CN111157444A - 一种锂离子电池极片的极限压实评测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池极片的极限压实评测方法，包括裁切极片、卷绕极片、平压卷芯、测量与记录、建立数量关系、评测，通过实验得到恰好折痕处的折痕数与压实密度之间的关系，以及待测试极片恰好折痕处的极片剥离强度与待测试极片在恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度和待测试极片在恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度的均值之间的关系，进而估算待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度；评估待测试极片的极限压实。本发明整个实验操作简单、取材方便、成本低廉，且实验测量周期短、测量结果精确，可对实验与生产提供很好的指导，有利于推广适用。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体是一种锂离子电池极片的极限压实评测方法。
背景技术
近些年来，新能源汽车、储能、通信、数据中心等新兴领域得到了迅速发展，极大地推动了大容量锂离子电池的发展，各个领域对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。压实密度是锂电池电极生产过程中一个重要指标。压实密度越高，锂电池在单位体积可以装入更多的电极，同时还可以提高活性物质在锂电池总理论的占比，因此不仅可以提升电池的体积能量密度，同时还可以提高锂电池的质量能量密度。因此对材料极片的极限压实，也是我们评测一款材料优劣的指标。而现有评测方法在操作时步骤较为繁琐，人为主观引入的判段较多，与实际结果存在出入。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池极片的极限压实评测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锂离子电池极片的极限压实评测方法，包括如下步骤：
S1、裁切极片：将待测试极片裁切为长度不等、宽度相等的条形待测试极片；并将待测试极片按照压实密度进行分组；
S2、卷绕极片：将同一压实密度下，不同长度的待测试极片分别卷绕在周长相同的卷针上以形成卷芯；
S3、平压卷芯：将各组卷芯分别置于热压机下进行平压；
S4、测量与记录：展开同一压实密度下的各组卷芯，由内向外数并统计恰好折痕处的折痕数N；
测量同一压实密度下各组卷芯恰好折痕处的折痕极片剥离强度、恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度、以及恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度；
S5、建立数量关系：同一卷芯所受热压机的压力F与卷芯展开时恰好折痕处的折痕数N之间存在
的关系；
其中，N为卷芯热压后展开，由内向外数至恰好折痕处的的折痕数；F为热压压力；Ф为待测试极片涂布的面密度；ρ为分组的不同压实密度；d为基材的厚度；n为待测试极片卷绕的折数；b为卷针的宽度；L为待测试极片裁切的宽度；
S6、评测：估算待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度；评估待测试极片的极限压实。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S1中，待测试极片为面密度一致、涂布烘烤后的双面干燥极片。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S1中，裁切极片的方式为辊压机辊压裁片，且辊压机辊压裁片时，通过限定辊压机的辊缝、收卷张力、放卷张力、走带速度以及辊压压力得到不同压实密度的待测试极片。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S1中，所述待测试极片的裁切工序在辊压工序之前。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S2中，待测试极片在卷绕过程中，待测试极片的内层与卷针贴合，且待测试极片的层与层之间贴合。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S2中，卷针的周长h与待测试极片裁切的宽度L之间存在：h＝1.5L的关系。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S3中，热压机平压不同卷芯时的温度、压力、时间相同。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S5中，
中卷芯展开后恰好折痕处的折痕数N、待测试极片卷绕的折数n均为大于1的整数。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S6中，估算待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度时，待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度为所述待测试极片在恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度与所述待测试极片在恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度的均值。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S6中，待测试极片的极限压实为卷芯经平压后，由内向外数第5折痕处对应的极片压实。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
实验选用面密度一致、涂布烘烤后的双面干燥极片作为待测试极片，经裁切后辊压，以获得一定压实密度梯度的待测试极片并根据压实密度进行分组，将各个待测试极片进行卷绕、平压后展开，得到各个压实卷芯由内向外数至恰好折痕处的的折痕数N，以及待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度、在恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度、在恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度，进而建立同一卷芯所受热压机的压力F与卷芯展开时恰好折痕处的折痕数N之间的数量关系，通过该数量关系估算待测试极片在一定面密度和压实密度下，待测试极片会出现多少处折痕，以及待测试极片的极限压实；通过待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度与在恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度和在恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度均值的关系，估算待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度。
整个实验操作简单、取材方便、成本低廉，且实验测量周期短、测量结果精确，可对实验与生产提供很好的指导，有利于推广适用。
附图说明
图1为本发明待测试极片的正视图；
图2为本发明待测试极片的俯视图；
图3为本发明卷针的俯视图；
图4为本发明卷芯平压时的示意图；
图5为本发明卷芯平压后的正视图；
图6为本发明卷芯平压后的俯视图；
图7为本发明卷芯平压后的展开图；
图8为实施例1中压实密度与折痕数关系的折线图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
一种锂离子电池极片的极限压实评测方法，包括如下步骤：
S1、裁切极片：将待测试极片裁切为长度不等、宽度相等的条形待测试极片；并将待测试极片按照压实密度进行分组；
取面密度一致、涂布烘烤后的双面干燥极片作为待测试极片；
请参阅图1和图2，待测试极片的裁切工序在辊压工序之前，将待测试极片裁切为宽度均为L，长度a不同的待测试极片若干组，优选宽度相同、长度不同的待测试极片优选为5片，即待测试极片的宽度均为L，长度分别为a1、a2、a3、a4、a5，并限定a1<a2<a3<a4<a5。
再通过限定辊压机的辊缝、收卷张力、放卷张力、走带速度以及辊压压力分别为某一固定值，采用辊压机对每一片待测试极片进行辊压，获得压实密度不同的待测试极片。即优选获得压实密度分别为ρ1、ρ2、ρ3、ρ4、ρ5的待测试极片，并限定ρ1<ρ2<ρ3<ρ4<ρ5以形成一定压实密度梯度；然后，根据压实密度不同，将待测试极片分为五组。
S2、卷绕极片：将同一压实密度下，不同长度的待测试极片分别卷绕在周长相同的卷针上以形成卷芯；
请参阅图3，卷针的宽度为b。
当取在压实密度为ρ1时，将该压实密度下，长度分别为a1、a2、a3、a4、a5的待测试极片分别卷绕在周长相同的卷针上，使得每片待测试极片的内层与卷针贴合、且待测试极片的层与层之间贴合，而待测试极片的最外层采用数字胶带进行固定。即每片待测试极片的内层内表面与卷针的圆周外表面完全贴合，待测试极片相接触的层与层之间完全贴合，使得同一压实密度下，得到五款不同的卷芯。
另外，在不同压实密度下，即在压实密度分别为ρ1、ρ2、ρ3、ρ4、ρ5下，同一长度的待测试极片卷绕在卷针上的折数相等，以确保后续的平压等操作顺利进行，保证评测的准确度；并限定卷针的周长h与待测试极片裁切的宽度L之间存在：h＝1.5L的关系，通过该限定关系，使得各个待测试极片能够快速的卷绕在卷针上，提高了待测试极片卷绕的效率，同时，确保各个待测试极片在卷针上卷绕的稳定性，减少待测试极片卷绕后发生脱离、松散等情况。
S3、平压卷芯：将各组卷芯分别置于热压机下进行平压；
请参阅图4，热压机在对各个卷芯进行平压时，热压机平压不同卷芯时的温度、压力、时间相同，保证了卷芯平压时的一致性，减少卷芯平压带来的误差，提高了电池极片的极限压实评测的精确度。
S4、测量与记录：展开同一压实密度下的各组卷芯，由内向外数并统计恰好折痕处的折痕数N；
测量同一压实密度下各组卷芯恰好折痕处的折痕极片剥离强度、恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度、以及恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度；
请参阅图5和图6，平压后的卷芯宽度为L。
请参阅图7，将各个压实密度下的各个平压后的卷芯展开，由内向外数并统计恰好折痕处的折痕数N，将每个卷芯恰好折痕处的折痕数N，以及卷芯在恰好折痕处的折痕极片剥离强度、在恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度、在恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度均记录下来并制成表格。
S5、建立数量关系：同一卷芯所受热压机的压力F与卷芯展开时恰好折痕处的折痕数N之间存在
的关系；
其中，N为卷芯热压后展开，由内向外数至恰好折痕处的的折痕数；F为热压压力；Ф为待测试极片涂布的面密度；ρ为分组的不同压实密度；d为基材的厚度；n为待测试极片卷绕的折数；b为卷针的宽度；L为待测试极片裁切的宽度；
通过实验，可找到压实密度ρ与卷芯热压后展开，由内向外数至恰好折痕处的的折痕数N之间存在线性关系，通过该线性关系可模拟建立
的数量关系，并限定卷芯展开后恰好折痕处的折痕数N、待测试极片卷绕的折数n均为大于1的整数。
S6、评测：估算待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度；评估待测试极片的极限压实。
在估算待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度时，是通过计算待测试极片在恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度与待测试极片在恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度的均值，而待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度与该待测试极片在恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度和待测试极片在恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度的均值基本相等。
待测试极片的极限压实为卷芯经平压后，由内向外数第5折痕处对应的极片压实。
实施例1
采用磷酸铁锂材料，合浆配比为LFP:SP:PVDF＝96.5:1.5:2，涂覆得到60米双面340g/㎡面密度的待测试极片。
按照宽度为10cm，长度为为150cm对其进行裁切得到25片相同规格的待测试极片。
将其分成5组，限定辊压机的走带速度为2m/s、收卷张力为25N、放卷张力为15N，操作侧辊缝和传动侧辊缝分别为25μm和45μm，辊压压力分别为30T、40T、52T、66T、81T得到五组不同压实密度的待测试极片，待测试极片的压实密度分别为2.25g/cc、2.3g/cc、2.35g/cc、2.4g/cc、2.45g/cc。
将五组不同压实密度的待测试极片分别用半周长为80mm的卷针进行卷绕，得到五款不同的压实卷芯；五款卷芯再水平放置在热压机下，限定热压机的热压温度为70℃、热压压力为3T、热压时间为15s，对卷芯进行平压，得到五款不同压实密度下的热压卷芯。
将五款不同的压实卷芯分别展开，记录待测试极片由内向外展开至恰好折痕处的折痕数N，并做记录；然后再分别找到每款压实密度下待测试极片的恰好折痕处，测量恰好折痕处的极片剥离强度、恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度以及恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度，并做记录。
记录结果如下表1：卷芯热压后展开的待测试极片参数表
由表1可知：随着待测试极片的压实密度不同，相同宽度与长度的待测试极片经卷绕热压后，其卷芯展开的折痕数逐渐增多；在各个不同压实密度下，同一规格的待测试极片在恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度和待测试极片在恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度的均值与该待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度基本相等。
请参阅图8，压实密度与折痕数之间大致呈线性关系，通过该线性关系可模拟建立
的数量关系，即压实密度与折痕数之间呈线性关系，该线性关系与公式
反映的结果一致。并由此，可根据压实密度与折痕数之间的线性关系，估算得到该待测试极片在一定面密度和压实密度下，该待测试极片会出现多少处折痕；待测试极片的极限压实为其经卷绕平压后展开，由内向外数第5折痕处对应的极片压实，故估算该待测试极片的极限压实时，通过估算该待测试极片经卷绕平压后展开，由内向外数第5折痕处对应的极片压实，即为该待测试极片的极限压实。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种锂离子电池极片的极限压实评测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、裁切极片：将待测试极片裁切为长度不等、宽度相等的条形待测试极片；并将待测试极片按照压实密度进行分组；
S2、卷绕极片：将同一压实密度下，不同长度的待测试极片分别卷绕在周长相同的卷针上以形成卷芯；
S3、平压卷芯：将各组卷芯分别置于热压机下进行平压；
S4、测量与记录：展开同一压实密度下的各组卷芯，由内向外数并统计恰好折痕处的折痕数N；
测量同一压实密度下各组卷芯恰好折痕处的折痕极片剥离强度、恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度、以及恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度；
S5、建立数量关系：同一卷芯所受热压机的压力F与卷芯展开时恰好折痕处的折痕数N之间存在
的关系；
其中，N为卷芯热压后展开，由内向外数至恰好折痕处的的折痕数；F为热压压力；Ф为待测试极片涂布的面密度；ρ为分组的不同压实密度；d为基材的厚度；n为待测试极片卷绕的折数；b为卷针的宽度；L为待测试极片裁切的宽度；
S6、评测：估算待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度；评估待测试极片的极限压实。
2.根据权利要求1所述锂离子电池极片的极限压实评测方法，其特征在于：所述步骤S1中，待测试极片为面密度一致、涂布烘烤后的双面干燥极片。
3.根据权利要求2所述锂离子电池极片的极限压实评测方法，其特征在于：所述步骤S1中，裁切极片的方式为辊压机辊压裁片，且辊压机辊压裁片时，通过限定辊压机的辊缝、收卷张力、放卷张力、走带速度以及辊压压力得到不同压实密度的待测试极片。
4.根据权利要求2或3所述锂离子电池极片的极限压实评测方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述待测试极片的裁切工序在辊压工序之前。
5.根据权利要求1所述锂离子电池极片的极限压实评测方法，其特征在于：所述步骤S2中，待测试极片在卷绕过程中，待测试极片的内层与卷针贴合，且待测试极片的层与层之间贴合。
6.根据权利要求5所述锂离子电池极片的极限压实评测方法，其特征在于：所述步骤S2中，卷针的周长h与待测试极片裁切的宽度L之间存在：h＝1.5L的关系。
7.根据权利要求1所述锂离子电池极片的极限压实评测方法，其特征在于：所述步骤S3中，热压机平压不同卷芯时的温度、压力、时间相同。
8.根据权利要求1所述锂离子电池极片的极限压实评测方法，其特征在于：所述步骤S5中，
中卷芯展开后恰好折痕处的折痕数N、待测试极片卷绕的折数n均为大于1的整数。
9.根据权利要求1所述锂离子电池极片的极限压实评测方法，其特征在于：所述步骤S6中，估算待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度时，待测试极片在恰好折痕处的极片剥离强度为所述待测试极片在恰好折痕处左侧折弯处的折痕极片剥离强度与所述待测试极片在恰好折痕处右侧折弯处的折痕极片剥离强度的均值。
10.根据权利要求9所述锂离子电池极片的极限压实评测方法，其特征在于：所述步骤S6中，待测试极片的极限压实为卷芯经平压后，由内向外数第5折痕处对应的极片压实。
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| GR01 | Patent grant | ||
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