C小时可以相同也可以不同，优选地,B与C相同。

进一步地，所述取样器包括盛浆皿、提手，盛浆皿与提手连接，提手设有用于挂在容器沿口的挂钩。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明是利用锂离子电池浆料是由不同物质组成的悬浮体系，在静置状态下会随着时间延长而发生沉降，导致单位体积内的浆料重量发生变化，根据浆料重量变化就能判断浆料的稳定性。本发明检测结果严谨，能全面客观地反应锂离子电池浆料的稳定性和一致性，操作简单，容易上手，操作员工不需要具备很高的学历和专业的知识就能轻松掌握，有利于在工业化生产中推广使用，并且检测过程中所需仪器设备价格低廉，在现有锂离子电池生产中常见，不会增加生产成本，节约资源，实用性强，利于推广应用。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为本发明取样器结构示意图。

图中：1-盛浆皿；2-提手。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明是利用锂离子电池浆料是由不同物质组成的悬浮体系，在静置状态下会随着时间延长而发生沉降，导致单位体积内的浆料重量发生变化，根据浆料重量变化就能判断浆料的稳定性。

具体操作：放置取样器前，称量每个取样器的重量。在烧杯中装入一定量配制好的浆料。在烧杯中浆料的上部、中部和底部分别放置取样器，每个高度平行放置多个取样器，并且上部、中部和底部的取样器不在同一垂直平面上，使三个位置的取样器在垂直方向上互不遮挡，取样器样式如图1所示。放置于上部的取样器距离浆料上液面为2～20mm，放置于下部的取样器距离浆料下液面为2～20mm。

将取样器放入浆料几分钟后，缓慢从浆料的上部、中部和下部各取一个取样器，将取样品外围的浆料擦拭干净后进行第一次称量。然后将烧杯中的浆料密封，在恒温恒湿的环境中静置。静置一段时间后，缓慢从浆料的上部、中部和下部各取一个取样器，将取样品外围的浆料擦拭干净后进行称量。然后再静置相同的时间后，再缓慢从浆料的上部、中部和下部各取一个取样器，将取样品外围的浆料擦拭干净后进行称量。重复上述过程，直至所有的取样器都取出为止。浆料会在重力的作用下发生沉降，单位体积上的浆料重量会发生变化，根据重量变化就可以判断浆料的稳定性。如果上部、中部和下部的重量变化率都不超过1％，说明浆料稳定性良好，如果上部、中部和下部有一个及以上的位置的重量变化率大于1％，则说明浆料稳定性差。

这其中需要说明的是，取样器包括盛浆皿1、提手2，盛浆皿1与提手2连接，提手2设有用于挂在容器沿口的挂钩，放置时，用挂钩挂在烧杯口即可，取样器在烧杯中取出时，多多少少多带着浆料，因此，需要清除取样器外壁上或外表面的浆料，而盛浆皿1中盛有浆料，盛浆皿1口处用刮片刮平，再擦拭盛浆皿1外壁的浆料及提手2上的浆料，以便称重数据准确。优选地，盛浆皿1为一个定量封闭装置，设有盖体，通过盖体盖住盛浆皿1时，盛浆皿1内的容积不变，如此取样器在烧杯中时，控制盖体盖住，此时盛浆皿1内的浆料固定，待取出取样器后直接擦拭外壁或外表面即可，精确性高，易操作，同时，使三个高度位置的取样器内的浆料不会发生混杂，针对三个高度位置的重量变化率计算更客观、更准确。

实施例1

称取镍钴锰酸锂、导电炭黑、导电石墨和聚偏氟乙烯，质量百分比按94.5、2.0、1.5和2.0，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。在双行星式真空搅拌机中将上述材料搅拌10小时，制成均匀稳定的正极浆料。

用500mL烧杯装取约400mL浆料。取9个容积为2mL的取样器，编号分别为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9，并分别称重，取样器重量(用W0表示)记录见表1。将C1、C2、C3取样器悬挂置于距离浆料上液面10mm的位置，将C4、C5、C6取样器悬挂置于距离浆料上液面45mm的位置，将C7、C8、C9取样器悬挂置于距离浆料上液面80mm的位置。不同高度位置的取样器在水平方向和垂直方向互不遮挡。

在温度25±2℃、湿度60±5RH％的环境中，将浆料用保鲜膜密封。静置5分钟后，缓慢将C1、C4、C7取样器从浆料中取出，并将取样品外围的浆料擦拭干净后分别进行称量，浆料连同取样器的重量(用W₁表示)记录见表1。静置10小时后，缓慢将C2、C5、C8取样器从浆料中取出，并将取样品外围的浆料擦拭干净后分别进行称量，浆料连同取样器的重量(用W₂表示)记录见表1。静置20小时，缓慢将C3、C6、C9取样器从浆料中取出，并将取样品外围的浆料擦拭干净后分别进行称量，浆料连同取样器的重量(用W₃表示)记录见表1。

计算浆料重量变化率η₁、η₂。

η₁＝{[(W₂-W₀)/(W₁-W₀)]-1}×100％；

η₂＝{[(W₃-W₀)/(W₁-W₀)]-1}×100％；

表1

从表1中可以看出，η₁在距离浆料上液面高度10mm、45mm和80mm处都小于1％，η₂也都小于1％，并且上部、中部和底部的重量变化率相差不大，表明浆料的稳定性和一致性良好。

实施例2

称取石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶，质量百分比按94.0、2.0、1.5和2.5，溶剂为去离子水。在双行星式真空搅拌机中将上述材料搅拌12小时，制成均匀稳定的负极浆料。

用500mL烧杯装取约400mL浆料。取9个容积为2mL的取样器，编号分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9，并分别称重，取样器重量(用W₀表示)记录见表2。将A1、A2、A3取样器悬挂置于距离浆料上液面10mm的位置，将A4、A5、A6取样器悬挂置于距离浆料上液面45mm的位置，将A7、A8、A9取样器悬挂置于距离浆料上液面80mm的位置。不同高度位置的取样器在水平方向和垂直方向互不遮挡。

在温度25±2℃、湿度60±5RH％的环境中，将浆料用保鲜膜密封。静置5分钟后，缓慢将A1、A4、A7取样器从浆料中取出，并将取样品外围的浆料擦拭干净后分别进行称量，浆料连同取样器的重量(用W₁表示)记录见表2。静置8小时后，缓慢将A2、A5、A8取样器从浆料中取出，并将取样品外围的浆料擦拭干净后分别进行称量，浆料连同取样器的重量(用W₂表示)记录见表2。静置16小时，缓慢将A3、A6、A9取样器从浆料中取出，并将取样品外围的浆料擦拭干净后分别进行称量，浆料连同取样器的重量(用W₃表示)记录见表2。

计算浆料重量变化率η₁、η₂。

η₁＝{[(W₂-W₀)/(W₁-W₀)]-1}×100％；

η₂＝{[(W₃-W₀)/(W₁-W₀)]-1}×100％；

表2

从表2中可以看出，η₁在距离浆料上液面高度45mm和80mm处都大于1％，η₂都大于1％，并且上部、中部和底部的重量变化率相差较大，表明浆料的稳定性和一致性较差。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，称量若干取样器的重量，分别编号记录；

步骤S2，将一定量配置好的电池浆料盛装在容器中，在容器的上部、中部、底部三个高度位置分别放置n个取样器，将容器密封静置A分钟；

步骤S3，缓慢从容器的上部、中部、底部各取一个取样器，擦拭干净取样器外壁和沿口后称重，并记录各个高度位置的称重数据W₁；

步骤S4，将容器密封、静置B小时后，重复步骤S3，并记录各个高度位置的称重数据W₂；

步骤S5，将容器密封、静置C小时后，重复步骤S3，并记录各个高度位置的称重数据W₃，直至取样器都取出为止；

步骤S6，不断重复步骤S5，并记录各个高度位置的每一次称重数据W₄、W5…Wn，直至取样器都取出为止；

步骤S7，根据称重数据，计算出上部、中部和下部的重量变化率，若变化率不大于1％，表明浆料稳定性良好，反之，表明浆料稳定性差。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法，其特征在于，所述步骤S2中每个高度位置的取样器均互不在同一垂直线上。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法，其特征在于，位于上部的取样器距离浆料上液面为2～20mm，位于下部的取样器距离浆料下液面为2～20mm。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法，其特征在于，所述步骤S7中计算重量变化率的公式为：η＝{[(W_n-W₀)/(W₁-W₀)]-1}×100％，其中，η为重量变化率，W_n为第N次称量的取样器与浆料重量之和，W₀为取样器初始重量，W₁为第一次称量的取样器与浆料重量之和。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法，其特征在于，所述步骤S2中A分钟为1-30分钟，所述步骤S4中B小时与步骤S5中C小时可以相同也可以不同。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池浆料稳定性的评价方法，其特征在于，所述取样器包括盛浆皿、提手，盛浆皿与提手连接，提手设有用于挂在容器沿口的挂钩。