CN112903537A - 一种电芯浸润性的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电芯浸润性的测试方法,所述测试方法包括如下步骤:(1)将电芯在电解液中进行浸润,得到电芯浸润到饱和的时间;(2)根据待测电芯种类和电解液的成分,选取目标元素;(3)将浸润后的电芯拆解,进行取样,对步骤(2)所述目标元素的含量进行测试,获得所述电芯的浸润性。本发明提供的电芯浸润状态的测试方法实现了锂离子电池在实际生产中电解液浸润的状态检测,将电芯浸润检测从理论性提升至实际性,真正意义上的检测了锂离子电池在化成前电芯的浸润状态。

Description

一种电芯浸润性的测试方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域,涉及一种电芯浸润性的测试方法。
背景技术
锂离子电池具有高工作电压和高能量密度,广泛地应用于电子设备和器材等领域。这种高能量密度可以直接由其容量值反映,而容量的高低受到电芯浸润程度的影响。因此,找到一种快速准确便捷的方式表征电芯的浸润程度显得十分重要。
目前软包装电芯的浸润程度常用两种方法间接表征:一种是直接将化成前的电芯拆解并肉眼观察非水电解液的浸润程度,但其无法实现在线检测并且是破坏性检测;另一种是在电芯完成容量后分析容量数据间接反映电芯的浸润程度,但其无法挽救浸润不良的电芯,只能报废,浪费成本。
CN101311703A公开了一种测量非水电解质(也可称为非水电解液)电池润湿性的方法及装置,通过将电容频谱仪的测量端子电连接于所述电极组件的正极和负极,来测量正极和负极之间的电容值;通过所测得的电容值估计所述电极组件中电解质的润湿性(亦即浸润性)。从原理上讲,阻抗主要包括欧姆阻抗+离子阻抗+电子阻抗,该专利的本质是直接测量正负极上的电容值,再换算成阻抗值;该阻抗值主要包括欧姆阻抗和离子阻抗,而欧姆阻抗基本不变(或者说变化不大),此时表征浸润性最主要的就是要说明离子阻抗的变化趋势,而离子阻抗的影响因素很多,诸如温度、压力等,所以这一方法很难直接且有效地表征非水电解液浸润性。
CN107655794A公开了一种测试电池电解液在电极材料上浸润性的方法,是采用扩散法测试电解液在电极极片上的浸润率,即单位体积的电解液完全浸入到电极极片所需的时间,从而能够对电解液的浸润性做出直接明了的判断,但是这种方法不能定量的分析电解液浸入多少,另外也不能确定电芯注液后极片各部分的浸润性优劣。
目前,极片浸润不代表卷芯浸润,卷芯浸润取决于松紧度、温度等诸多因素,浸润取决于材料/温度/工艺等,浸润好坏直接影响化成时成膜好坏,但对卷芯浸润性研究的内容较少。
因此需要开发如何评测电池电芯浸润良好的评测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电芯浸润性的测试方法。本发明所提供的测试方法,操作简单,且可以定量对电芯的浸润性进行评估。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供一种电芯浸润性的测试方法,所述测试方法包括如下步骤:
(1)将电芯在电解液中进行浸润,得到电芯浸润到饱和的时间;
(2)根据待测电芯种类和电解液的成分,选取目标元素;
(3)将浸润后的电芯拆解,进行取样,对步骤(2)所述目标元素的含量进行测试,获得所述电芯的浸润性。
本发明中,通过对电芯先进行浸润,可以初步得到电芯完全浸润的下限值和上限值。
本发明所采用的检测方法称为ICP元素表征法,通过选取目标元素,根据目标元素在电芯中不会随着电解液有机溶剂的蒸发而流失的特性,定量分析电芯中不同区域的目标元素含量。获得上述含量后,可以将其标准差作为表征电芯不同区域电解液均匀程度的指标。
本发明提供的电芯浸润状态的测试方法实现了锂离子电池在实际生产中电解液浸润的状态检测,将电芯浸润检测从理论性提升至实际性,真正意义上的检测了锂离子电池在注液完成后电芯的浸润状态。
优选地,步骤(1)所述电芯的浸润方法包括拉力计外部浸润法和/或注液浸润法。
优选地,采用所述拉力计外部浸润法得到步骤(1)所述电芯浸润到饱和的时间的上限值。
本发明中,采用拉力计外部浸润法对电芯进行浸润时,电芯并未完全浸润电解液中,电解液的浸润时间会加长,可以得到电芯浸润到饱和的时间的上限值。
优选地,采用所述注液浸润法得到步骤(1)所述电芯浸润到饱和的时间的下限值。
本发明中,注液法可以使得电芯的整体均可以浸入电解液中,并且加上注液提供的动力,加快了电芯的浸润时间,可以得到电芯浸润到饱和的时间的下限值。
优选地,所述拉力计外部浸润法包括通过拉力计拉取所述电芯,使其非极耳侧浸入电解液中,记录拉力示数变化值,至拉力计示数不再变化。
优选地,所述注液浸润法包括将所述电芯放入壳体中,然后对所述壳体中注入电解液液并在壳体上插密封钉,进行浸润。
优选地,步骤(1)所述的电芯浸润到饱和的时间的下限值为8-16h,例如8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h或16h等。
优选地,步骤(1)所述电芯浸润到饱和的时间的上限值为16~30h,例如16h、18h、20h、22h、24h、25h、26h、28h或30h等。
优选地,步骤(1)所述电解液中包括锂元素和磷元素。
优选地,步骤(1)所述电解液中包括六氟磷酸锂。
优选地,步骤(1)所述电解液中还包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯或碳酸二乙酯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,在步骤(1)所述电芯进行浸润前,先将干电芯放于装电解液的物料盒中,模拟注液时的正负压,确定电芯的最难浸润区域。
本发明中,先确定电芯最难浸润区域,可以减少工作量,避免冗长重复的工作流程,验证确认时对应型号后续只需检测最难浸润区域的元素含量即可明确浸润良好性。
优选地,步骤(3)所述取样包括对步骤(3)拆解后的浸润过的电芯的不同位置取样。
本发明中,取样位置是任意的,例如可以将电芯拆解后,沿着电芯的长度方向分别在电芯的两端以及中间位置进行取样。
优选地,所述位置包括电芯的最难浸润区域。
本发明中,对电芯最难浸润区域取样测试,可以进一步印证该区域是否为最难浸润区域。
优选地,将P元素作为正极中电解液的目标元素;
优选地,将Li元素作为负极中电解液的目标元素。
有电解液的电芯其正极P含量和负极Li含量相对于无电解液的电芯均高,其中无电解液的电芯中这两者含量几乎为0,因此可以将P元素作为正极中电解液目标元素,将Li元素作为负极中电解液目标元素。然而,ICP检测出电芯无论有无电解液,其负极中P元素含量均较高,负极主材中铜箔含有大量的P元素,这在检测电解液含量时会起到干扰作用,因此不能将P作为负极目标元素。
作为优选的技术方案,所述电芯浸润性的测试方法包括以下步骤:
先将干电芯放于装电解液的物料盒,模拟注液时的正负压,确定电芯的最难浸润区域;
(1)再将所述干电芯分别在电解液中以拉力计外部浸润法和注液浸润法进行浸润,得到电芯浸润到饱和的时间的下限值和上限值;
(2)根据待测电芯种类和电解液的成分,将P元素作为正极中电解液的目标元素,将Li元素作为负极中电解液的目标元素;
(3)依照所述干电芯得到的最难浸润区域,将浸润后的电芯拆解,进行取样,对步骤(2)所述目标元素的含量进行测试,获得所述电芯的浸润性。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明中,通过对电芯先进行浸润,可以初步得到电芯完全浸润的下限值和上限值。
(2)本发明所采用的检测方法称为ICP元素表征法,通过选取目标元素,根据目标元素在电芯中不会随着电解液有机溶剂的蒸发而流失的特性,定量分析电芯中不同区域的目标元素含量。获得上述含量后,可以将其标准差作为表征电芯不同区域电解液均匀程度的指标。
(3)本发明提供的电芯浸润状态的测试方法实现了锂离子电池在实际生产中电解液浸润的状态检测,将电芯浸润检测从理论性提升至实际性,真正意义上的检测了锂离子电池不同注液方式及静置时长下电芯的浸润状态。
附图说明
图1为实施例1中拉力计外部浸润法详细图解。
其中,1-拉力计,2-电芯。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例按照如下方法进行电芯浸润性的测试:本实施例中所用到的电芯中,正极为三元NCM811体系,负极为石墨;
先将干电芯放于装电解液的物料盒,模拟注液时的正负压及静置时长,取样电芯进行反向挥发,确定电芯的最难浸润区域,
(1)如图1所示,通过拉力计1拉取所述电芯2,使其底部浸入电解液中,记录拉力示数变化值,等到拉力计1上的示数稳定不变时,得到电芯2浸润到饱和的时间的上限值;
再选取同一型号的电芯,将所述电芯放入壳体中,然后对所述壳体中注液插密封钉,待到浸润结束后,拆解所述电芯,称量残液重量,得到电芯浸润到饱和的时间的下限值;
(2)根据待测电芯种类和电解液的成分,将P元素作为正极中电解液的目标元素,将Li元素作为负极中电解液的目标元素;
(3)依照所述干电芯得到的最难浸润区域,将浸润后的电芯拆解,进行取样,取样的位置为电芯沿长度方向的外圈、内圈这两个浸润良好区域及最难浸润区域,对步骤(2)所述目标元素的含量进行测试,获得所述电芯的浸润性。
实施例2
本实施例按照如下方法进行电芯浸润性的测试:本实施例中所用到的电芯中,正极为三元NCM523体系,负极为石墨
先将干电芯放于装电解液的物料盒,模拟注液时的正负压,确定电芯的最难浸润区域;
(1)通过拉力计拉取所述电芯,使其底部浸入电解液中,记录拉力示数变化值,等到拉力计上的示数稳定不变时,得到电芯浸润到饱和的时间的上限值;
再选取同一型号的电芯,将所述电芯放入壳体中,然后对所述壳体中注液插密封顶,待到浸润结束后,拆解所述电芯,称量残液重量,得到电芯浸润到饱和的时间的下限值;
(2)根据待测电芯种类和电解液的成分,将P元素作为正极中电解液的目标元素,将Li元素作为负极中电解液的目标元素;
(3)依照所述干电芯得到的最难浸润区域,将浸润后的电芯拆解,进行取样,取样的位置为电芯沿长度方向的内外圈中浸润良好区域及最难浸润区域,对步骤(2)所述目标元素的含量进行测试,获得所述电芯的浸润性。
表1为实施例1和2所提供的电芯浸润到饱和的上限值和下限值。
表1
上限值(h) 下限值(h)
实施例1 30 5
实施例2 30 12
表2为实施例1和2中所提供的电芯的正极中P元素在电芯不同位置的含量。
表2
Figure BDA0002917138740000071
Figure BDA0002917138740000081
表3为实施例1和2中所提供的电芯的负极中Li元素在电芯不同位置的含量。
表3
Figure BDA0002917138740000082
表2和表3中给出了P元素和Li元素在电芯不同位置的含量,通过对含量的测定,结合得到的上限值和下限值,可以得到电芯较为合适的浸润时间。实施例1中电芯的较为合适的浸润时间为18h,实施例2中电芯的较为合适的浸润时间为28h。
综上所述,本发明旨在通过对饱和吸液量的时间测定以及ICP表征浸润程度,从而确认注液后需要的静置时长或不同注液方式对应的浸润时长,旨在给出较优的静置时长,其中不同位置ICP的区别在于对比元素含量标准差,给出不影响电性能及界面的标准范围,从而根据标准差范围给出对应时长。
申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯浸润性的测试方法,其特征在于,所述测试方法包括如下步骤:
(1)将电芯在电解液中进行浸润,得到电芯浸润到饱和的时间;
(2)根据待测电芯种类和电解液的成分,选取目标元素;
(3)将浸润后的电芯拆解,进行取样,对步骤(2)所述目标元素的含量进行测试,获得所述电芯的浸润性。
2.根据权利要求1所述的电芯浸润性的测试方法,其特征在于,步骤(1)所述电芯的浸润方法包括拉力计外部浸润法和/或注液浸润法;
优选地,采用所述拉力计外部浸润法得到步骤(1)所述电芯浸润到饱和的时间的上限值;
优选地,采用所述注液浸润法得到步骤(1)所述电芯浸润到饱和的时间的下限值。
3.根据权利要求2所述的电芯浸润性的测试方法,其特征在于,所述拉力计外部浸润法包括通过拉力计拉取所述电芯,使其非极耳侧浸入电解液中,记录拉力示数变化值,至拉力计示数不再变化;
优选地,所述注液浸润法包括将所述电芯放入壳体中,然后对所述壳体中注入电解液液并在壳体上插密封钉,进行浸润。
4.根据权利要求2或3所述的电芯浸润性的测试方法,其特征在于,步骤(1)所述电芯浸润到饱和的时间的下限值为8-16h。
5.根据权利要求2-4任一项所述的电芯浸润性的测试方法,其特征在于,步骤(1)所述电芯浸润到饱和的时间的上限值为16~30h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电芯浸润性的测试方法,其特征在于,步骤(1)所述电解液中包括锂元素和磷元素;
优选地,步骤(1)所述电解液中包括六氟磷酸锂;
优选地,步骤(1)所述电解液中还包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯或碳酸二乙酯中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求2-6任一项所述的电芯浸润性的测试方法,其特征在于,在步骤(1)所述电芯进行浸润前,先将干电芯放于装电解液的物料盒中,模拟注液时的正负压,确定电芯的最难浸润区域。
8.根据权利要求7任一项所述的电芯浸润性的测试方法,其特征在于,步骤(3)所述取样包括对步骤(3)拆解后的浸润过的电芯的不同位置取样;
优选地,所述位置包括电芯的最难浸润区域。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电芯浸润性的测试方法,其特征在于,将P元素作为正极中电解液的目标元素;
优选地,将Li元素作为负极中电解液的目标元素。
10.根据权利要求1-9任一项所述的电芯浸润性的测试方法,其特征在于,所述测试方法包括以下步骤:
先将干电芯放于装电解液的物料盒,模拟注液时的正负压,确定电芯的最难浸润区域;
(1)再将所述干电芯分别在电解液中以拉力计外部浸润法和注液浸润法进行浸润,得到电芯浸润到饱和的时间的下限值和上限值;
(2)根据待测电芯种类和电解液的成分,将P元素作为正极中电解液的目标元素,将Li元素作为负极中电解液的目标元素;
(3)依照所述干电芯得到的最难浸润区域,将浸润后的电芯拆解,进行取样,对步骤(2)所述目标元素的含量进行测试,获得所述电芯的浸润性。
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