CN112924301A - 一种锂离子电池极片柔韧性测试装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，包括底板、主板、垂直架、极片张紧机构和极片压折机构，所述主板连接在底板上，垂直架连接在底板上且与主板相对布置，极片张紧机构安装在主板上位于垂直架与主板之间，极片压折机构安装在垂直架中。极片张紧机构包括固定夹具块、卷辊、牵引辊和张力辊，固定夹具块安装在底板上，卷辊、牵引辊和张力辊均连接在主板的内表面上，远离固定夹具块的方向依次甚至张力辊、牵引辊、卷辊。固定夹具块用于固定极片的一端，极片的另一端绕过张力辊、穿过牵引辊固定在卷辊上。极片压折机构包括升降板和楔形压块，升降板下行楔形压块的下表面与极片接触。还公开了一种锂离子电池极片柔韧性测试装置的使用方法。
Description
技术领域
本发明属于新能源电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池极片柔韧性测试装置及其使用方法。
背景技术
锂离子电芯是一种可反复充放电的二次电芯，它由阴阳极极片、隔离膜、电解液、机械件等主要成分组成。其中阴阳极片作为提升电芯性能的研究重点，近些年来随着人们不断追求高压密、低阻抗等新性能，经常会往浆料中添加一些新型导电剂、添加剂或功能添加剂。带来的影响往往是极片脆性变大，刚性变强，在后续的辊压过程中极易断带或膜片开裂掉粉。在全自动化卷绕过程中，生产设备对极片柔韧性也提出了更高的要求，也更容易发生开裂掉粉的问题。目前行业内针对极片柔韧性并没有一个通用的检测装置。尽管也有部分专利提出了一些新奇的测试装置，但依然存在一些问题。如测试过程中人的主观判断占比过大；量化标准误差较大；操作方法复杂，操作不便。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、使用方便的锂离子电池极片柔韧性测试装置；本发明还提供了一种锂离子电池极片柔韧性测试装置的使用方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，其特征在于：包括底板、主板、垂直架、极片张紧机构和极片压折机构，所述主板连接在底板上，垂直架连接在底板上且与主板相对布置，极片张紧机构安装在主板上位于垂直架与主板之间，极片压折机构安装在垂直架中。
进一步的，所述极片张紧机构包括固定夹具块、卷辊、牵引辊和张力辊，固定夹具块安装在底板上，卷辊、牵引辊和张力辊均连接在主板的内表面上，远离固定夹具块的方向依次甚至张力辊、牵引辊、卷辊。
进一步的，所述固定夹具块用于固定极片的一端，极片的另一端绕过张力辊、穿过牵引辊固定在卷辊上。
进一步的，所述极片张紧机构包括第一伺服电机，第一伺服电机安装在主板的外表面上，第一伺服电机的输出轴穿过主板与卷辊连接，第一伺服电机的输出轴转动带动卷辊转动控制极片的张力。
进一步的，所述极片压折机构包括升降板和楔形压块，升降板的一端滑动连接在垂直架内，楔形压块固定连接在升降板另一端的下端，升降板下行楔形压块的下表面与极片接触，楔形压块的下表面设有用于感应极片弯曲后的回弹力的压力传感器和用于感应楔形压块的移动距离的红外传感器。
进一步的，所述极片压折机构还包括第二伺服电机和第三螺纹杆，垂直架内部固定有隔板，第二伺服电机安装在隔板，第二伺服电机的输出轴穿过隔板与第三螺纹杆连接，升降板上设有与第三螺纹杆配合的螺纹孔，升降板套接在第三螺纹杆上。
进一步的，所述极片压折机构还包括导杆，升降板上设有与导杆配合的通孔，导杆的一端连接在隔板上，导杆的另一端连接在底板上，导杆与升降板上端的通孔为间隙配合，导杆分布于第三螺纹杆的两侧。
进一步的，所述牵引辊包括上牵引辊和下牵引辊，上牵引辊和下牵引辊上下叠放布置固定安装在主板的内表面，极片从上牵引辊与下牵引辊之间的缝隙通过；所述张力辊包括张力检测辊、第一张力下辊和第二张力下辊，张力检测辊上设有张力传感器，极片穿绕过第一张力下辊、张力检测辊和第二张力下辊形成S型；所述极片在张力辊与牵引辊之间保持水平。
进一步的，所述测试装置还包括控制台，控制台内部设有微处理器、信号放大器和电源，微处理器通过信号放大器分别与张力传感器、压力传感器和红外传感器信号连接，第一伺服电机和第二伺服电机均与微处理器连接。
基于上述一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，本发明还涉及一种锂离子电池极片柔韧性测试装置的使用方法，其特征在于：基于权利要求至任意一项所述的一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，所述使用方法为：首先将极片裁剪成合适尺寸，极片一端固定在固定夹具块中，极片另一端穿绕过张力辊、牵引辊，固定在卷辊上，通过控制台输入极片张力条件和压缩高度；通过控制指令驱动第一伺服电机和张力传感器配合将极片张力控制在输入张力值，待极片张力达到要求，第一伺服电机停止运作后；在控制箱中点击开始，通过控制指令驱动第二伺服电机控制升降板下降使得楔形压块压弯极片，通过压力传感器获得极片反弹力测试结果。
采用本发明技术方案的优点为：
本发明的锂离子电池极片柔韧性测试装置可以控制初始极片的张力，可以模拟在不同张力条件下对于极片柔韧性的要求；楔形压块，可以模拟在不同曲率下对于极片的柔韧性的要求；该测试装置中伺服电机的使用精准的量化了不同的极片在同样的弯曲直径下极片回弹力，有效降低极片在卷绕过程中存在的安全风险。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明测试装置的整体结构示意图；
图2为本发明测试装置的正视示意图；
图3为本发明测试装置的侧视示意图；
图4为本发明测试装置的俯视示意图。
上述图中的标记分别为：1、底板；2、主板；3、垂直架；4、固定夹具块；5、卷辊；6、牵引辊；7、张力辊；8、第一伺服电机；9、升降板；10、导杆；11、第二伺服电机；12、楔形压块；13、压力传感器；14、红外传感器。
具体实施方式
在本发明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“平面方向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1至图4所示，一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，包括底板1、主板2、垂直架3、极片张紧机构和极片压折机构，所述主板2连接在底板1上，垂直架3连接在底板1上且与主板2相对布置，极片张紧机构安装在主板2上位于垂直架3与主板2之间，极片压折机构安装在垂直架3中。
极片张紧机构包括固定夹具块4、卷辊5、牵引辊6和张力辊7，固定夹具块4安装在底板1上，卷辊5、牵引辊6和张力辊7均连接在主板2的内表面上，远离固定夹具块4的方向依次甚至张力辊7、牵引辊6、卷辊5。固定夹具块4用于固定极片17的一端，极片17的另一端绕过张力辊7、穿过牵引辊6固定在卷辊5上。
极片张紧机构包括第一伺服电机8，第一伺服电机8安装在主板2的外表面上，第一伺服电机8的输出轴穿过主板2与卷辊5连接，第一伺服电机8的输出轴转动带动卷辊5转动控制极片的张力。
固定夹具块4包括下固定支撑底座101和上支撑板401，上支撑板401表面开有第一螺纹通孔和第二螺纹通孔；第一螺纹通孔和第二螺纹通孔转动连接有第一螺纹杆404和第二螺纹杆405；下固定支撑块101固定在底座1的上表面；下固定支撑底座101开有与第一螺纹杆404和第二螺纹杆405相配合的第一螺纹孔和第二螺纹杆。通过旋转第一螺纹杆和第二螺纹杆将极片固定在固定夹具块中。
卷辊5相对于固定夹具块4固定安装在主板2的外边缘，第一伺服电机8固定在主板2的外表面，第一伺服电机8的输出轴穿过主板2与卷辊5固定连接。牵引辊6包括上牵引辊601和下牵引辊602，上牵引辊601和下牵引辊602上下叠放布置固定安装在主板2的内表面，极片从上牵引辊601与下牵引辊602之间的缝隙通过；所述张力辊7包括张力检测辊701、第一张力下辊702和第二张力下辊703，张力检测辊701上设有张力传感器704，极片穿绕过第一张力下辊702、张力检测辊701和第二张力下辊703形成S型；所述极片在张力辊7与牵引辊6之间保持水平。
极片压折机构包括升降板9和楔形压块12，升降板9的一端滑动连接在垂直架3内，楔形压块12固定连接在升降板9另一端的下端，升降板9下行楔形压块12的下表面与极片接触，楔形压块12的下表面设有用于感应极片弯曲后的回弹力的压力传感器13和用于感应楔形压块12的移动距离的红外传感器14。
极片压折机构还包括第二伺服电机11和第三螺纹杆302，垂直架3内部固定有隔板301，第二伺服电机11安装在隔板301，第二伺服电机11的输出轴穿过隔板301与第三螺纹杆302连接，升降板9上设有与第三螺纹杆302配合的螺纹孔，升降板9套接在第三螺纹杆302上。
极片压折机构还包括导杆10，升降板9上设有与导杆10配合的通孔，导杆10的一端连接在隔板301上，导杆10的另一端连接在底板1上，导杆10与升降板9上端的通孔为间隙配合，导杆10分布于第三螺纹杆302的两侧。导杆10对升降板9的移动起到导向的作用，使升降板9在升降的过程中不发生偏移，提高了楔形压块对极片下压的精度。
测试装置还包括控制台15，控制台15一侧设有LED显示屏16，控制台15内部设有微处理器、信号放大器和电源，微处理器通过信号放大器分别与张力传感器704、压力传感器13和红外传感器14信号连接，第一伺服电机8和第二伺服电机11均与微处理器连接。通过控制指令驱动第一伺服电机和张力传感器配合将极片张力控制在输入张力值范围内，通过控制指令驱动第二伺服电机控制升降板下降使得楔形压块压弯极片，通过压力传感器获得极片反弹力结果。
基于上述锂离子电池极片柔韧性测试装置，本发明还涉及一种锂离子电池极片柔韧性测试装置的使用方法，使用方法为：首先将极片裁剪成合适尺寸，极片一端固定在固定夹具块4中，极片另一端穿绕过张力辊7、牵引辊6，固定在卷辊5上，通过控制台15输入极片张力条件和压缩高度；通过控制指令驱动第一伺服电机和张力传感器配合将极片张力控制在输入张力值，待极片张力达到要求，第一伺服电机停止运作后；在控制箱中点击开始，通过控制指令驱动第二伺服电机控制升降板下降使得楔形压块压弯极片，通过压力传感器获得极片反弹力测试结果。
具体的操作过程包括如下步骤：
步骤1.将极片裁剪成200cm×20cm，通过旋转第一螺纹杆和第二螺纹杆将极片的一端固定在固定夹具块中，极片穿绕过张力辊和牵引辊，用胶带将极片的另一端固定在卷辊上，第一伺服电机带动卷辊转动，在张力传感器的配合下，将极片张力控制在要求条件下；
步骤2.第二伺服电机带动第三螺纹杆转动，在导杆的引导下升降板下降，升降板下端楔形压块上的压力传感器在接触极片时，红外传感器对楔形压块移动距离进行记录，待移动距离到达初始设置值时，压力传感器对极片的回弹力进行记录，并分别将记录的数据传输到微处理器中，微处理器将数据进行分析处理并将处理后的数据转化为视频信号传输到显示屏中。
本发明的锂离子电池极片柔韧性测试装置可以控制初始极片的张力，可以模拟在不同张力条件下对于极片柔韧性的要求；楔形压块，可以模拟在不同曲率下对于极片的柔韧性的要求；该测试装置中伺服电机的使用精准的量化了不同的极片在同样的弯曲直径下极片回弹力，有效降低极片在卷绕过程中存在的安全风险。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，其特征在于：包括底板(1)、主板(2)、垂直架(3)、极片张紧机构和极片压折机构，所述主板(2)连接在底板(1)上，垂直架(3)连接在底板(1)上且与主板(2)相对布置，极片张紧机构安装在主板(2)上位于垂直架(3)与主板(2)之间，极片压折机构安装在垂直架(3)中。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，其特征在于：所述极片张紧机构包括固定夹具块(4)、卷辊(5)、牵引辊(6)和张力辊(7)，固定夹具块(4)安装在底板(1)上，卷辊(5)、牵引辊(6)和张力辊(7)均连接在主板(2)的内表面上，远离固定夹具块(4)的方向依次甚至张力辊(7)、牵引辊(6)、卷辊(5)。
3.如权利要求2所述的一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，其特征在于：所述固定夹具块(4)用于固定极片的一端，极片的另一端绕过张力辊(7)、穿过牵引辊(6)固定在卷辊(5)上。
4.如权利要求3所述的一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，其特征在于：所述极片张紧机构包括第一伺服电机(8)，第一伺服电机(8)安装在主板(2)的外表面上，第一伺服电机(8)的输出轴穿过主板(2)与卷辊(5)连接，第一伺服电机(8)的输出轴转动带动卷辊(5)转动控制极片的张力。
5.如权利要求2至4任意一项所述的一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，其特征在于：所述极片压折机构包括升降板(9)和楔形压块(12)，升降板(9)的一端滑动连接在垂直架(3)内，楔形压块(12)固定连接在升降板(9)另一端的下端，升降板(9)下行楔形压块(12)的下表面与极片接触，楔形压块(12)的下表面设有用于感应极片弯曲后的回弹力的压力传感器(13)和用于感应楔形压块(12)的移动距离的红外传感器(14)。
6.如权利要求5所述的一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，其特征在于：所述极片压折机构还包括第二伺服电机(11)和第三螺纹杆(302)，垂直架(3)内部固定有隔板(301)，第二伺服电机(11)安装在隔板(301)，第二伺服电机(11)的输出轴穿过隔板(301)与第三螺纹杆(302)连接，升降板(9)上设有与第三螺纹杆(302)配合的螺纹孔，升降板(9)套接在第三螺纹杆(302)上。
7.如权利要求6所述的一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，其特征在于：所述极片压折机构还包括导杆(10)，升降板(9)上设有与导杆(10)配合的通孔，导杆(10)的一端连接在隔板(301)上，导杆(10)的另一端连接在底板(1)上，导杆(10)与升降板(9)上端的通孔为间隙配合，导杆(10)分布于第三螺纹杆(302)的两侧。
8.如权利要求7所述的一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，其特征在于：所述牵引辊(6)包括上牵引辊(601)和下牵引辊(602)，上牵引辊(601)和下牵引辊(602)上下叠放布置固定安装在主板(2)的内表面，极片从上牵引辊(601)与下牵引辊(602)之间的缝隙通过；所述张力辊(7)包括张力检测辊(701)、第一张力下辊(702)和第二张力下辊(703)，张力检测辊(701)上设有张力传感器(704)，极片穿绕过第一张力下辊(702)、张力检测辊(701)和第二张力下辊(703)形成S型；所述极片在张力辊(7)与牵引辊(6)之间保持水平。
9.如权利要求7所述的一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括控制台(15)，控制台(15)内部设有微处理器、信号放大器和电源，微处理器通过信号放大器分别与张力传感器(704)、压力传感器(13)和红外传感器(14)信号连接，第一伺服电机(8)和第二伺服电机(11)均与微处理器连接。
10.一种锂离子电池极片柔韧性测试装置的使用方法，其特征在于：基于权利要求1至9任意一项所述的一种锂离子电池极片柔韧性测试装置，所述使用方法为：首先将极片裁剪成合适尺寸，极片一端固定在固定夹具块(4)中，极片另一端穿绕过张力辊(7)、牵引辊(6)，固定在卷辊(5)上，通过控制台(15)输入极片张力条件和压缩高度；通过控制指令驱动第一伺服电机和张力传感器配合将极片张力控制在输入张力值，待极片张力达到要求，第一伺服电机停止运作后；在控制箱中点击开始，通过控制指令驱动第二伺服电机控制升降板下降使得楔形压块压弯极片，通过压力传感器获得极片反弹力测试结果。
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