CN109799166A - 一种方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，将待卷绕的电池极片裁切为若干短极片，将所述短极片作为评价极片；以所述评价极片的中心线作为对折线，以方形卷针侧边作为支撑点，对折所述评价极片；在对折后评价极片中部夹住缓冲介质后进行平压，若平压后评价极片无断裂，且外部材料无脱落，则判定所述电池极片合格。选择压实密度可以二次精确测量的小极片，极片信息准确，并且节省原料；不需要卷绕成卷芯，节省了操作的时间；测试方法简便，折叠＞90°即可，使用常规机器平压至180°，尽量避免人为因素的干扰，使测试结果准确可靠，对实际应用中电池设计具有指导意义。

Description

一种方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法

技术领域

本发明实施例涉及锂离子电池极片设计及制造工艺技术领域，更具体地，涉及一种方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法和装置。

背景技术

锂离子电池作为一种高能量密度二次电池，具有容量高，体积小，重量轻，循环寿命好等优点，目前作为电源广泛用于消费电子领域并在新能源汽车与智能电网储能等应用领域蓬勃发展。对于消费电子领域，设备轻薄化便携化是一项重要技术指标，针对消费电子应用领域，电池系统体积能量密度的优化是一个重要的研究方向。

电极材料的压实密度是指集流体涂布成电池极片之后，单位体积上活性材料的重量，反映了活性材料本身的性能，其与电池体系的体积能量密度息息相关。锂离子电池在制作过程中，压实密度对电池性能有较大的影响，实验证明，压实密度与内阻、充放电效率、比容量、能量密度、循环性能有着密切的关系。因此，找出最大的极片压实密度(极限压实密度)对电池的设计非常重要。活性材料的压实密度越大，在相同工艺条件下，电池体系的体积能量密度越高；在不同的工艺下，在接近极限的条件下，一般极限压实密度越大的材料，在使用相同压实的情况下，越能发挥更好的容量与循环性能。

一般来说，压实密度越大，电池的能量密度就能做得越高，所以压实密度也被看作是材料能量密度的参考指标之一。压实密度不仅与颗粒的大小、密度有关系，还和粒子的级配有关系，压实密度大的一般都有很好的粒子正态分布。极限压实密度是评价材料压实特性的边界条件，越来越受到行业的重视。现有极片极限压实密度的获得大多是通过一些计算公式直接推导，但往往与生产实际相偏离，无法获得一个较准确的极限压实密度。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法。

第一方面，本发明实施例提供一种方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，包括：

将待卷绕的电池极片裁切为若干短极片，将所述短极片作为评价极片；

以所述评价极片的中心线作为对折线，以方形卷针侧边作为支撑点，对折所述评价极片；在对折后评价极片中部夹住缓冲介质后进行平压，若平压后评价极片无断裂，且外部材料无脱落，则判定所述电池极片合格。

作为优选的，将待卷绕的电池极片裁切为若干短极片，具体包括：

基于电池制作工艺将涂布后的极片辊压、分切后获得待卷绕的电池极片，随机取出其中一条电池极片样品，将所述电池极片样品裁切为若干短极片。

作为优选的，将所述短极片作为评价极片，具体包括：

校验所述短极片的面密度和压实密度，取出其中面密度和压实密度都符合标准的短极片作为评价极片。

作为优选的，所述电池极片为需方形卷针卷绕的电池极片。

作为优选的，所述电池极片为二次锂离子电池的正极片或负极片。

作为优选的，所述短极片的长度为20～50cm。

作为优选的，所述评价极片的中心线垂直于卷绕方向。

作为优选的，在对折后评价极片中部夹住缓冲介质后，通过压平装置进行压平，所述压平装置为热压平机。

作为优选的，对折所述评价极片时，弯折角度大于90°。

本发明实施例提出了一种方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，选择压实密度可以二次精确测量的小极片，极片信息准确，并且节省原料；不需要卷绕成卷芯，节省了操作的时间；测试方法简便，折叠＞90°即可，使用常规机器平压至180°，尽量避免人为因素的干扰，使测试结果准确可靠，对实际应用中电池设计具有指导意义。

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一简单地介绍，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他的附图。

图1为根据本发明实施例的方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法示意图；

图2为根据本发明实施例的卷针弯折评价极片示意图；

图3为根据本发明实施例的压平装置压平评价极片方式示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

锂电池电芯制造分卷绕和叠片两种方式。卷绕为两片长条型极片，按设计要求将负极、隔膜、正极围绕卷针一次性卷绕好，因为其分切方便、电芯制备周期短、对操作人员要求低等优势被广泛使用，但其与叠片相比存在一个重要影响因素，卷绕的极片在弯折处需承受一定弹性应力，否则会发生断裂和掉料等不利情况，卷芯里层折叠角度最大，此现象尤为明显。

当前，针对极片最大压实密度的测试方法还没有明确的标准，各厂家研究人员在电芯设计中非常注重单体电池的能量密度，为此需要增大涂覆质量、提高极片压实密度，这两种途径会降低极片的弹性应力、加剧极片变脆，在卷绕或平压时导致极片发生断裂。

因此本发明各实施例选择压实密度可以二次精确测量的小极片，极片信息准确，并且节省原料；不需要卷绕成卷芯，节省了操作的时间。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

图1为本发明实施例提供的一种方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，包括：

将待卷绕的电池极片裁切为若干短极片，将所述短极片作为评价极片；

以所述评价极片的中心线作为对折线，以方形卷针侧边作为支撑点，对折所述评价极片；对折后的评价极片，若平压后评价极片无断裂，且外部材料无脱落，则判定所述电池极片合格。

在本实施例中，如图2中所示，将待卷绕的极片裁切为短极片1作为评价极片，评价极片均被作为最里层的极片进行折叠、平压，折叠以卷针2边缘受力的方式进行，能固定评价极片1上的折叠线，并让对折的评价极片1上下平面受力均匀，避免局部受力不均发生点断裂，由点断裂延长为线断裂，使极片提前断裂，将折叠后的评价极片1夹住缓冲介质4置于压平装置3中进行平压，如图3所示，缓冲介质4的厚度为电池设计方案中里层极片夹层间的厚度，模拟了最里层极片在卷绕平压时的真实状态。选择压实密度可以二次精确测量的小极片，极片信息准确，并且节省原料；不需要卷绕成卷芯，节省了操作的时间；避免人为因素的干扰，使测试结果准确可靠，对实际应用中电池设计具有指导意义。

在上述各实施例的基础上，将待卷绕的电池极片裁切为若干短极片，具体包括：

基于电池制作工艺将涂布后的极片辊压、分切后获得待卷绕的电池极片，随机取出其中一条电池极片样品，将所述电池极片样品裁切为若干短极片。

在本实施例中，将涂布后的极片按照电池设计方案，辊压、分切后获得待卷绕的电池极片，随机取其中的一条，将该电池极片裁切为若干短极片。

具体的，裁切的长度为20～50cm，即所述短极片的长度为20～50cm。

在上述各实施例的基础上，将所述短极片作为评价极片，具体包括：

校验所述短极片的面密度和压实密度，取出其中面密度和压实密度都符合标准的短极片作为评价极片。

在本实施例中，逐个测量短极片的质量和厚度，检验短极片的面密度、压实密度，若与设计方案相差较大，则可二次判定该极片制备存在问题，为不合格极片，若相关参数在设计方案内，则作为评价极片。

在上述各实施例的基础上，所述电池极片为二次锂离子电池的正极片或负极片。也可为其他需方形卷针卷绕电池的电池极片。

在上述各实施例的基础上，所述评价极片的中心线垂直于卷绕方向。

在本实施例中，按实际卷绕，以评价极片的中心线作为对折线，以方形卷针侧边作为支撑点，对折评价极片，评价极片弯折角度＞90°。根据预先的设计方案，对折评价极片中部夹住相应厚度的缓冲介质，置于压平装置中进行平压，平压后取出评价极片，若评价极片断裂或外部材料脱落，则判定该电池极片不合格，若评价极片依旧完好，则认为该电池极片设计合理。

在上述各实施例的基础上，在对折后评价极片中部夹住缓冲介质后，通过压平装置进行压平，所述压平装置为热压平机，含有上下压板并能精确控制压力、时间、温度。

锂电池极片在卷绕时，正极片相比于负极片更易在内层发生断裂。为了使本发明实施例的技术方案更加清楚明白，现结合附图，以正极片为操作对象，对本发明实施例进行进一步的描述。

卷绕方式：先卷4层厚20um隔膜，再卷2层厚140um负极，最后加入正极，进行协同卷绕；

卷绕后平压方式：使用热平压机，气压为0.3Mpa，温度为25℃，平压时间为3s。

评价方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度的方法，包括以下步骤：

[1]取一条涂布并分切的正极片，将长条极片裁切为30mm长的短极片，极片宽度为正常卷绕电池极片宽度，此处宽度为65mm，测量质量并辊压至不同厚度，计算压实密度，不同压实密度梯度从大到小为2.6～2.5g/cm3(间隔0.01g/cm3)，每个压实密度取3片作为评价极片；

[2]将评价极片1的中心线顶住卷针侧边，如附图2所示，以卷针侧边为支点，固定住此折叠线，弯折评价极片1，使角度＞90°；

[3]根据卷绕方式，正极片内层含2层负极、4层隔膜，共计厚度为360μm，取4张90μm厚度的A4纸作为缓冲介质(共360μm)；

[4]将A4纸放置于热平压机平台上，逐次将弯折后的正极片夹住此缓冲介质，如附图3所示，启动热平压机(即压平装置3)进行平压，3s后取出正极片。观察其弯折部位是否符合极片要求。

[5]逐一观察该3片正极片，若其中有1片发生断裂或者材料脱落，则认为该压实密度方案不合理。

[6]另取3片不同压实密度的正极片重复1～5步骤实验，直至3片全部通过机器平压，则判断此时的压实密度为最大压实密度，此参数下可以进行卷绕。

综上所述，本发明实施例提供的一种方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，选择压实密度可以二次精确测量的小极片，极片信息准确，并且节省原料；不需要卷绕成卷芯，节省了操作的时间；测试方法简便，折叠＞90°即可，使用常规机器平压至180°，尽量避免人为因素的干扰，使测试结果准确可靠，对实际应用中电池设计具有指导意义。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，其特征在于，包括：

将待卷绕的电池极片裁切为若干短极片，将所述短极片作为评价极片；

以所述评价极片的中心线作为对折线，以方形卷针侧边作为支撑点，对折所述评价极片；在对折后评价极片中部夹住缓冲介质后进行平压，若平压后评价极片无断裂，且外部材料无脱落，则判定所述电池极片合格。

2.根据权利要求1所述的方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，其特征在于，将待卷绕的电池极片裁切为若干短极片，具体包括：

基于电池制作工艺将涂布后的极片辊压、分切后获得待卷绕的电池极片，随机取出其中一条电池极片样品，将所述电池极片样品裁切为若干短极片。

3.根据权利要求1所述的方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，其特征在于，将所述短极片作为评价极片，具体包括：

校验所述短极片的面密度和压实密度，取出其中面密度和压实密度都符合标准的短极片作为评价极片。

4.根据权利要求1所述的方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，其特征在于，所述电池极片为需方形卷针卷绕电池的电池极片。

5.根据权利要求4所述的方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，其特征在于，所述电池极片为二次锂离子电池的正极片或负极片。

6.根据权利要求1所述的方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，其特征在于，所述短极片的长度为20～50cm。

7.根据权利要求1所述的方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，其特征在于，所述评价极片的中心线垂直于卷绕方向。

8.根据权利要求1所述的方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，其特征在于，对折所述评价极片时，弯折角度大于90°。

9.根据权利要求1所述的方形卷绕锂离子电池极片最大压实密度评价方法，其特征在于，在对折后评价极片中部夹住缓冲介质后，通过压平装置进行压平，所述压平装置为热压平机。