CN110023735B - 用于评估电极脆性的设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种在样本上模拟与卷绕状态相似的情况时，通过测量施加到样本的力来评估脆性的设备和方法。脆性评估设备包括：夹具单元；驱动单元；和测量分析单元。夹具单元包括：两个夹具；压板；和引导件。夹具具有沿水平面形成的顶表面，样本沿长度方向布置在顶表面上，并且夹具设置成彼此面对，从而形成具有从顶表面向下逐渐减小的宽度的沟槽。压板垂直于样本的长度方向设置在夹具上方，并且压板通过在按压样本的同时下降到插入沟槽中而使样本弯曲。引导件位于夹具的顶表面的每一个上，并且用于在压板下降期间防止样本扭曲。驱动单元配置成使压板下降。测量分析单元配置成测量在压板下降期间施加到样本的力，并且评估脆性。

Description

用于评估电极脆性的设备和方法

技术领域

本公开内容涉及一种电极性能评估设备和方法，更具体地，涉及一种电极脆性评估设备和方法。本申请要求于2017年9月7日提交的韩国专利申请第10-2017-0114600号和2018年9月4日提交的韩国专利申请第10-2018-0105616号的优先权，通过引用将它们的公开内容并入于此。

背景技术

通常，在诸如锂离子二次电池之类的二次电池中使用片型电极。其中，在包括果冻卷型电极组件的二次电池中，例如，在片型正极和片型负极之间设置隔膜的同时进行卷绕的电极组件被容纳在电池壳体中，并且注入电解质溶液。

通过在包括诸如铝箔、不锈钢箔等之类的金属箔的正极集流体片的表面上涂布和压缩含有锂钴复合氧化物、锂锰复合氧化物等的正极活性材料层来形成正极。通过在包括诸如铜箔、不锈钢箔等之类的金属箔的负极集流体片的表面上涂布和压缩含有石墨、焦炭等的负极活性材料层来形成负极。

关于制造片型电极的工艺，首先，随着在细长集流体片的表面上涂布并干燥活性材料浆料，形成活性材料层。此时，在集流体片的两个边缘处形成未涂布活性材料糊的未涂布部。然后，其上形成有活性材料的集流体片经过压力辊，活性材料被辊压在集流体片的表面上。将如此形成的细长片型电极切割成具有一定形状并且在制造电极组件的工艺中被展开作为片型正极或片型负极。接着，在片型正极与片型负极之间设置隔膜之后，将最终产品以恒定速度卷绕在通过卷绕器旋转的卷绕芯上，以制备果冻卷型电极组件。

然而，因为如此获得的果冻卷型电极组件特别是在卷绕芯周围具有较小的卷绕半径，所以很可能在正极或负极中产生裂缝(crack)。在此，裂缝包括活性材料层的裂缝、集流体片的裂缝、以及电极的后续断开(包括部分断开)。其中，断开对电池性能是致命的，因此应当进行显著管理。因此，必须确定卷绕半径，特别是卷绕芯半径，使得不产生裂缝并且同时不会不必要地增加电池体积，并且必须相应地确定卷绕张力。

尽管确定精确的卷绕半径和卷绕张力很重要，但是没有在卷绕之后从电极组件确定卷绕半径和卷绕张力是否合适的方法。这是因为，当拆开卷绕的电极组件时，在拆开期间产生裂缝，难以与卷绕期间产生的裂缝区分开。

电极裂缝的产生也受到诸如电极的延展性或脆性之类的性能影响。因此，必须在卷绕电极组件之前评估电极的延展性或脆性。然而，传统上，没有合适的评估设备或方法。

作为本公开内容中的评估对象的电极包括集流体和活性材料层。现有的涂膜领域提出了使用诸如铅笔硬度测试仪、纳米压痕仪、或动态机械分析仪(DMA；DynamicMechanical Analysis)之类的设备的方法作为评估涂膜状态的方法，因此可考虑对电极评估应用这种设备和方法。

然而，即使当铅笔硬度测试仪测试相同的涂膜时，误差也是严重的，这是因为铅笔角度和铅笔表面设定是由测量者确定的。通过使用纳米尖端对涂膜按压来测量硬度或弹性模量的纳米压痕仪具有很大误差，这是因为当纳米尖端位于涂膜的表面的凹陷部分时和当纳米尖端位于表面的突出部分时获得相反的结果。在保持涂膜两端的同时通过上下移动涂膜来测量弹性模量的DMA中，弹性模量难以代表包括涂膜和底层膜的整体结构的性能，根据厚度，结果值的差异很高，测量时间较长，因为即使在同一样本(specimen)中误差也很严重，所以很难制定规格(specification)，并且由于DMA本身的高价格，DMA难以应用在实际工艺中。

尤其是，即使当通过使用常规的铅笔硬度测试仪、纳米压痕仪、DMA等评估活性材料时，也难以获得整体上(不仅包括活性材料层，而且还包括集流体)代表电极性能的结果。

同时，进行弯曲测试，以通过测量载荷施加到样本时的断裂强度来确定样本的延展性(ductility)或强度(strength)，并且已经通过施加载荷一直到在样本的内半径中产生指定角度或断裂为止并确定在弯曲部分外是否产生另一种缺陷，诸如裂缝等而进行了弯曲测试。这种弯曲测试方法包括三点弯曲(three point bending)或四点弯曲(four pointbending)测试方法。

三点弯曲测试是在两个点处支撑样本并向中心点施加载荷以使样本弯曲的方法。这种方法适用于具有较小应变的材料或者其中直到断裂为止的应力-应变关系遵循胡克定律(Hooke’s law)的材料。

四点弯曲测试是在两个点处支撑样本并对自两个点起与距离的1/3对应的每个点施加载荷的方法。当即使通过三点弯曲方法样本也不断裂时，使用这种方法。

然而，因为大多数弯曲测试测量样本的强度，所以即使当应用弯曲测试来评估电极性能时，也不适合确定电极性能，例如，直到电极断裂为止，是脆性更好还是延展性更好。

发明内容

技术问题

本公开内容提供一种评估电极，特别是电极的活性材料层的性能，特别是脆性的设备和方法。

特别是，对于评估脆性，本发明人提供一种通过在样本上模拟与卷绕状态相似的情况的同时测量施加到样本的力来评估脆性的设备和方法。

另外，提供一种其中影响测量施加到样本的力的测量精度的因素被去除的脆性评估设备。

此外，提供一种通过使用这种设备来定性和定量地精确评估电极的脆性的脆性评估方法。

技术方案

在本公开内容的一个方面，提供了一种脆性评估设备，包括、夹具单元、驱动单元和测量分析单元。所述夹具单元包括：两个夹具、压板和引导件。所述夹具具有沿水平面形成的顶表面，样本沿长度方向布置在所述顶表面上，并且所述夹具设置成彼此面对，从而形成具有从所述顶表面向下逐渐减小的宽度的沟槽。所述压板垂直于所述样本的长度方向设置在所述夹具上方，并且所述压板通过在按压所述样本的同时下降到插入所述沟槽中而使所述样本弯曲。所述引导件位于所述夹具的所述顶表面的每一个上并且在所述压板下降期间防止所述样本扭曲。所述驱动单元配置成使所述压板下降。所述测量分析单元配置成测量在所述压板下降期间施加到所述样本的力，并且评估脆性。

根据本公开内容的脆性评估设备，所述夹具可分别支撑所述样本在长度方向上的两个端部，并且所述夹具的彼此面对的表面的截面可包括1/4椭圆弧(arc)。

根据本公开内容的脆性评估设备，所述脆性评估设备可进一步包括设置在所述夹具的每一个处的水平杆(bar)，使得所述夹具在接近方向或远离方向上是可移动的。

根据本公开内容的脆性评估设备，所述引导件可配置成限制放置在所述夹具的顶表面上的所述样本的一部分的横向移动和垂直移动。

在此，所述引导件可包括：上壁部，所述上壁部用于限制所述样本的垂直移动；两个侧壁部，所述两个侧壁部直立在所述上壁部的底表面上而放置在所述夹具的所述顶表面上，用于限制所述样本的横向移动；以及穿透部，所述穿透部是所述两个侧壁部之间的空间，用于允许所述样本在长度方向上的移动，其中所述引导件可位于所述夹具的所述顶表面的每一个上，使得所述穿透部彼此面对，并且所述样本可通过穿过所述穿透部而设置在所述夹具的所述顶表面上。

根据本公开内容的脆性评估设备，所述引导件可由铝或SUS制造。

根据本公开内容的脆性评估设备，所述引导件可附接或固定到所述夹具的除布置所述样本的部分之外的区域中的顶表面，并且所述引导件的除附接部分或固定部分之外的部分可与所述夹具的所述顶表面间隔开。

根据本公开内容的脆性评估设备，所述压板的厚度可与所述沟槽的最窄部分的宽度相同。

根据本公开内容的脆性评估设备，所述压板可具有扁平的长方体形状，并且布置成使得狭长侧面形成基部，所述基部可以是使所述样本弯曲的部分并且所述基部具有尖端部分，所述尖端部分具有半球(semi-sphere)形状或半多边棱柱形状。

在此，所述样本可以是用来制造果冻卷型电极组件的电极样本，并且所述尖端部分的截面的半径或尺寸可具有与用来制造要被测量的电极组件的卷绕芯相同的尺寸。

在本发公开内容的另一个方面中，还提供了一种脆性评估方法，包括：在将样本布置在脆性评估设备上之后，使所述压板下降，并且在所述压板下降的同时测量施加到所述样本的力；显示曲线图，在所述曲线图中，X轴表示样本位移(displacement)，Y轴表示所测量的力的值；和从所述曲线图的形状来评估脆性/延展性水平，或者从所述曲线图获得脆性值(brittleness value)，所述脆性值是所述样本塑性变形之前和之后力的值的差。

脆性/延展性水平的评估包括确定脆性的、脆性的/延展性的、延展性的/脆性的和延展性其中之一。

根据本发公开内容的脆性评估方法，所述压板可以以0.5至2mm/sec的速度垂直下降。

根据本发公开内容的脆性评估方法，在测量之前可将所述样本在0至10％的相对湿度和25℃的室温下进行储存。

根据本发公开内容的脆性评估方法，获得所述样本塑性变形之前和之后力的值的差包括：从所述曲线图获得施加到所述样本的力的值为最高时的值与其中随后力的值减小并且在所述曲线图中转折的点处的值之间的差。

有益效果

根据本公开内容的脆性测量设备和方法，通过在对电极应用实际卷绕之前将电极弯曲以模拟与卷绕工艺相似的情况，可准确、方便且容易地评估电极脆性。

本公开内容的脆性评估设备包括防止样本在夹具上扭曲的引导件，因而对于测量施加到样本的力(或由样本接收的力)来说，可尽可能地减小测量误差，因此，提高了测量精度。因此，可进行精确测量，因而可进行精确评估。

当通过使用本公开公开内容的脆性评估设备显示其中X轴是样本位移并且Y轴是施加到样本的力的值的曲线图(位移-力曲线图)时，可从曲线图的形状定性地评估在电极的活性材料层中产生的裂缝的形态。

本发明人发现，电极的活性材料层断裂的形态或者在电极的活性材料层中产生的裂缝的形态基于诸如电极的活性材料层(或活性材料浆料)的组分、活性材料层的组成比(量)和/或电极辊压程度(但不限于此)之类的因素而变化，可根据通过使用本公开内容的脆性评估设备获得的位移-力曲线图来彼此区分这些形态。

例如，发现当诸如卷绕之类的力施加到电极时，一些电极的活性材料层突然断裂而没有拉伸过程，而其他电极的活性材料层在被拉伸的同时断裂，其他电极的活性材料层部分地断裂然后拉伸，并且其他电极的活性材料层断裂而没有拉伸，这些情况的位移-力曲线图的形状是不同的。在这方面，这些情况分为脆性的、脆性的/延展性的、延展性的/脆性的和延展性的总共四种脆性/延展性水平。

因此，通过从本公开内容的脆性评估设备获得位移-力曲线图，可定性且直观地确定电极对应于四种脆性/延展性水平中的哪一种。

此外，当从位移-力曲线图获得样本的塑性变形之前和之后力的值的差时，该值可被数字化为称作“脆性值(brittleness value)”的新参数，因此，根据此可以定量评估脆性。

如此，根据本公开内容，能够对电极性能，特别是脆性进行定量和定性评估。

本公开内容的脆性评估设备在二次电池制造领域中是有用的，这是因为脆性评估设备是精确的，具有短的测量时间，易于规格化，并且与诸如铅笔硬度测试器、纳米压痕仪、DMA等之类的传统设备相比以低成本运行，同时能够定量和定性测量通过常规设备不能测量的电极脆性。

此外，根据公开内容，因为按压样本的压板的形态与电极卷绕在卷绕芯上的情况相似，所以可在卷绕电极之前通过产生与卷绕相似的情况来预先确定产生裂缝的可能性，并且可指定随后的电极性能。

尽管通过使用相对简单的原理进行规格化，但是因为后续工艺的应用非常容易，所以在二次电池的大规模生产方面该规格化是非常可取的。例如，根据本公开内容的脆性评估方法，可通过基于评估的脆性调节电极的脆性等来改进电极(例如，增加延展性)，并且可再次评估改进的电极的脆性，以确定实际的改进。

如此，当将本公开内容的脆性评估方法应用于工艺时，可减少裂缝产生并且同时可不发生不必要的体积增加，并且可引导制造其中锂离子可平稳移动的电极，结果，可提供具有优异性能的果冻卷型锂二次电池。

附图说明

图1和图2是示意性地示出根据本公开内容一实施方式的脆性评估设备的视图。

图3示出根据本公开内容一实施方式，在脆性评估设备中优选的引导件的视图。

图4是根据本公开内容一实施方式，在脆性评估设备中优选的压板的透视图。

图5示出用于描述制造图4的压板的方法的视图。

图6是根据本公开内容一实施方式，当在脆性评估设备中的一个设备中实现驱动单元和测量分析单元时可用的设备的视图。

图7是根据本公开内容另一实施方式的脆性评估设备的透视图。

图8示意性地图解了在根据本公开内容另一实施方式的脆性评估设备上布置样本之后的视图的一部分。

图9示意性地图解了在根据本公开内容另一实施方式的脆性评估设备的椭圆形夹具之间的沟槽中插入样本的视图的一部分。

图10是根据本公开内容另一实施方式的脆性评估设备的前视图。

图11示意性地图解了在具有不同脆性/延展性水平的四种电极样本中所示的曲线图特性。

图12示出了通过使用本公开内容的脆性评估设备获得的位移-力曲线图。

图13图解了其中经由本公开内容的脆性评估方法确定电极样本的塑性变形，然后通过改进电极，检查未发生电极塑性变形的示例。

图14是针对实施例1中制造的电极，通过使用本公开内容的脆性评估设备获得的位移-力曲线图。

图15是针对实施例2中制造的电极，通过使用本公开内容的脆性评估设备获得的位移-力曲线图。

图16是作为比较例，针对实施例2中制造的电极，通过使用不具备引导件的本公开内容的脆性评估设备获得的位移-力曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开内容的优选实施方式。在描述之前，应理解的是，说明书和随附权利要求书中使用的术语不应被解释为受限于一般含义和词典含义，而是应当在允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开内容的技术方面的含义和概念来解释。因此，在此进行的描述仅是为了举例说明目的的优选示例，并非旨在限制本公开内容的范围，因而应理解，可在不脱离本公开内容的范围的情况下对其做出其他等同和修改。

在本申请中，“电极”表示二次电池的正极或负极，并且根据本公开内容的电极的一个方面，活性材料层可形成在集流体的至少一个表面上，但不限于此。例如，活性材料层可形成在集流体的两个表面上，或者金属层可用作集流体和活性材料层，而不必单独地包括活性材料层。然而，活性材料层的状态基于电极的储存条件而很大程度地改变，因此裂缝产生的方面也改变。因此，为了精确测量，以均匀状态储存的电极可用于测量。例如，可在集流体上涂布并干燥活性材料浆料然后卷起后1天(24小时)内测量电极。此外，在测量之前可将电极储存在0至10％的相对湿度和室温(25℃)下。

在本申请中，“样本”表示要通过使用本公开内容的脆性评估设备测量的测量对象，例如，可表示从电极切割出的具有一定宽度和一定长度的样本。可通过使长度比宽度长来切割出具有矩形带形状的样本。

图1和图2是示意性地示出根据本公开内容一实施方式的脆性评估设备的视图。

参考图1，脆性评估设备10包括夹具单元A、驱动单元B和测量分析单元C。图2主要图解了其中的夹具单元A。

参考图1和图2，夹具单元A包括两个夹具20和20'、压板30和引导件40和40'。

首先，夹具20和20'具有沿水平面形成的顶表面，样本50如图1中所示沿着长度方向设置在顶表面上。样本50具有长度L大于宽度W的矩形带形状。夹具20和20'设置成彼此面对，从而形成沟槽25，沟槽25沿样本50长度方向的宽度rg从顶表面向下逐渐减小。

夹具20和20'可分别支撑样本50在长度方向上的两个端部，并且夹具20和20'的彼此面对的表面的截面可包括1/4椭圆弧(arc)。然而，截面不是必须是椭圆弧，而是可形成连续的曲面，使得形成宽度rg逐渐减小的沟槽25。

水平杆(bar)22和22'可分别设置在夹具20和20'处。水平杆20和22'能使夹具20和20'在接近方向或远离方向上移动。

当夹具20和20'的彼此面对的表面被称为“正面(front)”并且相对的表面被称为“背面(back)”时，水平杆22和22'可设置在夹具20和20'的背面。通过调节水平杆22和22'以使夹具20和20'在水平方向上移动，使得夹具20和20'在两侧上更远离或更靠近地移动，可进一步调节沟槽25的宽度rg的尺寸。

压板30垂直于样本50的长度方向，即，平行于样本50的宽度方向设置在夹具20和20'上方，并且压板30通过在按压样本50的同时插入沟槽25中而使样本50弯曲。可设置这种压板30，使得发生与样本50卷绕在卷绕芯上的情况相似的弯曲。

引导件40和40'分别位于夹具20和20'的顶表面上，当压板30下降时引导件40和40'防止样本50的扭曲。横穿夹具20和20'的正面和背面的方向是样本50的长度方向。当在水平面中，样本50在与样本50的长度方向垂直的方向，即，在样本50的宽度方向上的移动被称为横向移动，并且在垂直平面中，样本50在与样本长度方向垂直的方向，即，在压板30的上升或下降方向上的移动被称为垂直移动时，可由于样本50的横向移动或垂直移动而发生样本50的扭曲。优选引导件40和40'限制放置在夹具20和20'的顶表面上的样本50的一部分的横向移动和垂直移动。

驱动单元B使压板30下降。测量分析单元C设置成测量在压板30下降时施加到样本的力，并且基于此评估脆性。驱动单元B能使压板30以恒定速度下降，并且使得测量分析单元C能够通过测量压板30以恒定速度下降所需的力来测量施加到样本50的力。可通过连接到压板30并且测量在压板30下降时施加到样本50的力的测量分析单元C确定：执行本公开内容的脆性评估方法所测量的力、基于样本50的变形的力的变化等。

可通过组合各个单独的设备来实现驱动单元B和测量分析单元C或者驱动单元B和测量分析单元C可在一个设备中实现。例如，驱动单元B和测量分析单元C可实现为张力退火(TA；Tension Annealing)设备或被称为万能测试机(UTM；Universal Testing Machine)的万能材料测试机，如稍后将参考图6描述的。

图2图解了在如图1中那样制备样本50时，压板30下降并插入沟槽25中的情况。优选地，当如图2所示在压板30按压样本50的同时压板30下降并插入沟槽25中以使样本50弯曲时，引导件40和40'可限制放置在夹具20和20'的顶表面上的样本50的一部分的横向移动和垂直移动。

因为引导件40和40'的结构相同，所以将参照图3详细描述引导件40。

图3示出了在脆性评估设备10中优选的引导件40的视图，其中(a)是引导件40的平面图，(b)是沿(a)的线I-I'线截取的截面图，并且(c)是沿(a)的线II-II'截取的截面图。

参考图3，引导件40包括：上壁部42，上壁部42用于限制样本50的垂直移动；两个侧壁部44，两个侧壁部44直立在上壁部42的底表面上、放置在夹具20的顶表面上、并且限制样本50的横向移动；以及穿透部46，穿透部46是两个侧壁部44之间的空间并允许样本50在长度方向上的移动。

上壁部42可以是具有长边和短边的矩形板材，其中长边可沿着样本50的宽度方向放置。虽然本公开内容不限于此，但是上壁部42的长边可以是44mm，短边可以是10mm。上壁部42的厚度可以是2mm。

两个侧壁部44可在所述短边处形成在上壁部42的底表面上。然后，在样本50的长度方向上形成穿透部46。

如图1和图2中所示，这种引导件40和40'分别位于夹具20和20'的顶表面上，使得穿透部46彼此面对，并且样本50通过穿过穿透部46而布置在夹具20和20'的顶表面上，如图1和图中2所示。

同时，引导件40和40'可附接或固定到夹具20和20'的顶表面。在此使用的方法没有特别限制，例如，可应用胶带(taping)、粘合剂、螺钉、熔焊或锡焊方法。

在引导件40中，上壁部42和两个侧壁部44可一体形成或可组装在一起。例如，可使用如图3中所示利用螺钉49的组合结构来将两个侧壁部44组装到上壁部42。

在引导件40中，两个侧壁部44之间的间隔是穿透部46在样本宽度方向上的尺寸。该尺寸表示样本50在引导件40和40'内侧横向移动的空间，即，引导件40和40'在样本宽度方向上的内宽度。

在引导件40中的两个侧壁部44之间的间隔沿着两个侧壁部44的高度h的方向可以是均匀的，或者上壁部42处的间隔可更窄。最简单的形状是引导件40和40'中的两个侧壁部44之间的间隔沿着两个侧壁部44的高度h的方向是均匀的。在图3中，通过提供其中靠近上壁部42的两个侧壁部44的宽度更厚的支撑端45，上壁部42处的间隔更窄。例如，两个侧壁部44之间的间隔具有阶梯式构造，该阶梯式构造具有两个间隔，即，最小间隔d1和最大间隔d2，最小间隔d1是与上壁部42处的支撑端45之间的间隔对应的窄间隔，最大间隔d2是与下方的两个侧壁部44之间的间隔对应的宽间隔。

在所示的例子中，两个侧壁部44之间的最小间隔d1等于或略大于样本50的宽度。为了完全限制样本50的横向移动，最小间隔d1和宽度应当相同，但考虑到引导件40的摩擦，就确保轻微移动的空间而言最小间隔d1略大。

当通过允许样本50的轻微横向移动来使引导件40的摩擦最小化时，提供允许横向移动的横向裕度。此时，可通过进一步给最小间隔d1增加这种横向裕度来确定两个侧壁部44之间的最大间隔d2。在这种情况下，如图2中所示，在压板30开始接触样本50的点附近，由于横向裕度而允许样本50的横向移动，但是即使当样本50在长度方向上的两个端部通过压板30按压样本50的力而被提升以接触上壁部42时，由于样本50位于最小间隔d1中，所以横向移动被进一步严格限制，因而能够进行精确的力测量。尽管本公开内容不限于此，但是例如，当样本50的宽度W是大约20mm时，最小间隔d1可以是24mm并且最大间隔d2可以是30mm。

同时，应注意，上壁部42与夹具20的顶表面分开侧壁部44的高度h。换句话说，引导件40的除附接部分或固定部分之外的部分与夹具20的顶表面间隔开。侧壁部44的高度h等于或大于样本50的厚度。在所示的实施方式中，特别是，支撑端45的厚度等于或大于样本50的厚度。侧壁部44的高度h提供了样本50在引导件40中垂直移动的裕度。侧壁部44的高度h是考虑到这种裕度而确定的。由于即使当样本50在长度方向上的两个端部通过压板30按压样本50的力而被提升时，两个端部因上壁部42不再提升，所以在样本50的垂直移动被限制的同时能够进行稳定的力测量。

引导件40的上壁部42可与夹具20的顶表面间隔开1mm至15mm范围内的高度。尽管本公开内容不限于此，但是例如，侧壁部44的高度h可以是11mm。在此，支撑端45的厚度可以是3mm。然后，具有更大横向裕度的部分的高度是8mm。

引导件40和40'不应当影响根据压板30的下降而施加到样本50的力。在这方面，摩擦系数可以是0，即使在不容易制造具有0摩擦系数的引导件40和40'时，引导件40和40'也可被制造成具有接近0的摩擦系数。另外，要考虑到是，测量的力的值可根据引导件40和40'的摩擦系数而变化。

例如，当引导件40和40'由具有相对高摩擦系数的材料形成时，与夹具20和20'的顶表面间隔开的高度可设计为较高，使得样本50被引导而不接触夹具20和20'，当引导件40和40'由具有相对低摩擦系数的材料形成时，与夹具20和20'的顶表面间隔开的高度可设计得更低。优选地，引导件40和40'可由铝或SUS制造。SUS是JIS表达，表示“不锈钢(steel usestainless)”。KS代号是STS(不锈钢；stainless steel)，SUS和STS是相同的。

图4是在脆性评估设备10中优选的压板30的透视图。

如图4中所示，压板30可具有均匀厚度的板(plate)形状。压板30可具有扁平的长方体形状并且可布置成使得狭长侧面形成基部。基部表示直接使样本50弯曲的部分。例如，压板30可具有其中厚度33小于宽度31和长度32的板形状。

如图1和图2中所示，压板30可垂直于样本50的长度方向，即，平行于样本50的宽度方向设置在夹具20和20'上方，并且压板30通过在下降并按压样本50的同时插入沟槽25中而使样本50弯曲。在这方面，压板30的宽度31可制备成等于或大于样本50的宽度。因此，压板30可在使样本50沿宽度均匀弯曲时支撑样本50的整个宽度并且接收力。

此外，因为样本50需要通过压板30充分地插入夹具20和20'之间的沟槽25中，所以压板30的长度32可等于或大于形成在夹具20和20'之间的沟槽25的深度。

优选将压板30的厚度33制备成与夹具20和20'之间的沟槽25的最窄部分的宽度相同，即，当压板30插入夹具20和20'之间的沟槽25的最窄部分中时是紧密的。在这种情况下，就在随着压板30按压样本50并插入沟槽25中而发生塑性变形之前，压板30与沟槽25之间的距离收敛到0。压板30的厚度33可在0.96mm至2.96mm的范围内。

尽管本公开内容不限于此，但是例如，压板30的宽度31可以是50mm，长度32可以是50mm，厚度33可以是1mm。

压板30可布置成使得狭长侧面面向下方，而压板30的狭长侧面的尖端部分F，即，使样本50弯曲的基部，可具有半球(semi-sphere)形状或半多边棱柱形状。因此，在压板30的长度32的方向上的截面中尖端部分F可以是半圆形或半多边形。当以平面形成尖端部分F时，与压板30的侧表面接触的压板30的基部形成为类似矩形的角的形状，此时，由于矩形的角，不必要的力施加到样本50，因此难以进行精确的测量。因此，压板30的基部的尖端部分F最优选是半球形状，半球形状不具有形成角度的部分并且实现最接近卷绕芯的形状，并且压板30的基部的尖端部分F还可形成为通过以数个角度将半球形状倒角而获得的半多边棱柱形状，只要不会不利地影响测量精度即可。

优选的是，当压板30的基部的尖端部分F的截面是半圆形或半多边形时，其半径或尺寸(从半圆形或半多边形的中心到半圆形或半多边形的外周的最长长度)可被制造成与用来制造要被测量的电极组件的卷绕芯相似的尺寸。最优选地，这些尺寸可相同。在当前实施方式中，例如，压板30的基部的尖端部分F的截面是具有与卷绕芯的半径相等半径R的半圆形。

可根据要被测量的样本50的厚度、活性材料类型等不同地调整尖端部分F的截面的半径或尺寸，但是通常，尖端部分F的截面的半径或尺寸可与压板30的厚度33的一半对应在0.48至1.48mm的范围内。当通过使用具有这种尖端部分F的基部的压板30测量力时，测量值的噪声(noise)被最小化并且可恰当地进行测量，并且样本50可以以与卷绕情况相似的方式弯曲。当压板30的基部的尖端部分F的截面的半径或尺寸小于0.48mm时，对样本50的损坏增加并且测量值的精度降低，当半径或尺寸大于1.48mm时，样本50难以塑性变形，因此难以检测塑性变形之前和之后力的值之间的差。

图5示出用于描述制造图4的压板30的方法的视图，其中(a)是压板构件30'的平面图，(b)是侧视图。例如，当宽度31为50mm，长度32为50mm，厚度33为1mm，并且基部的尖端部分F的截面为具有与卷绕芯的半径相同的0.5mm半径的半圆形时，可经由以下方法制造图4的压板30。

首先，制备如图5的(a)中所示具有分别为50mm和55mm的宽度31'和高度32'以及如图5(b)中所示具有1mm的厚度33'的压板构件30'。在高度32'的方向上的40mm的点处，即，在与压板30的高度h对应的点处形成加工线34。然后，沿着加工线34切割压板构件30'。此时，执行给加工表面提供曲面的圆化工艺，即执行R工作，以形成具有0.5mm半径的半圆形的尖端部分F。

因为根据压板30的移动速度在样本50中可产生不必要的摩擦系数，或者样本50可通过压板30的按压而破裂，所以必须确保压板30适当的移动速度。例如，压板30可以以0.5至2mm/sec的速度垂直向下移动，并且而可以以大约1mm/sec的速度向下移动。驱动单元B可以以这样的速度降低压板30并且在力测量结束之后将压板30上升到原始位置。

压板30的尖端部分F模拟与卷绕芯的弯曲相似的情况，并且通过压板30的下降速度定义测试速度，测试速度是关于脆性测量的控制因素。当压板30的下降速度与卷绕速度相似时，情况可进一步接近卷绕情况，但因为力的值的变化很快，所以下面描述的位移-力曲线图的详细分类是不可能的。因此，在本公开内容中，压板30的下降速度可以是0.5至2mm/sec，更优选大约1mm/sec，以便获得详细的测量值。

压板30的材料没有特别限制，只要该材料具有使样本50弯曲并将样本50插入沟槽25中的强度即可。例如，可使用铝、阳极氧化铝(anodizing aluminum)或SUS制造压板30。尽管材料没有特别限制，只要满足本公开内容的目的即可，但考虑作为测量对象的电极本身的硬度等，该材料可以是阳极氧化铝。此外，阳极氧化铝对于压板30的耐久性是优选的，因为阳极氧化铝具有较强的延展性，具有较高的抗磨损性，重量轻，并且抗氧化性强。考虑到工艺可行性、成本等，SUS是优选的。

图6是当在脆性评估设备10中的一个设备中实现驱动单元B和测量分析单元C时可用的力测量设备90的视图。图6的力测量设备90是一种UTM。

UTM是一种广泛用于测量机械性能的通用设备，INSTRON的UTM是一种代表性的设备。UTM可根据标准通过基于测试仅改变样本固定夹具(grip)来执行测试。UTM对样本进行各种性能测试，除了各种类型的数据，诸如分离强度、COF(恒定摩擦力，动态摩擦系数测量)、IFD、LID(硬度测试)、W曲线等以外，还可测量各种性能，例如抗拉强度、弯折强度和抗压强度。

图6的力测量设备90是液压UTM，其测量在压板30下降时施加到样本50的力，即测试载荷。这种液压UTM可以是模拟地指示施加到样本50的载荷的测量值的模拟型、或者通过使用电位计和作为电子传感器的载荷传感器在远端显示单元上显示测量值的数字显示型。

力测量设备90可包括载荷单元91和控制分析单元99。

在载荷单元91中，工作台93、下十字头94和上十字头95布置在床92上。工作台93可通过液压缸在垂直方向上操作，下十字头94可沿着由电机操作的垂直螺杆96在垂直方向上移动，上十字头95可沿着工作台93的向上方向移动在向上方向上提升。用于固定夹具单元A的抓手可安装下十字头94和上十字头95上。例如，当用于保持和固定压板30的抓手94'以及夹具20和20'放置在工作台93上，使得图1的脆性评估设备10中的夹具单元A安装在下十字头94与工作台93之间时，驱动单元B和测量分析单元C都连接到夹具单元A，因此实现根据本公开内容的脆性评估设备10并通过使用脆性评估设备10评估脆性。

控制分析单元99可包括：用于控制液压缸和电机的操作的各种设备；用于测量载荷单元91的载荷和样本50的位移等，接收和记录测量数据，根据测试分析程序分析测量数据并在监视器上显示分析的数据的计算机设备；等等。

当夹具单元A如此放置在力测量设备90中的下十字头94与工作台93之间时，压板30由抓手94'保持和固定，然后下十字头94经由控制器分析单元99下降，固定到抓手94'的压板30垂直下降。此时，经由控制分析单元99测量，记录，分析和显示施加到样本50的力。

在下文中，参照图7至图9描述根据另一实施方式的脆性评估设备。下面没有具体描述的细节与上述脆性评估设备10的细节相同。

图7是根据本公开内容另一实施方式的脆性评估设备的透视图。图8示意性地图解了在根据本公开内容另一实施方式的脆性评估设备上布置样本之后的视图的一部分，图9示意性地图解了在根据本公开内容另一实施方式的脆性评估设备的椭圆形夹具之间的沟槽中插入样本的视图的一部分。

参考图7至图9，脆性评估设备100包括：两个椭圆形夹具120和120'，两个椭圆形夹具120和120'具有沿水平面形成的放置样本150的顶表面；用于使样本150弯曲的压板130；引导件140和140'，引导件140和140'分别位于椭圆形夹具120和120'上并且防止样本150的扭曲；和沟槽125，沟槽125是形成在两个椭圆形夹具120和120'之间的区域，并且样本150通过压板130插入沟槽125中。

椭圆形夹具120和120'类似于1/4椭圆形，并且大致以相同的形状制造，使得弧形部分布置成以沟槽125为基准彼此对称地面对。为了便于描述，与上实施方式中一样，当椭圆形夹具120和120'的彼此面对的表面被称为“正面”并且相对的表面被称为“背面”时，椭圆形夹具120和120'被布置成正面彼此相对。

椭圆形夹具120和120'在放置样本150的顶表面处形成水平面，在椭圆形夹具120和120'的正面在沟槽125的入口处以较大的倾斜度变化量形成弯曲表面S1，并且在椭圆形夹具120和120'的底部以不具有倾斜度变化量或具有较小的倾斜度变化量形成表面S2，由此形成在椭圆形夹具120和120'的底部几乎垂直的沟槽125。

因此，与沟槽125的底部的宽度rg_min相比，椭圆形夹具120和120'中形成的沟槽125的入口的尺寸rg_max，即，椭圆形夹具120和120'之间的最大间隔或沟槽125的宽度的最大值非常大。例如，沟槽125的入口的尺寸rg_max可以是大约50mm，而沟槽125的底部的宽度rg_min被设计为大约1mm。同时，与底部120b相比，其正面以较大的倾斜度变化量形成弯曲表面S1的椭圆形夹具120和120'的顶部120a存在于相对短的部分上，而与顶部120a相比，其正面以不具有倾斜度变化量或具有较小的倾斜度变化量形成表面S2的夹具120和120'的底部120b存在于相对长的部分上。因此，在测量的初始阶段，当样本150沿着沟槽125的曲面平稳地弯曲时，施加到样本150的力的大小被细分，因此精确地测量力，并且在认真地进行测量的同时，压板130缓慢向下移动，使得有足够的时间连续测量施加到样本150的力的变化。

在通过压板130给样本150施加力的同时椭圆形夹具120和120'可支撑样本150，就材料而言椭圆形夹具120和120'没有特别限制，只要不特别抵制样本150的移动即可。此外，椭圆形夹具120和120'的厚度或宽度121没有特别限制，只要厚度或宽度121适合于测量即可。

因为放置在椭圆形夹具120和120'的顶表面上的样本150通过被压板130按压而沿着沟槽125的曲面移动，所以优选的是椭圆形夹具120和120'对样本150不产生摩擦。在这方面，优选的是椭圆形夹具120和120'具有0的摩擦系数，但是因为实际上不容易或不可能制造具有0摩擦系数的椭圆形夹具120和120'，所以椭圆形夹具120和120'可制造成具有接近0的摩擦系数。

如图7至图9中所示，椭圆形夹具120和120'可与支撑端126和126'制造成一体，但不限于此。支撑端126和126'可制造成具有比椭圆形夹具120和120'的底部更宽的区域，从而防止椭圆形夹具120和120'摇动或掉落。当椭圆形夹具120和120'设定为彼此间隔一定距离时，不仅椭圆形夹具120和120'，而且支撑端126和126'也可设定为彼此间隔开，如图7至9图中所示。

水平杆122和122'分别连接到椭圆形夹具120和120'的背面，以调节椭圆形夹具120和120'之间的距离，因此椭圆形夹具120和120'可以以压板130或沟槽125为基准在水平方向上的两侧上彼此更远离地或更靠近地移动。可以以微米为单位调整距离。

用于防止样本150扭曲的引导件140和140'分别设置在椭圆形夹具120和120'的顶表面上。当样本150的厚度减小到微米单位时，样本150由于其自重而下垂，从而在一定程度上发生弯曲。例如，对于通过垂直降低载荷施加构件以使样品瞬间破裂来测量样品的弯曲强度的方法，样品的扭曲影响相对来说不大，但是在本公开内容中，因为通过缓慢降低压板130来连续测量施加到样本150的力的变化，所以需要用于防止样本150扭曲的部件。因此，本公开内容提出如先前实施方式中所述的引导件40和40'和如当前实施方式中所述的引导件140和140'。

引导件140和140'可设置在椭圆形夹具120和120'上，更详细地说，设置在椭圆形夹具120和120'的形成水平面的顶表面上。

在图7至图9中，引导件140和140'不限于图示的形状。例如，引导件140和140'可具有与先前实施方式中所述的引导件40和40'相似的形状。特别是，说明了引导件40处的两个侧壁部44之间的间隔沿着两个侧壁部44的高度h的方向是均匀的情况，这是最简单的形状。

样本150放置在引导件140和140'与椭圆形夹具120和120'的顶表面之间，在此，引导件140和140'可附接或固定到椭圆形夹具120和120'的除放置样本150的部分之外的区域中的顶表面。将引导件140和140'附接或固定到椭圆形夹具120和120'的方法没有特别限制，例如，可如先前实施方式中所述应用胶带、粘合剂、螺钉、熔焊或锡焊方法。

除固定到椭圆形夹具120和120'的部分中之外，引导件140和140'可设计成与椭圆形夹具120和120'的顶表面间隔开，即，具有均匀的高度。通过设计成如此间隔开，当放置在椭圆形夹具120和120'的顶表面上的样本150通过压板130插入到沟槽125中时，不会存在由于与引导件140和140'的摩擦而导致的干扰或影响或者存在最小的干扰或影响。在放置于椭圆形夹具120和120'的顶表面上的引导件140和140'处，间隔高度可设计成相同。引导件140和140'可与椭圆形夹具120和120'的顶表面间隔开1mm至10mm范围内，例如，大约3mm的高度。例如，当引导件140和140'具有与先前实施方式中所述的引导件40和40'相同的形状时，两个侧壁部44的高度h为大约3mm。

引导件140和140'可布置成与样本150的侧表面间隔开，以便不影响通过压板130施加到样本150的力的测量。例如，当引导件140和140'具有与先前实施方式中所述的引导件40和40'相同的形状时，两个侧壁部44之间的间隔大于样本150的宽度。当引导件140和140'与样本150的侧面间隔开太窄时，难以实现沿着椭圆形夹具120和120'的曲面弯曲样本150的目的。例如，当引导件140和140'具有与先前实施方式中所述的引导件40和40'相同的形状，并且两个侧壁部44之间的间隔沿着两个侧壁部44的高度h的方向是均匀的时，在样本150的宽度为大约20mm的示例中，两个侧壁部44之间的间隔可以是大约22mm。

此外，引导件140和140'不应当影响通过压板130的下降而施加到样本150的力。在这方面，引导件140和140'可具有0的摩擦系数，即使在不容易制造具有0摩擦系数的引导件140和140'时，仍优选制造具有接近0的摩擦系数的引导件140和140'。

例如，当引导件140和140'由具有相对高摩擦系数的材料形成时，与椭圆形夹具120和120'间隔开的高度可设计得较高，当引导件140和140'由具有相对低摩擦系数的材料形成时，与椭圆形夹具120和120'间隔开的高度可设计得较低。优选地，可由铝制造引导件140和140'。

压板130可与图4的压板30相同。

同时，代替图1的脆性评估设备10的夹具单元A，可使用图7至图9的脆性评估设备100的椭圆形夹具120和120'、压板130、以及引导件140和140'。因此，脆性评估设备100的压板130例如可安装在参照图6描述的力测量设备90的抓手94'上，以用于脆性评估。

此外，就本公开内容的脆性评估设备的多样性而言，参照图1至图6描述的脆性评估设备10的部件和参照图7至图9描述的脆性评估设备100的部件可选择性地组合或可修改地组合。例如，脆性评估设备10的引导件40和40'以及脆性评估设备100的椭圆形夹具120和120'可组合。

图10是根据本公开内容另一实施方式的脆性评估设备的前视图。

图10的脆性评估设备200是通过以实际实验室标准实现参照图7至图9描述的脆性评估设备100而制造的真实产品。参考图10，几乎准确实现了脆性评估设备100的每个部件。以与先前实施方式中描述的引导件40和40'相似的形状制备引导件140和140'，并且在图10中引导件140和140'经由胶带方法固定在椭圆形夹具120和120'上。

同时，脆性评估设备100中的水平杆122和122'在脆性评估设备200中实现为水平杆222和222'，并且为了精确的间隔调整，千分尺型调节器223和223'分别安装在水平杆222和222'上。具有预置(preset)、零(zero)/ABS、保持(hold)等功能的商业产品可用作调节器223和223'。同时，水平杆222和222'由分别设置在椭圆形夹具120和120'的背面的支撑件224和224'支撑，并且支撑端126和126'以及支撑件224和224'设置在最下面的较宽基部构件260上，由此旨在实现基本上包括椭圆形夹具120和120'、压板130以及引导件140和140'的夹具单元的整体结构的稳定性。为了测量方便，在基部构件260处设置有具有顶表面的计量构件260'，在所述顶表面上以渐变方式显示椭圆形夹具120和120'之间的间隔，从而一眼就识别出间隔。经由计量构件260'促进零点调节。

通过将压板130安装在图6中所述的力测量设备90的抓手94'上并且通过将安装于基部构件260中的部分放置在图6中所述的力测量设备90的工作台93上，这种脆性评估设备200可用于脆性评估。在下文的实验例中，这种脆性评估设备200的夹具单元安装在INSTRON的UTM设备上，并且通过根据本公开内容的脆性评估方法调整设备的测试分析程序来执行力测量和脆性评估。

在下文中，描述通过使用根据本公开内容的脆性评估设备评估脆性的方法。可在环境大气(ambient atmosphere)中且在室温(25℃)下进行通过使用本公开内容的脆性评估设备测量力的方法，并且基于测量分析单元C的规格，可以以g、gf、N等不同地表示测量的力的单位，尽管以“g”为单位表示测量的力，但是单位不限于此。

可通过使用在上面实施方式中描述的脆性评估设备10、100和200并且从电极制备样本50或150来执行根据本公开内容的脆性评估方法。

本公开内容提供一种从针对样本测量的位移-力曲线图的整体形状来检查样本的脆性/延展性水平的方法，以及确定脆性值的大小的方法。根据本公开内容，可通过确定样本塑性变形之前和之后力的值的变化来获得被称为脆性值的新参数。

在根据本公开内容的脆性评估方法中，在将样本50或150布置在根据本公开内容的脆性评估设备，诸如脆性评估设备10、100和200上之后，压板30或130经由驱动单元B下降，并且在压板30或130下降的同时，经由测量分析单元C测量施加到样本50或150的力。

可通过从一侧推动样本50或150来布置样本50或150，使得样本50或150顺序地从引导件40和40'中的任何一个的一侧传到引导件40和40'的穿透部46。如上所述，作为驱动单元B和测量分析单元C，可使用UTM型的力测量设备90，或者可通过根据本公开内容的脆性评估方法改变测试分析程序来使用实际广泛用作UTM的INSTRON的UTM。压板30或130下降一直到在样本50或150中发生塑性变形为止或一直到压板30或130接触夹具20和20'之间的沟槽25或椭圆形夹具120和120'之间的沟槽125为止。然后，通过将样本位移标示为X轴并将力的测量值标示为Y轴来获得“位移-力曲线图”。可从如此获得的位移-力曲线图的形状来评估脆性/延展性水平，或者从位移-力曲线图获得脆性值，脆性值是在样本50或150的塑性变形之前和之后力的值之间的差。

图11示意性地图解了在脆性/延展性水平方面具有不同特性的四个位移-力曲线图。在此，X轴表示位移(单位mm)并且X轴可理解为表示时间的流逝，Y轴可理解为表示施加到样本的力。通常，在非常短的时间段内发生样本的塑性变形。因此，X轴值被固定，从而不考虑X值，而仅考虑塑性变形之前和之后力的值之间的差，即，考虑Y轴值的差。换句话说，在本申请中，通过使用脆性评估设备确定向样本施加力时样本接收的力为最高时的值以及其中随后力减小并且转折的点处的值，并且获得两个值之间的差，以定义脆性值的新参数。通过确定样本塑性变形之前和之后力的变化来获得脆性值，并且可通过表示力的Y轴的系数来量化脆性值。脆性值的单位可以是力的单位Kgf，或者可以是考虑位移或时间的变换单位Kgf/mm或Kgf/sec。

图11的位移-力曲线图之中的第一个顶部曲线图示出了从力施加到样本的时刻起力的值线性函数地增加，但随着之后样本断裂，力的值突然减小。换句话说，第一个顶部曲线图对应于当施加力时样本突然断裂而没有拉伸的情况，在本公开内容中，具有这种位移-力曲线图的样本被定义为脆性的(Brittle)。

图11的位移-力曲线图之中的第二个顶部曲线图示出了从力施加到样本的时刻起力的值线性函数地增加，但之后，随着在短暂停滞(plateau)状态之后样本断裂，力的值突然减小。换句话说，第二个顶部曲线图对应于当施加力时在较短拉伸之后样本断裂的情况，在本公开内容中，具有这种位移-力曲线图的样本被定义为脆性的/延展性的(Brittle/Ductile)。

此外，图11的位移-力曲线图之中的第三个顶部曲线图示出了从力施加到样本的时刻起力的值增加，并且随着在相对长的停滞状态之后样本断裂，力的值减小。换句话说，第三个顶部曲线图对应于当施加力时在部分断裂之后样本拉伸的情况，在本公开内容中，具有这种位移-力曲线图的样本被定义为延展性的/脆性的(Ductile/Brittle)。

最后，在图11的位移-力曲线图之中的底部的第四个曲线图中，没有清楚地示出拐点，并且难以清楚地找到表示样本断裂的部分。这种情况发生在具有延展性的样本中，在本公开内容中，具有这种位移-力曲线图的样本被定义为延展性的(Ductile)。

如此，发现当压板30或130的下降速度是在1mm/sec较慢的水平时，可基于诸如样本的拉伸、断裂等之类的情况获得具有明显不同形状的位移-力曲线图，在本公开内容中，这四种情况被分为脆性的、脆性的/延展性的、延展性的/脆性的、以及延展性的，从而从测量后获得的位移-力曲线图定性地评估样本属于四个脆性/延展性水平中的哪一种。可基于位移-力曲线图的整体形状来确定性能的水平，即，脆性/延展性水平。当像第四个曲线图一样，曲线图近似为圆形并且具有平稳的倾斜度时，可确定样本是延展性的，当像第三个曲线图到第一个曲线图一样，曲线图具有逐渐陡峭的倾斜度或变尖时，可确定脆性(Brittleness)逐渐增加(如图11中的箭头所示的脆性增加)。

当压板30或130的下降速度非常快时，可增加测试速度，但是力的值的变化很快，因此难以获得详细的测量值并且无法获得图11中所示的四种位移-力曲线图。因此，就压板30或130的下降速度而言，本公开内容与通常通过载荷施加冲击来确定样本的变化方面的方法大不相同。因为迅速发生变形，所以像图11的第一个曲线图中一样，大多数位移-力曲线图显示脆性的。如此，本公开内容具有高水平的技术，其中压板30或130的下降速度被调节到最佳测试速度，使得在已经经由压板30或130的尖端部分F模拟了与卷绕和弯曲相似的情况时，通过位移-力曲线图示出基于性能的差异，诸如脆性或延展性。

如此，当通过使用本公开内容的脆性评估方法示出其中X轴表示样本位移并且Y轴表示施加到样本的力的值的位移-力曲线图时，可从曲线图的形状将在电极的活性材料层中产生的裂缝的形态定性地评估为脆性/延展性水平中的一种。

此外，从图11的位移-力曲线图，确定出在样本中发生塑性变形的时间点由曲线图上的拐点来表示。因此，还提出了可通过检查位移-力曲线图上的拐点来估计样本塑性变形时间。

此外，提出从位移-力曲线图获得脆性值，脆性值是样本塑性变形之前和之后力的值之间的差。样本接收的力为最高时的值与其中随后力减小并且在位移-力曲线图上转折的点处的值之间的差可称为脆性值。例如，图11的位移-力曲线图之中的第一个曲线图表示了由脆性值BV表示的值。

这种脆性值是可被规格化为数值的参数。例如，当在根据本公开内容测量的脆性值大于30g/mm的情况下确定在电极活性材料层中产生裂缝，并且在脆性值小于20g/mm时在电极活材料层中不产生裂缝时，脆性值20g/mm和30g/mm可设定为规格。更优选地，可设定规格，使得电极具有小于或等于大约15g/mm，最优选地，小于或等于10g/mm的脆性值。

图12示出了通过使用本公开内容的脆性评估设备获得的位移-力曲线图，其中通过改变X轴比例来表示顶部曲线图和底部曲线图(在底部曲线图中放大并详细显示了顶部曲线图的X轴区段的一部分)。从图12中所示的曲线图，确定电极具有15.5g/mm的脆性值。因为满足上面定义的规格，例如，小于或等于20g/mm的脆性值，所以可确定电极具有合适的电极性能(脆性)。此外，因为鉴于在位移-力曲线图的整体形状没有清楚地示出拐点，所以电极也可被确定为延展性的/脆性的。

可通过考虑图11的位移-力曲线图的类型和脆性值二者来确定裂缝风险。因为位移-力曲线图的形状是延展性的并且由于脆性值小而具有低脆性，所以可确定裂缝风险较低。

如此，应当注意，本公开内容在测量值和使用该测量值的评估方法方面与现有的三点弯曲非常不同。

在现有的三点弯曲中，在支撑样本的夹具之间没有沟槽，即使存在沟槽，沟槽宽度也是均匀的，并且通过进行三点弯曲来测量弯曲反弹力。在本公开内容中，主要测量在通过将压板插入宽度逐渐减小的沟槽中而使样本弯曲时的力的变化。

此外，在现有的三点弯曲中，量化的值是弯曲角度。另一方面，在本公开内容中，获得四种位移-力曲线图的形状，并且通过将弯曲期间塑性变形之前和之后力的值之间的差量化来获得脆性值。此外，使用位移-力曲线图的整体形状来确定性能的水平，即，脆性/延展性水平。

如此，根据本公开内容，针对被辊压之后且在卷绕之前的电极来评估延展性/脆性水平，并且基于该水平，当使用电极时可预测裂缝风险，即，可预测裂缝产生的可能性。

因此，本公开内容可用于在卷绕之前预先验证电极的适用性。例如，在将预先建立的电极制造成样本之后，测试样本，当脆性值较大时，确定产生裂缝的可能性较高，可确定电极不适合用于卷型电极组件。在这种情况下，可改变电极制造配方或者重新考虑引入具有新规格的电极。

此外，本公开内容可用于相应地规格化电极性能。例如，可预先指定适合制造二次电池的电极应当具有什么样的脆性值。当经由建立的常规电极制造工艺生产电极并且执行根据本公开内容的脆性评估方法来检查所生产的电极的质量时，可确定是满足还是不满足电极的规格。从随后的组装工艺排除不满足该规格的电极，并调查其原因。例如，可调查已建立的制造工艺中的哪个生产线具有变量，以找到并纠正原因。如此，本公开内容可用于在规格检查和随后的检查期间排除不满足规格的电极。

特别地，根据本公开内容的脆性评估方法可用于监测和管理当前生产的电极的性能。通过位移-力曲线图的形状确定电极延展性更高还是脆性更高。此外，可收集量化的脆性值，以选择合适的规格，并且可使用这种规格标准监测和管理所生产的电极。改进电极性质的效果可被量化。

例如，图13图解了其中经由本公开内容的脆性评估方法确定电极样本的塑性变形，然后通过改进电极，检查未发生电极塑性变形的示例。

参照图13，X轴表示日期(时间)，Y轴表示脆性值(平均值)。

从3月6日的日期开始几乎每天测量并记录脆性值。经由测试分析程序获得电极样本的脆性值，同时计算和记录样本塑性变形区域或裂缝产生区域之前和之后5个点的平均值。监测到从3月6日到3月14日显示出大约32g/mm的脆性值，并且在3月9日记录到53g/mm的高脆性值。这被确定为裂缝产生时间。在检查裂缝产生之后，通过改变电极辊压程度来制造电极，并且在3月14日之后记录电极的脆性值。如图13的曲线图的右侧框中所示，测得脆性值为大约25g/mm，低于先前的脆性值。因此，确定通过调节电极辊压程度改善了电极性能。

根据图13的结果，证实了在调节电极辊压程度之后脆性值从32g/mm的平均值降低到25g/mm的效果，并且得出结论，与先前的性能相比，性能提高了22％。

如此，根据本公开内容，改善电极性能(例如，调节辊压程度)的效果可被量化(例如，脆性值为25g/mm)，并且在改善电极性能之后，该效果可在数值上与先前的电极性能进行比较(例如，改善22％)。

在下文中，参照实施例和比较例详细描述本公开内容。图14是针对实施例1中制造的电极，通过使用本公开内容的脆性评估设备获得的曲线图。图15是针对实施例2中制造的电极，通过使用本公开内容的脆性评估设备获得的曲线图。图16是作为比较例，针对实施例2中制造的电极，通过使用不具备引导件的本公开内容的脆性评估设备获得的曲线图。

<实施例1>

通过以97.2：0.9：1.5：0.4的重量比混合作为正极活性材料的LiCoO2、作为导电材料的炭黑、作为粘合剂的PVdF和作为添加剂的Li₂Co₂来制造正极活性材料浆料，然后添加N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。将制造的浆料涂布在铝箔的一个表面上，干燥并辊压，且并通过使用样本张力切割机将最终产品冲压成均匀的尺寸来制造正极样本。在此，辊压程度为39％。

通过使用图10的脆性评估设备200获得正极的位移-力曲线图。

在测量期间，形成在椭圆形夹具120和120'处的沟槽125的入口的尺寸rg_max是50mm，而沟槽125的底部处的宽度rg_min是1mm。此外，压板130的厚度(例如，图4中的压板30的厚度33)是1mm，而导引件140和140'由铝材料形成并且与椭圆形夹具120和120'的顶表面间隔开3mm的高度，并且用于使样本在引导件140和140'内侧横向移动的空间，即，引导件140和140'在样本宽度方向上的内宽度，是22毫米。

正极样本的两个端部布置在椭圆形夹具120和120'与引导件140和140'之间，并且通过使用INSTRON的UTM以1mm/sec的速度下降压板130来使正极样本弯曲。

在压板130下降时正极样本的初始角度为20°。在本申请中，角度表示接触压板130的样本与水平面之间的角度的大小。初始角度表示在测试开始后首次测量并记录力的值时的角度。定义初始角度是因为，根据INSTRON的UTM的规格，在测试开始时不会立即记录初始角度，而是在0.1g或更高之后记录初始角度。

在压板130连续下降的同时测量并记录施加到正极样本的力的变化，以获得位移-力曲线图。图14图解了作为结果的曲线图。

当样本角度为60°时在图14的曲线图上发生拐点，因为图14的曲线的形状与参照图11描述的脆性/延展性的位移-力曲线图相似，所以可确定实施例1的正极样本也是脆性的/延展性的。此外，可计算脆性值BV1，以与另一个电极样本的脆性值进行比较，脆性值BV1是塑性变形之前和之后力的值之间的差。

<实施例2>

除了辊压程度为32％之外，以与实施例1相同的方式制造电极，并且获得位移-力曲线图。其结果是图15的曲线图。

同样地，关于实施例2的脆性测量，在压板130下降时正极样本的初始角度为20°，并且当样本角度为60°时在图15的曲线图上发生拐点。因为脆性评估设备200包括引导件140和140'，所以确定在实施例1和实施例2二者中在初始角度和拐点处一致地测量了样本角度。

此外，因为图15的曲线图的形状与图11中所描述的延展性/脆性的位移-力曲线图相似，所以可确定实施例2的正极样本也是延展性的/脆性的。此外，计算脆性值BV2，并将脆性值BV2与实施例1的脆性值BV1进行比较，以确定实施例2的脆性值BV2更小，脆性值BV2是塑性变形之前和之后力的值之间的差。

因此，与实施例1的正极样本相比，实施例2的正极样本基于位移-力曲线图具有更高的延展性以及基于脆性值也具有更高的延展性。因为当位移-力曲线图的形状是延展性的且同时具有较小的脆性值时确定脆性较低，所以可确定实施例2的裂缝风险低于实施例1的裂缝风险。

因此，基于实施例1和实施例2确定，就电极脆性而言，辊压程度优选为32％而不是39％，本公开内容的脆性评估方法可用于验证调节诸如辊压程度之类的工艺变量的效果。

<比较例>

通过从脆性评估设备200的椭圆形夹具120和120'中去除引导件140和140'获得位移-力曲线图。通过以与实施例2相同的方式制造正极并且多次测量正极样本获得位移-力曲线图的结果显示在图16中。

如图16中所示，在没有引导件140和140'的情况下，分散(dispersion)很宽并且结果不一致而无法量化，并且不可能测量力的变化。如在实施例1和实施例2中那样，当存在引导件140和140'时，随着角度从20°的初始角度逐渐增大并且以大约60°弯曲，在位移-力曲线图上获得拐点。然而，当如比较例中那样没有引导件140和140'时，初始角度从至少60°开始并且在测试开始时发生弯曲或不规则地发生弯曲。此外，样本会在一个方向上扭曲或移动，因此当执行多次测量时，未获得可再现的结果。因此，确定引导件140和140'的构造通过防止样本的扭曲极大地有助于精确测量。

尽管以上参照具体实施例和附图描述了本公开内容，但是应当理解，本公开内容不限于此，在本公开内容的技术构思和随附权利要求书的等同范围内，各种改变和修改对本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (12)

1.一种脆性评估设备，包括：

夹具单元，所述夹具单元包括：

两个夹具，所述两个夹具具有沿水平面形成的顶表面，样本沿长度方向布置在所述顶表面上，并且所述两个夹具设置成彼此面对，从而形成具有从所述顶表面向下逐渐减小的宽度的沟槽；

压板，所述压板垂直于所述样本的长度方向设置在所述夹具上方，并且所述压板通过在按压所述样本的同时下降到插入所述沟槽中而使所述样本弯曲；和

位于所述夹具的所述顶表面的每一个上的引导件，所述引导件用于在所述压板下降期间防止所述样本扭曲，

驱动单元，所述驱动单元配置成使所述压板下降；和

测量分析单元，所述测量分析单元配置成测量在所述压板下降期间施加到所述样本的力，并且评估脆性，

其中所述引导件配置成限制放置在所述夹具的顶表面上的所述样本的一部分的横向移动和垂直移动，并且

其中所述引导件包括：上壁部，所述上壁部用于限制所述样本的垂直移动；两个侧壁部，所述两个侧壁部直立在所述上壁部的底表面上而放置在所述夹具的所述顶表面上，用于限制所述样本的横向移动；以及穿透部，所述穿透部是所述两个侧壁部之间的空间，用于允许所述样本在长度方向上的移动，其中所述引导件位于所述夹具的所述顶表面的每一个上，使得所述穿透部彼此面对，并且所述样本通过穿过所述穿透部而设置在所述夹具的所述顶表面上，其中所述上壁部与所述夹具的所述顶表面分开的距离等于所述侧壁部的高度。

2.根据权利要求1所述的脆性评估设备，其中所述夹具分别支撑所述样本在长度方向上的两个端部，并且所述夹具的彼此面对的表面的截面包括1/4椭圆弧。

3.根据权利要求1所述的脆性评估设备，进一步包括设置在所述夹具的每一个处的水平杆，使得所述夹具在接近方向或远离方向上是可移动的。

4.根据权利要求1所述的脆性评估设备，其中所述引导件由铝或SUS制造。

5.根据权利要求1所述的脆性评估设备，其中所述引导件附接或固定到所述夹具的除布置所述样本的部分之外的区域中的顶表面，并且所述引导件的除附接部分或固定部分之外的部分与所述夹具的所述顶表面间隔开。

6.根据权利要求1所述的脆性评估设备，其中所述压板的厚度与所述沟槽的最窄部分的宽度相同。

7.根据权利要求1所述的脆性评估设备，其中所述压板具有扁平的长方体形状，并且布置成使得狭长侧面形成基部，所述基部是使所述样本弯曲的部分并且所述基部具有尖端部分，所述尖端部分具有半球形状或半多边棱柱形状。

8.根据权利要求7所述的脆性评估设备，其中所述样本是用来制造果冻卷型电极组件的电极样本，并且所述尖端部分的截面的半径或尺寸具有与用来制造要被测量的电极组件的卷绕芯相同的尺寸。

9.一种脆性评估方法，包括：

在将样本布置在权利要求1至8中任一项所述的脆性评估设备上之后，使所述压板下降，并且在所述压板下降的同时测量施加到所述样本的力；

显示曲线图，在所述曲线图中，X轴表示样本位移，Y轴表示所测量的力的值；和

从所述曲线图的形状来评估脆性/延展性水平，或者从所述曲线图获得脆性值，所述脆性值是所述样本塑性变形之前和之后力的值的差。

10.根据权利要求9所述的脆性评估方法，其中所述压板以0.5至2mm/sec的速度垂直下降。

11.根据权利要求9所述的脆性评估方法，其中在测量之前将所述样本在0至10％的相对湿度和25℃的室温下进行储存。

12.根据权利要求9所述的脆性评估方法，其中获得所述样本塑性变形之前和之后力的值的差包括：从所述曲线图获得施加到所述样本的力的值为最高时的值与其中随后力的值减小并且在所述曲线图中转折的点处的值之间的差。

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