CN109603953B - 一种锂电池极片干燥过程实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池极片干燥过程实验平台，采用容易测量的电信号来表达电极干燥程度。实验平台由实验台支架和实验箱体构成。所述实验箱体内部放置有测量系统，上部安装有红外发生器，红外发生器与红外控制器相连接。所述实验箱体内部安装有压力控制设备与压力传感器。测量系统主体结构为测量台、平台下部安装的加热线圈，平台顶部排布有多个极片干燥槽和热电偶，实验中在极片干燥槽两侧的金属导电片加入电压，通过测量电流来表征极片干燥程度。本发明具有结构精巧、操控简便，测量精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池实验领域，尤其涉及到一种锂电池极片干燥过程实验平台，可用于锂电池极片干燥过程的研究。
背景技术
随着全球经济的不断发展，能源危机日益加剧，煤、石油、天然气等不可再生能源将面临枯竭，环境问题也愈发严峻。因此，探索可再生、无污染的能源成为了当今科研的热点，锂电池因其高能量密度、体积小、循环寿命长以及无害化等优点，受到了众多科研人员的关注。
锂电池由正极极片、隔膜、负极极片经绕卷或堆叠后，滴加电解液并外包压模制成。电极极片是锂电池的重要组成部分之一，而涂层干燥是电极极片生产过程中的关键环节，涂层干燥的质量决定着锂电池的能量密度、放电效果等性能。由于极片涂层厚度为100-200μm，在干燥过程中不易测量涂层的干燥效果，国内外锂电池生产厂商多通过经验来判断涂层的干燥质量，从而决定干燥时间。因此，易出现设定时间比实际所需干燥时间过短或过长，造成涂层内有残余水分或过分干燥导致极片表面干裂，影响厂商的生产效益。故需对锂电池极片涂层的干燥过程进行实验研究，分析其干燥机理，为实际生产提供技术指导。
由于锂电池极片涂层的干燥过程不易测量，现有实验研究多为干燥箱、干燥系统的参数优化和新型干燥技术的探索。故有必要研发一种能够精准测量锂电池极片干燥过程的实验平台，以便于科研人员对极片干燥过程进行实验研究。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种锂电池极片干燥过程实验平台，本发明结构精巧、操控简便，采用容易测量的电信号来表达电极干燥程度。
为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：
一种锂电池极片干燥过程实验平台，其特征在于：包括实验台支架和实验箱体，所述实验箱体安装在所述实验台支架上，所述实验箱体内部放置有测量系统，所述实验箱体上部安装有红外发生器，所述红外发生器与所述红外控制器相连接，用于控制辐照在极片上的红外线强度；所述实验箱体内部安装有压力控制设备与压力传感器，所述压力传感器引出的压力信号与所述压力控制设备相连接，用于控制极片干燥过程的气压。
优选地，所述测量系统包括测量台、加热线圈、极片干燥槽和热电偶，其中所述加热线圈缠绕在测量台的下部，所述加热线圈控制测量台的温度，所述测量台的顶部排布有多个极片干燥槽和一个热电偶。
优选地，所述极片干燥槽的上、下部安装有金属导电片，每个金属导电片通过导线相连，导线最终连接进入数据收集装置的电导测量模块，测量开始后，电导测量模块每间隔固定时间对每对导线上施加电压来测量电流，通过电压与电流值来计算得到电阻，并记录每对导线连接的干燥槽上部与下部金属片之间的电阻随时间的变化。
优选地，所述极片干燥槽深度为110微米，长度为10厘米，宽度为5厘米。
与现有技术相比，具有如下优点：
本发明将难于测量的干燥程度转化为易于测量和记录的电阻信号，通过电信号来测量极片干燥程度，测量精度高。本试验台结构简单，操作方便，温度控制及数据采集过程可以通过数值采集装置统一实现，便于数据的处理。本发明具有结构精巧、操控简便，测量精度高等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。
图1是本发明实验平台的结构示意图。
图2是本发明实验平台的俯视图。
图3是本发明的测量系统结构侧视图。
图4是本发明的测量系统结构俯视图；
图5是本发明的极片干燥槽两端电流随时间变化曲线示意图；
图6(a)至图6(c)是极片在本发明中干燥的内部微观结构变化过程图；
附图标号：1：实验台支架、2：气压控制设备、3：压力传感器、4：红外发生器、5：红外控制器、6：实验箱体、7：测量系统、7-1：测量台、7-2：极片干燥槽、7-3：金属导电片、7-4：热电偶、8：加热线圈、9：数据收集装置。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实验平台主要考察在不同的压力、温度下，红外辐射对锂电池极片干燥过程的影响。如图1所示，实验箱体安装在实验台支架上，实验箱体内部安装有压力控制设备与压力传感器，压力传感器引出的压力信号与压力控制设备相连接，用于控制极片干燥过程的气压；实验箱体内部放置有测量系统，实验箱体上部安装有红外发生器，红外发生器与红外控制器相连接，用于控制辐照在极片上的红外线强度。
其中，测量系统包括测量台、加热线圈、极片干燥槽和热电偶，其中加热线圈缠绕在测量台的下部，加热线圈控制测量台的温度，加热线圈的导线引入到数据收集装置内部的加热控制模块，加热控制模块为单片机或PLC控制模块，可以设定保持温度，模块根据热电偶的测量信号，得到测量台的温度，当温度低于设定温度时，给加热线圈通入电流，从而加热测量台达到设定温度；测量台的顶部排布有多个极片干燥槽和热电偶。其中，以中心对称方式排布三行四列共12个极片干燥槽，行距15cm，列距5cm，所述测量台顶部据中心30cm处布置一处热电偶。极片干燥槽的上、下部安装有金属导电片，每个金属导电片通过导线相连，导线最终连接进入数据收集装置。
如图3及图4所示，测量台上部为规则排布的极片干燥槽，极片干燥槽深度为110微米，长度为10厘米，宽度为5厘米。在每个一个干燥槽的上下表面为金属导电片，金属导电片通过导线引入到数据收集装置内部的电导测量模块，电导测量模块也是单片机或PLC控制模块，测量开始后，电导测量模块每间隔固定时间对每对导线上施加电压来测量电流，通过电压与电流值来计算得到电阻，并记录每对导线连接的干燥槽上部与下部金属片之间的电阻随时间的变化。在测量台上部黏贴有热电偶，用于测量台面的温度，热电偶的信号通过对应导线引入到数据收集装置内部的加热控制模块，用于温度的控制。
实验过程中，首先将测量系统安放在实验台支架上，将电极材料与溶剂，粘合剂的混合物刷到极片干燥槽内部，并清理干净槽外部残留的混合物。完成接线后后盖好实验箱体，根据实验要求设定实验压力及温度，其压力控制主要是通过压力传感器测量，由压力控制设备来控制压力；温度控制主要是通过热电偶来反馈，通过数据收集装置内部的加热控制模块来控制加热线圈的电流，从而控制电极材料的干燥温度。
在完成压力及温度的设定后开始实验研究，实验过程中将极片干燥槽编号，在每隔相同的时间(10分钟左右)后对每个干燥槽的两个金属导电片施加电压并测量电流，绘制各个干燥槽两端电流随时间变化曲线，其曲线如附图5所示，在初始阶段，由于溶剂内水的存在，在电压的作用下形成电流，随着容积内水的蒸发，导电性能降低，这是一个缓慢变化的过程；而当大多数水分蒸发以后，电极材料互相粘合，形成高导电物质，电流迅速增大，其变化过程如图6所示。电流迅速增大的位置可以作为电极干燥接近完成点。
由于单个电极内部电极材料具有一定的随机性，实验中选取多个电极，取平均的电流曲线过程，作为实验结果。
实验过程中为了考察红外辐射对干燥过程的影响，可以调节红外辐射强度，从而考察红外辐射强度对电极干燥过程的影响。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (2)
1.一种锂电池极片干燥过程实验平台，其特征在于：包括实验台支架和实验箱体，所述实验箱体安装在所述实验台支架上，所述实验箱体内部放置有测量系统，所述实验箱体上部安装有红外发生器，所述红外发生器与所述红外控制器相连接，用于控制辐照在极片上的红外线强度；所述实验箱体内部安装有压力控制设备与压力传感器，所述压力传感器引出的压力信号与所述压力控制设备相连接，用于控制极片干燥过程的气压,所述测量系统包括测量台、加热线圈、极片干燥槽和热电偶，其中所述加热线圈缠绕在测量台的下部，所述加热线圈的导线引入到数据收集装置内部的加热控制模块,用于控制测量台的温度，所述测量台的顶部排布有多个极片干燥槽和一个热电偶,所述极片干燥槽的上、下部安装有金属导电片，每个金属导电片通过导线相连，导线最终连接进入数据收集装置的电导测量模块，测量开始后，电导测量模块每间隔固定时间对每对导线上施加电压来测量电流，通过电压与电流值来计算得到电阻，并记录每对导线连接的干燥槽上部与下部金属片之间的电阻随时间的变化。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池极片干燥过程实验平台，其特征在于：所述极片干燥槽深度为110微米，长度为10厘米，宽度为5厘米。
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