CN109283087B - 电池材料测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池材料测试装置及方法，装置包括依次相连接的杠杆测试模块、信号采集模块、信号处理模块以及信号输出模块；杠杆测试模块包括测试杠杆以及分别设置于测试杠杆两端的材料测试端和作用力发生端；材料测试端用于挂设测试材料，并且其下端设置有电解液装置；作用力发生端用于输出不同的作用力，以使测试杠杆达到平衡；信号采集模块用于在测试杠杆达到平衡时采集作用力发生端的作用力信息；信号处理模块用于根据作用力信息得到测试材料在浸入电解液过程中的重量变化信息；信号输出模块用于输出重量变化信息。本发明可以定量分析电池材料对电解液的浸润能力以及保液能力。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电池材料测试装置及方法。
背景技术
锂离子电池作为新能源被广泛应用，在锂离子电池体系中，当电池各组分特别是正极、负极、电解液和隔膜等关键组分的匹配达到最佳状态时，才能把电池的性能发挥到最佳状态。在电池体系中，电解液起到“血液”的功能，正极、负极和隔膜对电解液的浸润能力以及保液能力对电池的性能有非常重要的影响。
为了表征正极、负极和隔膜等组分对电解液的浸润能力，目前主要通过接触角测试方式或者将电解液直接滴在正负极极片表面来目测电解液扩散时间的方式。这两种方式无法精确表征上述组分对电解液的浸润能力，并且无法表征上述组分对电解液的保液能力，容易对电池的材料选材、电芯设计以及极片加工工艺给出错误的提示。因此，目前缺少表征正极、负极和隔膜等组分对电解液的浸润能力以及保液能力的有效手段。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供电池材料测试装置及方法，以缓解目前缺少表征正极、负极和隔膜等组分对电解液的浸润能力以及保液能力的有效手段的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种电池材料测试装置，包括依次相连接的杠杆测试模块、信号采集模块、信号处理模块以及信号输出模块；所述杠杆测试模块包括测试杠杆以及分别设置于所述测试杠杆两端的材料测试端和作用力发生端；所述材料测试端用于挂设测试材料，并且所述测试材料下端设置有电解液装置；
所述作用力发生端用于输出不同的作用力，以使所述测试杠杆达到平衡；
所述信号采集模块用于在所述测试杠杆达到平衡时采集所述作用力发生端的作用力信息；
所述信号处理模块用于根据所述作用力信息以及杠杆平衡原理得到所述测试材料在浸入电解液过程中的重量变化信息；
所述信号输出模块用于输出所述重量变化信息。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括控制模块，所述控制模块与所述杠杆测试模块相连接，用于将作用力范围信息发送给所述作用力发生端；
所述作用力发生端根据所述作用力范围信息输出不同的作用力，以使所述测试杠杆达到平衡。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述作用力发生端包括作用力发生器和作用力调节器；
所述作用力发生器用于输出作用力；所述作用力调节器用于根据所述作用力范围信息调节所述作用力发生器所输出的作用力大小。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述作用力发生器包括电磁铁发生器，所述作用力范围信息包括电流范围；
所述作用力调节器用于根据所述电流范围调节所述电磁铁发生器的电流大小，以使所述电磁铁发生器输出不同的作用力。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述信号采集模块用于在所述测试杠杆达到平衡时采集所述电磁铁发生器的电流信息，并根据所述电流信息得到所述作用力信息。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述控制模块还用于将测试时长发送给所述作用力发生端；
所述作用力发生端用于在所述测试时长内根据所述作用力范围信息输出不同的作用力，以使所述测试杠杆达到平衡。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述重量变化信息包括测试材料的初始重量、测试时间、测试材料在不同时间的重量以及所述测试材料的重量增加量与测试时间的对应曲线中的至少一种。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述材料测试端分别设置有距离所述测试杠杆的支点不同距离的多个测试挂点，所述测试挂点用于挂设所述测试材料；
所述控制模块还用于根据不同的测试挂点以及所述测试材料的重量设置相应的作用力范围信息。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述信号输出模块还用于输出测试错误信息，所述测试错误信息至少包括作用力范围错误信息。
第二方面，本发明实施例还提供一种应用如上所述的电池材料测试装置的电池材料测试方法，所述方法包括：
作用力发生端输出不同的作用力，以使测试杠杆达到平衡；
信号采集模块在所述测试杠杆达到平衡时采集所述作用力发生端的作用力信息；
信号处理模块根据所述作用力信息得到所述测试材料在浸入电解液过程中的重量变化信息；
信号输出模块输出所述重量变化信息。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种电池材料测试装置及方法，通过测试杠杆测量电池材料在浸入电解液过程中的重量变化信息，具体将测试材料挂于测试杠杆的材料测试端，并且在测试过程将测试材料浸入下端的电解液中，随着测试材料浸润电解液后重量增加，作用力发生端输出不同的作用力，以使测试杠杆达到平衡，信号采集模块采集作用力发生端的作用力信息，信号处理模块根据作用力信息得到测试材料在浸入电解液过程中的重量变化信息，信号输出模块输出重量变化信息，根据重量变化信息可以表征电池材料对电解液的浸润能力以及保液能力，通过上述定量分析，提高了测试的准确性以及测试效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明实施例提供的电池材料测试装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的杠杆测试模块的示意图；
图3为本发明实施例提供的电池材料测试方法的流程图。
图标：10-控制模块；20-杠杆测试模块；30-信号采集模块；40-信号处理模块；50-信号输出模块。
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，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
为了表征正极、负极和隔膜等组分对电解液的浸润能力，目前主要通过接触角测试方式或者将电解液直接滴在正负极极片表面来目测电解液扩散时间的方式。这两种方式无法精确表征上述组分对电解液的浸润能力，并且无法表征上述组分对电解液的保液能力，容易对电池的材料选材、电芯设计以及极片加工工艺给出错误的提示。因此，目前缺少表征正极、负极和隔膜等组分对电解液的浸润能力以及保液能力的有效手段。基于此，本发明实施例提供的一种提供电池材料测试装置及方法，可以将电池材料对电解液的浸润能力以及保液能力进行定量分析，提高了测试的准确性以及测试效率。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种电池材料测试装置进行详细介绍。
图1示出了本发明实施例提供的电池材料测试装置的示意图。
如图1所示，本实施例提供的一种电池材料测试装置，包括依次相连接的控制模块10、杠杆测试模块20、信号采集模块30、信号处理模块40以及信号输出模块50；所述杠杆测试模块20包括测试杠杆以及分别设置于测试杠杆两端的材料测试端和作用力发生端；材料测试端用于挂设测试材料，并且所述测试材料下端设置有电解液装置；测试材料可以是电池的正极极片和/或负极极片和/或隔膜等。
当进行测试时，将测试材料浸入电解液装置的电解液中，测试材料浸入的长度应满足一定长度范围，使得测试材料可以一直与电解液接触，可选地，长度范围为测试材料总长度的二十分之一到十分之一。
作用力发生端用于输出不同的作用力，以使测试杠杆达到平衡，并且可以记录平衡时间。具体地，测试材料在浸入电解液过程中，重量在一段时间内持续发生变化，需要不断调节作用力发生端输出的作用力，控制模块10可以将作用力范围信息发送给作用力发生端，作用力发生端根据作用力范围信息调整输出的作用力，从而使测试杠杆达到平衡，由于测试材料的重量可以确定，该作用力范围信息可以根据测试材料的重量进行设定。
进一步地，控制模块10还用于将测试时长发送给作用力发生端；作用力发生端用于在测试时长内根据作用力范围信息输出不同的作用力，以使测试杠杆达到平衡。即可以测量在一定时间内测试材料的重量变化情况。
信号采集模块30用于在测试杠杆达到平衡时采集作用力发生端的作用力信息，在测试材料重量变化过程中，测试杠杆达到多次平衡，采集每一次平衡时作用力发生端的作用力信息，根据该作用力信息可以得到作用力发生端的作用力，同时记录平衡时间。
信号处理模块40用于根据作用力信息得到测试材料在浸入电解液过程中的重量变化信息。依据杠杆平衡原理，根据每一次平衡时作用力发生端的作用力计算出测试材料的重力，从而得到测试材料的重量，记录多次平衡时测试材料的重量以及每一次平衡的时间，即可得到重量随时间的变化信息，其中包括不同时间测试材料增加的重量，通过m＝m1+mt跟时间t的关系，可以评估材料电解液浸润速度的快慢，其中m1是测试材料没有浸润电解液之前的重量，mt是浸润电解液时间t后测试材料增加的重量。当测试材料的重量不再增加时，说明重量达到最大，根据最大重量的持续时间可以评估电池材料的保液能力。
信号输出模块50用于输出重量变化信息。重量变化信息至少包括测试材料的初始重量、测试时间、测试材料在不同时间的重量、以及测试材料的重量增加量与测试时间的对应曲线。
另外，控制模块10还分别与信号采集模块30、信号处理模块40以及信号输出模块50相连接，可以分别将采集指令、处理指令以及输出指令等发送给信号采集模块30、信号处理模块40以及信号输出模块50。
进一步地，作用力发生端包括作用力发生器和作用力调节器；作用力发生器用于输出作用力；作用力调节器用于根据作用力范围信息调节作用力发生器所输出的作用力大小。具体地，作用力发生器可以采用电磁铁发生器，作用力范围信息包括电流范围；作用力调节器用于根据电流范围调节电磁铁发生器的电流大小，根据电磁原理，不同的电流可以使电磁铁发生器输出不同的作用力。信号采集模块30用于在测试杠杆达到平衡时采集电磁铁发生器的电流信息，并根据电流信息得到作用力信息。
进一步地，材料测试端分别设置有距离测试杠杆的支点不同距离的多个测试挂点，测试挂点用于挂设测试材料；在平衡杠杆中，当杠杆一端的作用力不变，如果改变这一端的作用力点，则扛杆另一端的作用力需要改变，才能使杠杆重新平衡。因此，在测试材料端设置不同的测试挂点，通过选择不同的挂点可以控制作用力发生端的作用力的大小，作用力越大，测试精度越小，作用力越小，测试精度越大，从而控制测试材料对电解液的浸润能力及保液能力的灵敏度及测试范围。
图2示出了本发明实施例提供的杠杆测试模块20的示意图。
如图2所示，测试杠杆的支点为A点，B、C、D、E点分别为不同的测试挂点，F为测试材料，H为电解液容器，杠杆平衡公式为F2*L2＝F1*L1，其中，F1为测试材料的重力，L1为测试材料与杠杆支点A的距离，F2为作用力发生端的作用力，L2为作用力发生端与杠杆支点A的距离。作用力发生端的作用力发生器可以采用电磁铁发生器a，b为作用力调节器，利用电磁铁的工作原理，b通过调整a的电流大小，使得作用力发生端的作用力(吸力)发生变化，从而通过测试电流大小就可以知道作用力大小，再结合扛杆原理即可得到测试材料的重量变化情况，从而准确表征电池材料对电解液的浸润能力及保液能力。
由于选择不同的测试挂点，作用力发生端的作用力大小不同，如测试材料在测试挂点E时的作用力F2要比在测试挂点D时的作用力F2大，作用力F2的调节范围也不同，控制模块10还用于根据不同的测试挂点以及测试材料的重量设置相应的作用力范围信息，作用力调节器根据相应的作用力范围信息调节作用力的大小，以使测试杠杆快速达到平衡。
进一步地，信号输出模块50还用于输出测试错误信息，测试错误信息至少包括作用力范围错误信息，如果控制模块10提供的作用力范围是错误的，则可能测试杠杆不能达到平衡，此时输出作用力范围错误信息。具体地，可以通过代码或文字的形式输出错误信息。此外，还可以是测试过程中的其他不正常信息或错误信息。
作用力发生器以电磁铁发生器为例，下面详细说明一下本实施例的电池材料测试装置的测试过程。
首先将电解液注入电解液容器中，在挂设测试材料之前，首先使测试杠杆达到平衡；其次将测试材料进行称重，并将测试材料挂到材料测试端的测试挂点，在浸入电解液之前，通过控制模块10将包含电流范围的测试指令发送给作用力调节器，作用力调节器根据电流范围调节电磁铁发生器的电流大小，从而输出不同的作用力，使扛杆再次达到平衡状态，信号采集模块30采集电流数值并输出到信号处理模块40进行处理，信号处理模块40根据电流数值计算作用力大小，根据作用力计算得到测试材料的重力，从而得到测试材料的重量，并通过信号输出模块50输出测试材料未浸润电解液时所对应的电流数值和测试材料的重量。
随后将电解液容器升高，确保测试材料下端浸入电解液，并记录初始时间，通过控制模块10将测试时长发送给作用力调节器，作用力调节器同步记录时间并自动调节电磁铁发生器的电流大小，重复上述电流采集以及处理过程，输出测试材料浸润电解液过程中的测试结果报告。报告内容包含但不限于测试材料初始重量、测试结束增加的重量、测试时间以及测试材料重量增加量与时间的对应曲线。
如图3所示，本实施例还提供一种电池材料测试方法，该方法应用上述的电池材料测试装置，包括以下步骤：
步骤S101，作用力发生端输出不同的作用力，以使测试杠杆达到平衡；
步骤S102，信号采集模块在测试杠杆达到平衡时采集作用力发生端的作用力信息；
步骤S103，信号处理模块根据作用力信息得到测试材料在浸入电解液过程中的重量变化信息；
步骤S104，信号输出模块输出重量变化信息。
本发明实施例提供的电池材料测试方法，与上述实施例提供的电池材料测试装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本实施例提供的一种电池材料测试装置及方法，可以对电池正负极极片和隔膜对电解液的浸润能力和保液能力进行定量分析，提高了测试的准确性和测试效率，同时为优化电池极片的生产工艺提供了良好的参考，进而提高了生产效率，并大大节省了人力与生产成本。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种电池材料测试装置，其特征在于，包括依次相连接的杠杆测试模块、信号采集模块、信号处理模块以及信号输出模块；所述杠杆测试模块包括测试杠杆以及分别设置于所述测试杠杆两端的材料测试端和作用力发生端；所述材料测试端用于挂设测试材料，并且所述测试材料下端设置有电解液装置；
所述作用力发生端用于输出不同的作用力，以使所述测试杠杆达到平衡；
所述信号采集模块用于在所述测试杠杆达到平衡时采集所述作用力发生端的作用力信息；
所述信号处理模块用于根据所述作用力信息得到所述测试材料在浸入电解液过程中的重量变化信息；
所述信号输出模块用于输出所述重量变化信息；
还包括控制模块，所述控制模块与所述杠杆测试模块相连接，用于将作用力范围信息发送给所述作用力发生端；
所述作用力发生端根据所述作用力范围信息输出不同的作用力，以使所述测试杠杆达到平衡；
所述材料测试端分别设置有距离所述测试杠杆的支点不同距离的多个测试挂点，所述测试挂点用于挂设所述测试材料；
所述控制模块还用于根据不同的测试挂点以及所述测试材料的重量设置相应的作用力范围信息。
2.根据权利要求1所述的电池材料测试装置，其特征在于，所述作用力发生端包括作用力发生器和作用力调节器；
所述作用力发生器用于输出作用力；所述作用力调节器用于根据所述作用力范围信息调节所述作用力发生器所输出的作用力大小。
3.根据权利要求2所述的电池材料测试装置，其特征在于，所述作用力发生器包括电磁铁发生器，所述作用力范围信息包括电流范围；
所述作用力调节器用于根据所述电流范围调节所述电磁铁发生器的电流大小，以使所述电磁铁发生器输出不同的作用力。
4.根据权利要求3所述的电池材料测试装置，其特征在于，所述信号采集模块用于在所述测试杠杆达到平衡时采集所述电磁铁发生器的电流信息，并根据所述电流信息得到所述作用力信息。
5.根据权利要求1所述的电池材料测试装置，其特征在于，所述控制模块还用于将测试时长发送给所述作用力发生端；
所述作用力发生端用于在所述测试时长内根据所述作用力范围信息输出不同的作用力，以使所述测试杠杆达到平衡。
6.根据权利要求5所述的电池材料测试装置，其特征在于，所述重量变化信息包括测试材料的初始重量、测试时间、测试材料在不同时间的重量以及所述测试材料的重量增加量与测试时间的对应曲线中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的电池材料测试装置，其特征在于，所述信号输出模块还用于输出测试错误信息，所述测试错误信息至少包括作用力范围错误信息。
8.一种应用如权利要求1至7任一项所述的电池材料测试装置的电池材料测试方法，其特征在于，所述方法包括：
作用力发生端输出不同的作用力，以使测试杠杆达到平衡；
信号采集模块在所述测试杠杆达到平衡时采集所述作用力发生端的作用力信息；
信号处理模块根据所述作用力信息得到所述测试材料在浸入电解液过程中的重量变化信息；
信号输出模块输出所述重量变化信息；
还包括：
所述控制模块与所述杠杆测试模块相连接，用于将作用力范围信息发送给所述作用力发生端；
所述作用力发生端根据所述作用力范围信息输出不同的作用力，以使所述测试杠杆达到平衡；
所述材料测试端分别设置有距离所述测试杠杆的支点不同距离的多个测试挂点，所述测试挂点用于挂设所述测试材料；
所述控制模块还用于根据不同的测试挂点以及所述测试材料的重量设置相应的作用力范围信息。
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2018
- 2018-09-30 CN CN201811165846.5A patent/CN109283087B/zh active Active
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