CN112858077A - 一种极片表面粉尘异物探测及评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极片表面粉尘异物探测及评估方法,其包括如下步骤:制备两个用于收集粉尘异物的辊筒,并对其进行称重备用,所述辊筒的粘性为100D~600D、导电性为10‑7s/m~10‑11s/m;将极片穿过两个辊筒的中间,然后调节两个辊筒之间的间隙,使辊筒与极片间产生0.05~0.2MPa的压力;极片朝一个方向运行时,将极片表面粉尘异物吸附到辊轮上;全部通过后,卸下辊筒后再次称重,计算极片上粉尘异物的含量;将辊筒表面吸附的粉尘异物全部转移至滤膜上,使用偏光显微镜对收集的粉尘异物的大小及数量进行检测。本发明能够准确评估极片表面洁净度,还能有效清洁极片表面粉尘异物,降低卷芯短路率,达到提高卷芯质量。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,具体涉及一种极片表面粉尘异物探测及评估方法。
背景技术
锂离子动力电池(Lithium-ion Battery)是20世纪90年代初出现的新型绿色环保化学电源。它具有电压高(单体电池电压达3.6V),比能量大(100~130Wh/Kg),放电电压平稳,循环性能好,安全性能优以及贮存和工作寿命长等优点,是目前化学电源行业的最新发展方向之一。
在动力锂离子电池生产制造过程中,极片表面总是粘附有不同种类、不同量的粉尘异物,这些粉尘异物在生产中只能采取一定的措施减少,而无法根除。目前,人们采用真空吸、碾压等形式对锂离子电池极片进行碾压除尘,碾压除尘可以起到一定的效果。但吸尘不彻底,并且可能导致粉尘飘移,达不到除尘的目的。另外,对于残留在极片上的粉尘异物无法准确监控,只能定期抽检极片,这样准确性差,不能反映极片上粉尘异物残留的真实情况。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题,本发明提出一种极片表面粉尘异物探测及评估方法。
本发明的具体技术方案如下:
一种极片表面粉尘异物探测及评估方法,其包括如下步骤:
1)制备两个用于收集粉尘异物的辊筒,并对其进行称重备用,两个辊筒重量之和记为m1;所述辊筒的粘性为100D~600D、导电性为10-7s/m~10-11s/m;
2)将极片穿过两个辊筒的中间,然后调节两个辊筒之间的间隙,使辊筒与极片间产生0.05~0.2MPa的压力;
3)极片朝一个方向运行时,辊筒与极片表面连续接触,将极片表面粉尘异物吸附到辊轮上;
5)将辊筒表面吸附的粉尘异物全部转移至滤膜上,使用偏光显微镜对收集的粉尘异物的大小α及数量β进行检测。
本发明可以针对测试得到的粉尘异物的含量ω、大小α及数量β进行评分,综合评估极片表面粉尘异物的等级。
进一步方案,所述辊筒是由硅胶、粘尘剂和导电剂混合后通过挤压成型或者模具成型而制成的。
更进一步方案,所述辊筒中粘尘剂的加入量为5~20%、导电剂的加入量为1~10%。
优选的,所述硅胶为硅橡胶、硅树脂中的至少一种。
优选的,所述粘尘剂选自环氧树脂、丁基橡胶、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醋酸乙烯树脂、虫胶、羧甲基纤维素及乙烯醇中的至少一种。
优选的,所述导电剂选自超导炭黑、导电石墨、碳纳米管、乙炔黑、碳纤维和石墨烯中的至少一种。
进一步方案,步骤5)中将辊筒表面吸附的粉尘异物全部转移至滤膜上,是使用无水酒精对辊筒的表面进行清洗干净,得到带有粉尘异物的酒精溶液;使用滤膜对带有粉尘异物的酒精溶液进行过滤,得到粉尘异物。
进一步方案,所述的辊筒安装于辊压分切工序、激光切制片工序、卷绕工序中的一处或多处。
进一步方案,所述的辊筒活动套设在辊轴上,所述辊轴的一端与驱动装置连接,使两个辊筒相对或相背移动。
本发明中的辊筒是由硅胶、粘尘剂和导电剂制备而成的,其具有一定的自粘性和导电性,其粘性为100D~600D、导电性为10-7s/m~10-11s/m。由于其具有100D~600D粘连性,从而能将极片表面粉尘异物全部粘附到辊筒上,且对极片本身不产生副作用。而具有10-7s/m~10-11s/m导电性则能更好地消除极片与辊筒挤压接触时产生的静电,从而能防止粘附到辊筒上的粉尘异物因静电作用而再次吸附到极片上,从而对极片产生短路等危害。
本发明对辊筒施加0.01~0.2MPa的压力,即两个辊筒采用对中间的极片产生夹压的方式,主要是因为硅胶辊与极片间存在压力时,会挤压极片表面空气层,能达到更好的粘附极片表面粉尘的效果。
所以,本发明可以对检测的粉尘异物的含量ω、异物大小α及数量β,通过每项评分制进行评估极片表面异物等级及极片表面清洁度。即本发明不仅能连续探测极片表面粉尘异物,准确地测试极片表面粉尘异物的含量,更能反映出极片表面残留粉尘异物颗粒大小及数量,可对前工序除尘能力进行直观的评估,进而指导生产进行相应改进。
本发明还可清除极片表面粉尘异物,达到清理极片的目的;将前工序引入极片表面的粉尘异物清除,从而提高极片的质量;并能大幅度降低卷芯短路率,从0.4%降低到0.15-0.25%,进而提高电池质量。同时还消除了极片表面的静电,避免造成二次污染,提高了极片质量,降低卷芯短路率,进而提升了电池品质。
本发明提供的方法,方法简单,易于操作,实用性强,且测试结果准确性高、可靠性强。
具体实施方式
对比例:
按照硅橡胶:环氧树脂=95%:5%的比例进行原料充分混合,使用模具成型,制成两个直径30mm,长度100mm的辊筒A对辊,放于干燥器内备用。
将制好的两个A对辊进行称重,记为mA对1为200.0g,再将其活动套设在辊轴上,所述辊轴的一端与驱动装置如气缸连接,使两个辊筒相对或相背移动;然后将整个装置安装于锂电池极片制片机上,将总重mA对为200000g的极片的端部穿过两个辊筒之间,并通过气缸将极片与辊筒之间的压力控制在0.05MPa,运行10h结束,卸下A对辊,进行称重,记为mA对2为205.8g。则此极片表面粉尘异物的含量
将辊筒使用无水酒精进行表面清洗,直到硅胶辊表面无明显粉尘异物为止,得到带有粉尘异物的酒精溶液,再使用滤膜将得到的酒精溶液进行过滤,得到粉尘异物,再使用偏光显微镜对滤膜上的粉尘异物进行分析,得到异物大小αA对及对应的数量βA对。
然后通过短路测试仪对由该极片制备成的卷芯进行短路测试,测试条件为200~400V、200~300ms,此短路测试仪为行业通用设备。
测试数据如下表1所示:
表1:
实施例1
按照硅橡胶:环氧树脂:超导炭黑=93%:5%:2%的比例进行原料充分混合,使用模具成型,制成两个直径30mm、长度100mm的辊筒A,放于干燥器内备用。
将制好的两个A辊进行称重,记为mA1为200.0g,再将其活动套设在辊轴上,所述辊轴的一端与驱动装置如气缸连接,使两个辊筒相对或相背移动;然后将整个装置安装于锂电池极片制片机上,将总重mA为200000g的极片的端部穿过两个辊筒之间,并通过气缸将极片与辊之间的压力控制在0.05MPa,运行结束后,卸下A辊,进行称重,记为mA2=206.1g,则此极片表面粉尘异物含量
将辊筒使用无水酒精进行表面清洗,直到硅胶辊表面无明显粉尘异物为止,得到带有粉尘异物的酒精溶液,再使用滤膜将得到的酒精溶液进行过滤,得到粉尘异物,再使用偏光显微镜对滤膜上的粉尘异物进行分析,得到异物大小αA及对应的数量βA。
然后通过短路测试仪对由该极片制备成的卷芯进行短路测试,测试条件为200~400V、200~300ms,此短路测试仪为行业通用设备。测试数据如下表2所示:
表2:
实施例2
按照硅橡胶:环氧树脂:超导炭黑=86%:10%:4%的比例进行原料充分混合,使用模具成型,制成直径30mm,长度100mm的硅胶辊B,放于干燥器内备用。
将制好的B辊进行称重,记为mB1为200.0g,再将其活动套设在辊轴上,所述辊轴的一端与驱动装置如气缸连接,使两个辊筒相对或相背移动;然后将整个装置安装于锂电池极片制片机上,极片的端部穿在两个辊筒之间,并通过气缸将极片与辊之间的压力控制在0.1MPa,运行10h,卸下硅胶辊,进行称重,记为mB2为208.5g,同时记录此段时间经过硅胶辊的极片总重,记为mB为210000g,则该极片表面粉尘异物含量
将硅胶辊使用无水酒精进行表面清洗,直到硅胶辊表面无明显粉尘异物为止,得到带有粉尘异物的酒精溶液,再使用滤膜将得到的酒精溶液进行过滤,得到粉尘异物,再使用偏光显微镜对滤膜上的粉尘异物进行分析,得到异物大小αB及对应的数量βB。
然后通过短路测试仪对由该极片制备成的卷芯进行短路测试,测试条件为200~400V、200~300ms,此短路测试仪为行业通用设备。测试数据如下表3所示:
表3:
实施例3
按照硅橡胶:环氧树脂:超导炭黑=88%:10%:2%的比例进行原料充分混合,使用模具成型,制成直径30mm,长度100mm的硅胶辊C,放于干燥器内备用。
将制好的C辊进行称重,记为mC1为200.0g,再将其活动套设在辊轴上,所述辊轴的一端与驱动装置如气缸连接,使两个辊筒相对或相背移动;然后将整个装置安装于锂电池极片制片机上,通过气缸将极片与辊之间的压力控制在0.15MPa,运行10h,卸下硅胶辊,进行称重,记为mC2为208.7g,同时记录经过硅胶辊的极片总重,记为mC为205000g,计算10h内极片表面粉尘异物含量
将硅胶辊使用无水酒精进行表面清洗,直到硅胶辊表面无明显粉尘异物为止,得到带有粉尘异物的酒精溶液,再使用滤膜将得到的酒精溶液进行过滤,得到粉尘异物,再使用偏光显微镜对滤膜上的粉尘异物进行分析,得到异物大小αA及对应的数量βA。
然后通过短路测试仪对由该极片制备成的卷芯进行短路测试,测试条件为200~400V、200~300ms,此短路测试仪为行业通用设备。测试数据如下表4所示:
表4:
实施例4
按照硅橡胶:环氧树脂:超导炭黑=91%:5%:4%的比例进行原料充分混合,使用模具成型,制成直径30mm,长度100mm的硅胶辊D,放于干燥器内备用。
将制好的D辊进行称重,记为mD1为200.0g,安装于气缸2上,再将其活动套设在辊轴上,所述辊轴的一端与驱动装置如气缸连接,使两个辊筒相对或相背移动;然后将整个装置安装于锂电池极片制片机上,通过气缸将极片与辊之间的压力控制在0.2MPa,运行10h,卸下硅胶辊,进行称重,记为mD2为206.0g,同时记录此段时间经过硅胶辊的极片总重,记为mD为208000g,则该极片表面粉尘异物含量
将硅胶辊使用无水酒精进行表面清洗,直到硅胶辊表面无明显粉尘异物为止,得到带有粉尘异物的酒精溶液,再使用滤膜将得到的酒精溶液进行过滤,得到粉尘异物,再使用偏光显微镜对滤膜上的粉尘异物进行分析,得到异物大小αA及对应的数量βA。
然后通过短路测试仪对由该极片制备成的卷芯进行短路测试,测试条件为200~400V、200~300ms,此短路测试仪为行业通用设备。测试数据如下表5所示:
表5:
实施例5
按照硅树脂:丙烯酸树脂:超导炭黑=93%:5%:2%的比例进行原料充分混合,使用模具成型,制成直径30mm,长度100mm的硅胶辊E,放于干燥器内备用。
将制好的E辊进行称重,记为mE1为200.0g,再将其活动套设在辊轴上,所述辊轴的一端与驱动装置如气缸连接,使两个辊筒相对或相背移动;然后将整个装置安装于锂电池极片制片机上,通过气缸将极片与辊之间的压力控制在0.05MPa,运行10h,卸下硅胶辊,进行称重,记为mE2为206.7g,同时记录经过硅胶辊的极片总重,记为mE为210000g,则极片表面粉尘异物含量
将硅胶辊使用无水酒精进行表面清洗,直到硅胶辊表面无明显粉尘异物为止,得到带有粉尘异物的酒精溶液,再使用滤膜将得到的酒精溶液进行过滤,得到粉尘异物,再使用偏光显微镜对滤膜上的粉尘异物进行分析,得到异物大小αA及对应的数量βA。然后通过短路测试仪对由该极片制备成的卷芯进行短路测试,测试条件为200~400V、200~300ms,此短路测试仪为行业通用设备。测试数据如下表6所示:
表6:
从上表1-6可看出,对比例中的辊筒中因为没有增加导电剂,故制备的辊筒无导电性,极片经过辊筒时,无法消除二者之间产生的静电,在后续工序中还会吸附环境中的粉尘异物,造成二次污染,使得卷绕后卷芯的短路率较高,达到0.4%。而本申请实施例1-5中辊筒中均加入了导电剂,故卷绕后卷芯的短路率仅为0.15-0.25%,远低于对比例。
另外,本申请通过异物大小α及数量β可快速评估极片表面异物等级,据此能反映出极片表面残留粉尘异物颗粒大小及数量,可对前工序除尘能力进行直观的评估,进而指导生产进行相应改进。
对比实施例1和对比例可看出,实施例1中加入了导电剂,降低了卷绕后卷芯的短路率。
对比实施例1、2可看出,实施例2中的辊筒配方中同时增加了粘尘剂和导电剂的加入量,则能进一步降低卷芯短路率;并且粉尘异物的数量也得到大幅度提升。
对比实施例1、3可看出,实施例3中的辊筒配方中仅增加粘尘剂的加入量,能大幅度增加粉尘异物的数量,说明辊筒的吸附性增强,有利于降低短路率。
对比实施例1、4可看出,实施例4中的辊筒配方中仅增加导电剂的加入量,能降低卷芯短路率。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种极片表面粉尘异物探测及评估方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)制备两个用于收集粉尘异物的辊筒,并对其进行称重备用,两个辊筒重量之和记为m1;所述辊筒的粘性为100D~600D、导电性为10-7s/m~10-11s/m;
2)将极片穿过两个辊筒的中间,然后调节两个辊筒之间的间隙,使辊筒与极片间产生0.05~0.2MPa的压力;
3)极片朝一个方向运行时,辊筒与极片表面连续接触,将极片表面粉尘异物吸附到辊轮上;
5)将辊筒表面吸附的粉尘异物全部转移至滤膜上,使用偏光显微镜对收集的粉尘异物的大小α及数量β进行检测。
2.根据权利要求1所述的极片表面粉尘异物探测及评估方法,其特征在于,所述辊筒是由硅胶、粘尘剂和导电剂混合后通过挤压成型或者模具成型而制成的。
3.根据权利要求2所述的极片表面粉尘异物探测及评估方法,其特征在于,所述辊筒中粘尘剂的加入量为5~20%、导电剂的加入量为1~10%。
4.根据权利要求2所述的极片表面粉尘异物探测及评估方法,其特征在于,所述硅胶为硅橡胶、硅树脂中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的极片表面粉尘异物探测及评估方法,其特征在于,所述粘尘剂选自环氧树脂、丁基橡胶、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醋酸乙烯树脂、虫胶、羧甲基纤维素及乙烯醇中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的极片表面粉尘异物探测及评估方法,其特征在于,所述导电剂选自超导炭黑、导电石墨、碳纳米管、乙炔黑、碳纤维和石墨烯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的极片表面粉尘异物探测及评估方法,其特征在于,步骤5)中将辊筒表面吸附的粉尘异物全部转移至滤膜上,是使用无水酒精对辊筒的表面进行清洗干净,得到带有粉尘异物的酒精溶液;使用滤膜对带有粉尘异物的酒精溶液进行过滤,得到粉尘异物。
8.根据权利要求1所述的极片表面粉尘异物探测及评估方法,其特征在于,所述的辊筒安装于辊压分切工序、激光切制片工序、卷绕工序中的一处或多处。
9.根据权利要求1所述的极片表面粉尘异物探测及评估方法,其特征在于,所述的辊筒活动套设在辊轴上,所述辊轴的一端与驱动装置连接,使两个辊筒相对或相背移动。
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