CN113029809A - 电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法以及工装 - Google Patents

电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法以及工装 Download PDF

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Abstract

本申请涉及锂电池领域，涉及一种电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法以及工装。对电芯施加荷载，使电芯发生三点弯曲，施加荷载至少至电芯的弯曲力最大时时，记录电芯的弯曲力最大时的荷载值；根据荷载值的大小，判断电芯的热压程度和电解液浸润程度。利用三点弯曲测试原理，对电芯施加荷载，在此过程中，电芯各层之间的摩擦力发生变化，当电芯各层间摩擦力不足以维持各层间相对位置的稳定时，各层出现相对位置滑动，电芯的弯曲力最大。此时的荷载值的大小与电芯的电芯热压程度、电解液浸润程度分别线性相关，因此利用该荷载值能够表征电芯的电芯热压程度和电解液浸润程度。本申请的方法无需对电池进行破坏性拆解，无需特殊设备，测试效率高。

Description

电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法以及工装
技术领域
本申请涉及锂电池领域，具体而言，涉及一种电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法以及工装。
背景技术
软包锂离子电池由于其铝塑膜外壳的柔性特点，无法对内部电芯提供刚性约束，电芯内层间界面稳定性较难保证。对于电芯加工而言，界面稳定性差，电芯叠成体易错位，入壳困难；对于电池使用而言，界面稳定性差，电池使用寿命会下降。鉴于以上问题，软包锂离子电池通常会引入具有粘接性的涂胶隔膜，用于改善其界面稳定性差的问题。
涂胶隔膜引入软包电池加工中，需通过对电芯热压实现其粘接作用，热压粘接有效性对电芯层间界面稳定性起到决定性作用，粘接有效性通常通过电芯粘接层和极片间剥离力大小或隔膜透气值变化反映。此外，热压后电芯，由于层间缝隙减少，会出现电解液浸润困难，通常通过余液计量(拆解电池测得)、超声波探测(根据超声波反复穿透和反射的强度差异进行绘图，由技术人员判定)、压头法硬度测试结果(邵氏硬度需压头压入电池一定距离，对电池内部测量点有破坏性，影响结果准确性胡因素较多)。
然而，以上方法在对电芯热压程度和电解液浸润情况进行判定时，或需对电池拆解、或需对电池局部造成结构性破坏、或需要特殊设备和人员较长时间测量。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法以及工装，其旨在降低电芯热压程度和电解液浸润程度测试的复杂性。
第一方面，本申请提供一种电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，包括：
对电芯施加荷载，使电芯发生三点弯曲，施加荷载至少至电芯的的弯曲力最大时，记录电芯弯曲力最大时的荷载值；
根据荷载值的大小，判断电芯的热压程度和/或电解液浸润程度；荷载值与电芯的热压程度、电解液浸润程度分别线性相关。
本申请利用三点弯曲测试原理，对电芯施加荷载，在此过程中，电芯各层之间的摩擦力发生变化，对外界施加的荷载有一定抵抗作用，随着荷载的增大，电芯发生三点弯曲，当电芯各层间摩擦力不足以维持各层间相对位置的稳定时，各层出现相对位置滑动，电芯的弯曲力最大。电芯的弯曲力最大时对应的荷载值的大小与电芯的电芯热压程度、电解液浸润程度分别存在线性关系，因此利用该荷载值能够表征电芯的电芯热压程度和电解液浸润程度。本申请的方法无需对电池进行破坏性拆解，无需特殊设备，测试方法简单、测试效率高。
在本申请一些实施例中，上述根据荷载值的大小，判断电芯的热压程度和电解液浸润程度的步骤包括：
荷载值越小，电芯的电解液浸润程度越大；荷载值越大，电芯的电解液浸润程度越小；
荷载值越小，电芯的热压程度越小；荷载值越大，电芯的热压程度越大。
在本申请一些实施例中，电芯的弯曲力最大时，荷载值出现骤降点。在本申请一些实施例中，上述对电芯施加荷载的步骤，包括：
设置第一支撑部和第二支撑部接触并支撑在电芯的第一表面，挤压部件接触并施加荷载在电芯的第二表面。
在本申请一些实施例中，上述电芯与第一支撑部和第二支撑部均形成线接触；
挤压部件与电芯形成线接触。
在本申请一些实施例中，上述第一支撑部与电芯的接触位置为第一接触位置；第二支撑部与电芯的接触位置为第二接触位置；
挤压部件与电芯的接触位置为第三接触位置；
第三接触位置与第一接触位置之间的垂直距离等于第三接触位置与第二接触位置之间的垂直距离。
在本申请一些实施例中，上述第一支撑部和第二支撑部均具有第一弧形接触面，第一弧形接触面与电芯的第一表面接触；上述挤压部件具有第二弧形接触面，第二弧形接触面与电芯的第二表面接触。
在本申请一些实施例中，上述第一支撑部和第二支撑部的第一弧形接触面的长度均大于电芯的宽度；
对电芯施加荷载时，沿电芯的宽度方向设置电芯与第一弧形接触面接触。
在本申请一些实施例中，上述第二弧形接触面的长度大于电芯的宽度；
对电芯施加荷载时，第二弧形接触面与第一弧形接触面平行设置。
第二方面，本申请提供一种工装，该工装能够适用于前述任一实施例中的电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法。
该工装包括：
支撑部件；支撑部件包括第一支撑部和第二支撑部；第一支撑部和第二支撑部用于接触电芯的第一表面，并支撑电芯；以及
挤压部件，挤压部件用于与支撑部件配合使用，接触并施加荷载于电芯的第二表面。
该工装，能够用于测试电芯热压程度和电解液浸润程度，且测试方法简单，无需对电芯进行拆解破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施方式提供的未发生三点弯曲前的电芯的结构示意图；
图2为本申请实施方式提供的发生三点弯曲后的电芯的结构示意图；
图3为本申请实施方式提供的发生三点弯曲后的挤压荷载与挤压距离图；
图4为本申请实施方式提供的工装的第一视角的结构示意图(图中包括电芯)；
图5为本申请实施方式提供的工装的第二视角的结构示意图(图中包括电芯)。
图标：10-电芯；11-第一表面；12-第二表面；100-工装；110-支撑部件；111-第一支撑部；112-第二支撑部；113-底板；1121-连接端；1122-接触端；1123-第一弧形接触面；120-挤压部件；121-挤压本体；1211-第一端；1212-第二端；122-第二弧形接触面。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请实施方式提供了一种电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，包括：
对电芯施加荷载，使电芯发生三点弯曲，施加荷载至少至电芯的的弯曲力最大时，记录电芯弯曲力最大时的荷载值；
根据荷载值的大小，判断电芯的热压程度和/或电解液浸润程度；荷载值与电芯的热压程度、电解液浸润程度分别线性相关。
本申请利用三点弯曲测试原理，对电芯施加荷载，在此过程中，电芯各层之间的摩擦力发生变化，对外界施加的荷载有一定抵抗作用，随着荷载的增大，电芯发生三点弯曲，当电芯各层间摩擦力不足以维持各层间相对位置的稳定时，各层出现相对位置滑动，电芯的弯曲力最大。电芯的弯曲力最大时对应的荷载值的大小与电芯的电芯热压程度、电解液浸润程度分别存在线性关系，因此利用该荷载值能够表征电芯的电芯热压程度和电解液浸润程度。本申请的方法无需对电池进行破坏性拆解，无需特殊设备，测试效率高。
进一步地，根据荷载值的大小，判断电芯的热压程度和电解液浸润程度的步骤包括：
荷载值越小，电芯的电解液浸润程度越大；荷载值越大，电芯的电解液浸润程度越小；
荷载值越小，电芯的热压程度越小；荷载值越大，电芯的热压程度越大。
需要说明的是，上述用于检测的对象“电芯”应作广义理解，可以为电芯、注液后电池、软包电池、干电芯等。
进一步地，电芯的弯曲力最大时，荷载值出现骤降点。
参照图1，在本申请一些实施方式中，示例性地给出了一些电芯发生三点弯曲试验前后的变化。
图1示出了未进行三点弯曲试验前的电芯的示意图，此时电芯由三层(正极、隔膜、负极)构成，三层直接叠合放置，且未发生弯曲。经过三点弯曲试验后，各层出现相对位置滑动，且电芯发生弯曲，如图2所示。当各层出现相对位置滑动，电芯的弯曲力最大时，对应的荷载值出现骤降点，此时停止施加荷载，并记录电芯的弯曲力最大时对应的荷载值(如图3所示，图中荷载出现骤降点对应荷载值即为电芯的弯曲力最大值)。此时的荷载值的大小与电芯的电芯热压程度、电解液浸润程度有密切关系，因此利用该荷载值能够表征电芯的电芯热压程度和电解液浸润程度。
进一步地，参照图4和5，本申请一些实施方式，对电芯施加荷载的步骤，包括：
设置第一支撑部和第二支撑部接触并支撑在电芯的第一表面，挤压部件接触并施加荷载在电芯的第二表面。
通过设置第一支撑部和第二支撑部，在电芯的第一表面形成两个接触点，然后通过挤压部件在电芯的第二表面接触形成第三个接触点，实现三点弯曲测试。
进一步地，电芯与第一支撑部和第二支撑部均形成线接触；挤压部件与电芯形成线接触。
通过设置电芯与第一支撑部和第二支撑部均形成线接触；挤压部件与电芯形成线接触，相对于整个电芯形成类似三点接触，从而能够用于进行三点弯曲测试。进而能够表征电芯热压程度和电解液浸润程度。
进一步地，第一支撑部与电芯的接触位置为第一接触位置；第二支撑部与电芯的接触位置为第二接触位置；
挤压部件与电芯的接触位置为第三接触位置；
第三接触位置与第一接触位置之间的垂直距离等于第三接触位置与第二接触位置之间的垂直距离。
通过设置第三接触位置与第一接触位置之间的垂直距离等于第三接触位置与第二接触位置之间的垂直距离，使得电芯上的三个接触点形成相等的两个力矩，从而发生三点弯曲。
进一步地，第一支撑部和第二支撑部均具有第一弧形接触面，第一弧形接触面与电芯的第一表面接触。挤压部件具有第二弧形接触面，第二弧形接触面与电芯的第二表面接触。
通过设置第一支撑部和第二支撑部均具有第一弧形接触面，能够是电芯与第一支撑部和第二支撑部形成线接触，进而与挤压部件形成三点弯曲测试。
进一步地，第一支撑部和第二支撑部的第一弧形接触面的长度均大于电芯的宽度；
对电芯施加荷载时，电芯沿宽度方向设置与第一弧形接触面接触。
通过设置第一支撑部和第二支撑部的第一弧形接触面的长度均大于电芯的宽度；能够在对电芯施加荷载时，使得电芯宽度方向完全与第一支撑部和第二支撑部接触，避免施加荷载时造成对电芯的损坏。
进一步地，第二弧形接触面的长度大于电芯的宽度；对电芯施加荷载时，第二弧形接触面与第一弧形接触面平行设置。
通过设置第二弧形接触面的长度大于电芯的宽度，能够在对电芯施加荷载时，使得电芯的宽度方向完全被挤压部件接触，从而施加荷载，从而能够避免在进行三点弯曲试验时对电芯造成折弯等损坏。
在本申请其他可选的实施例中，上述的第一弧形接触面和第二弧形接触面可以替换为棱。
在本申请其他可选的实施例中，上述的第一弧形接触面和第二弧形接触面可以替换为凸点。
本申请的一些实施方式提供了一种工装，能够适用于前述任一个实施方式提供的测试电芯热压程度和电解液浸润程度的方法。
参照图4和图5，进一步地，该工装100包括：支撑部件110和挤压部件120。
进一步地，上述的支撑部件110包括第一支撑部111和第二支撑部112；第一支撑部111和第二支撑部112用于接触电芯10的第一表面11，并支撑电芯10。
进一步地，挤压部件120用于与支撑部件110配合使用，接触并施加荷载于电芯10的第二表面12。
进一步地，参照图4，在图示的实施例中，支撑部件110包括第一支撑部111、第二支撑部112以及底板113。
进一步地，上述的第一支撑部111和第二支撑部112均具有连接端1121和接触端1122。第一支撑部111和第二支撑部112连接在底板113的同一侧。
具体而言，第一支撑部111和第二支撑部112的连接端1121分别连接在底板113的相对的两个边延处。第一支撑部111和第二支撑部112之间间隔一定的距离。第一支撑部111和第二支撑部112的自由端分别向底板113的同一侧延伸。
上述的支撑部件110的整体形状大致呈凹形槽状。
进一步地，上述第一支撑部111和第二支撑部112的自由端均具有第一弧形接触面1123。
通过设置第一弧形接触面1123能够使得电芯10与第一支撑部111和第二支撑部112形成线接触，从而方便后续对电芯10进行三点弯曲试验。
进一步地，参照图5，在本申请一些实施方式中，电芯10的形状大致呈长方形。电芯10的长为L；宽为W。
在对电芯10施加荷载时，沿宽度方向，将电芯10放置在第一支撑部111和第二支撑部112上，使电芯10的宽度方向与第一弧形接触面1123延伸方向保持一致，此时第一弧形接触面1123与电芯10宽度方向对应的两个边沿形成两个接触点。
进一步地，上述的电芯10的宽W小于第一弧形接触面1123的长度W1。
通过将上述的电芯10的宽W设置小于第一弧形接触面1123的长度W1，能够使得电芯10完全支撑在第一支撑部111和第二支撑部112上，避免部分电芯10超出于第一支撑部111和第二支撑部112，从而能够避免在进行三点弯曲试验时对电芯10造成折弯等损坏。
进一步地，在图示的实施例中，在第一支撑部111和第二支撑部112的自由端设置半圆柱结构，半圆柱结构的弧面形成第一支撑部111和第二支撑部112的第一弧形接触面1123。
进一步地，挤压部件120包括挤压本体121。进一步地，挤压本体121具有第一端1211和相对的第二端1212。
进一步地，第二端1212设置有第二弧形接触面122。对电芯10施加荷载时，第二弧形接触面122用于与电芯10的第二表面12接触。
进一步地，对电芯10施加荷载时，第二弧形接触面122、两个第一弧形接触面1123三者保持平行。
在图示的实施例中，挤压部件120的第二弧形接触面122沿电芯10的宽度方向设置。
进一步地，第二弧形接触面122的长度W2大于电芯10的宽度W。
通过将第二弧形接触面122的长度W2设置为大于电芯10的宽度W，能够使得挤压部件120完全作用在电芯10上，避免部分电芯10超出于第二弧形接触面122，从而能够避免在进行三点弯曲试验时对电芯10造成折弯等损坏。
结合说明书附图1～5，示例性地说明采用本申请实施例提供的工装100测试电芯热压程度和电解液浸润程度的步骤：
首先，将电芯10水平放置在支撑部件110上，电芯10的两个宽度方向与第一弧形接触面1123平行。
然后，将挤压部件120的第二弧形接触面122沿电芯10的宽度方向设置，且距离第一支撑部111的第一弧形接触面1123的距离与距离第二支撑部112的第一弧形接触面1123的距离相等。图示的实施例中，挤压部件120作用在电芯10的中心位置。
按照预设的速度，将挤压部件120压向电芯10。被挤压电芯内层间(正极片、隔膜、负极片)因存在层间摩擦力，电芯各层在发生层间相对位移之前(如图1所示)对外界施加的挤压力有一定的抵抗作用，导致挤压力上升。随着挤压部件120行进距离增加，电芯10的被挤压位置发生弯曲(如图2所示)，当电芯的各层间摩擦力不足以维持电芯10内部各层间相对位置的稳定时，各层出现相对位置滑动(如图2所示)，挤压力出现骤降(图3)，测试停止。
记录此时的挤压力，根据挤压力的大小，判断电芯的热压程度和电解液浸润程度。
进一步地，根据挤压力的大小，判断电芯的热压程度和电解液浸润程度的步骤包括：
挤压力越小，电芯的电解液浸润程度越大；挤压力越大，电芯的电解液浸润程度越小；
挤压力越小，电芯的热压程度越小；挤压力越大，电芯的热压程度越大。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
参照图4～图5，首先，将干电芯(干电芯的参数记录在表1中)水平放置在支撑部件110上，干电芯的两个宽度方向与第一弧形接触面1123平行。
然后，将挤压部件120设置在干电芯的中心位置，使第二弧形接触面122与两个第一弧形接触面1123平行且距离相等。
按照预设的速度，将挤压部件120压向干电芯。使干电芯发生三点弯曲，直至电芯各层出现相对位置滑动时，电芯的弯曲力最大时，对应的荷载值出现骤降点。此时，停止施加荷载，并记录此时的荷载值，测试结果见表1。
实施例2～实施例8
测试过程与实施例1相同，测试结果记录在表1和表2。所不同的是，采用的样品的参数不相同，具体记录在表1和表2。其中，表1是电解液浸润测试结果；表2是热压电芯测试结果。表1中吸液率＝(注液量-拆解后倒出液体量)/注液量；表2中剥离力测试结果采用本领域通用方法，由专用设备测试得到。
表1电解液浸润测试结果
样品 静置温度/℃ 静置时间/h 吸液率/％ 挤压力/N
实施例1 干电芯 / 0 / 370
实施例2 注液电池1 25 48 65.5 180
实施例3 注液电池2 45 48 69.73 125
实施例4 注液电池3 25+45 48+24 75.4 94
从表1的实验数据可以看出，干电芯的挤压力最大，随着注液电池吸液率的增大，挤压力减小。由此说明荷载值越小，电芯的电解液浸润程度越大；荷载值越大，电芯的电解液浸润程度越小。即采用本申请的方法能够测试电芯的电解液程度，并且与传统的计算吸液率的测试方法结果一致，由此证明本申请方法的可行性。
从表1中实施例2和3的对比可以看出，当静置时间相同时，对于不同静置温度的注液电池，静置温度越高，吸液率越大，说明浸润程度越大。而吸液率越大，对应的挤压力越小，因此可以说明，当挤压力越小时，电池的电解液浸润程度越大。
从表1的结果还可以得出，对于不同参数的注液电池，通过测定其挤压力即可以判断其电解液浸润程度，从而用于产品电解液浸润程度合格的检验。示例性地，对于静置温度25℃、静置时间48h的注液电池，采用本申请的三点弯曲试验进行测试，当测得其挤压力为180N时，可以知道该电池的吸液率为65.5％。通过将该吸液率与设定的合格产品的吸液率要求进行比对，或者直接将该挤压力与设定的合格产品的挤压力要求进行比对，即可检测出产品是否合格。
表2热压电芯测试结果
Figure BDA0002957256100000121
从表2的实验数据可以看出，电芯1的挤压力最大，剥离力也最大，由此说明荷载值越小，电芯的热压程度越小；荷载值越大，电芯的热压程度越大。
即采用本申请的方法能够测试电芯的热压程度，并且与传统的计算剥离力的测试方法结果一致，由此证明本申请方法的可行性。
从表2的结果还可以得出，对于不同参数的电芯，通过测定其挤压力即可以判断其热压程度，从而用于电芯产品热压程度合格的检验。示例性地，对于热压参数为7T/95℃/240s的电芯，采用本申请的三点弯曲试验进行测试，当测得其挤压力大于400N时，可以知道该电芯的正极-隔膜剥离力为20.0(N/m)；负极-隔膜剥离力为16.1(N/m)。通过将该剥离力与设定的合格产品的剥离力进行比对，或者直接将该挤压力与设定的合格产品的挤压力要求进行比对，即可检测出产品是否合格。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，其特征在于，包括：
对电芯施加荷载，使所述电芯发生三点弯曲，施加荷载至少至所述电芯的弯曲力最大时，记录所述电芯弯曲力最大时的荷载值；
根据所述荷载值的大小，判断所述电芯的热压程度和/或电解液浸润程度；其中，所述荷载值与所述电芯的热压程度、电解液浸润程度分别线性相关。
2.根据权利要求1所述的电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，其特征在于，
所述根据所述荷载值的大小，判断所述电芯的热压程度和电解液浸润程度的步骤包括：
所述荷载值越小，所述电芯的电解液浸润程度越大；所述荷载值越大，所述电芯的电解液浸润程度越小；
所述荷载值越小，所述电芯的热压程度越小；所述荷载值越大，所述电芯的热压程度越大。
3.根据权利要求1所述的电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，其特征在于：
所述电芯的弯曲力最大时，所述荷载值出现骤降点。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，其特征在于：
所述对电芯施加荷载的步骤，包括：
设置第一支撑部和第二支撑部接触并支撑在所述电芯的第一表面，挤压部件接触并施加荷载在所述电芯的第二表面。
5.根据权利要求4所述的电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，其特征在于：
所述电芯与所述第一支撑部和所述第二支撑部均形成线接触；
所述挤压部件与所述电芯形成线接触。
6.根据权利要求4所述的电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，其特征在于：
所述第一支撑部与所述电芯的接触位置为第一接触位置；所述第二支撑部与所述电芯的接触位置为第二接触位置；
所述挤压部件与所述电芯的接触位置为第三接触位置；
所述第三接触位置与所述第一接触位置之间的垂直距离等于所述第三接触位置与所述第二接触位置之间的垂直距离。
7.根据权利要求4所述的电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，其特征在于：
所述第一支撑部和所述第二支撑部均具有第一弧形接触面，所述第一弧形接触面与所述电芯的第一表面接触；
所述挤压部件具有第二弧形接触面，所述第二弧形接触面与所述电芯的第二表面接触。
8.根据权利要求7所述的电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，其特征在于，
所述第一支撑部和所述第二支撑部的第一弧形接触面的长度均大于所述电芯的宽度；
对电芯施加荷载时，沿电芯的宽度方向设置所述电芯与所述第一弧形接触面接触。
9.根据权利要求8所述的电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法，其特征在于，
所述第二弧形接触面的长度大于所述电芯的宽度；
对电芯施加荷载时，所述第二弧形接触面与所述第一弧形接触面平行设置。
10.一种工装，其特征在于，所述工装能够适用于权利要求1～9任一项所述的电芯热压程度和电解液浸润程度的测试方法；
所述工装包括：
支撑部件；所述支撑部件包括第一支撑部和第二支撑部；所述第一支撑部和所述第二支撑部用于接触所述电芯的第一表面，并支撑所述电芯；以及
挤压部件，所述挤压部件用于与所述支撑部件配合使用，接触并施加荷载于所述电芯的第二表面。
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