CN113945763A - 一种极片的液相电阻的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及极片的液相电阻的测试技术领域，公开一种极片的液相电阻的测试方法，包括：制作对称电池，制取至少三种极性相同但厚度不同的极片的对称电池，每种对称电池的隔膜的有效面积均相同；电阻测试，将静置预设时长的对称电池进行电化学阻抗谱测试，得到每种对称电池的电阻值；数据处理，将至少三种对称电池的极片的厚度和与对应厚度的极片组成的对称电池的电阻值拟合成一阶线性方程，则一阶线性方程的斜率和极片的厚度的乘积即为对应厚度的极片的液相电阻。本发明公开的极片的液相电阻的测试方法，测试过程简单，且能够准确地测试出极片的液相电阻。
Description
技术领域
本发明涉及极片的液相电阻的测试技术领域，尤其涉及一种极片的液相电阻的测试方法。
背景技术
目前，新能源汽车快速发展，动力电池的需要日益增加，同时对动力电池的性能要求也不断提高，降低电芯的内阻是一项十分重要且有意义的工作。由于液相电阻在动力电池总内阻中的占比非常大，因此，调控液相电阻显得十分重要。目前锂离子电池的极片的液相电阻测试方法有三电极测试方法和对称电池测试方法，其中，三电极测试方法得到的电阻包含了参比电极的电阻，使得测试值偏离极片的液相电阻的真实值；对称电池测试方法采用电化学阻抗谱等效电路对极片的液相电阻进行测试，等效电路的结构较为复杂，且计算方法中一些物理参数的物理意义不明确，测试结果的准确性有待考究。
发明内容
基于以上所述，本发明的目的在于提供一种极片的液相电阻的测试方法，测试过程简单，且能够准确地测试出极片的液相电阻。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种极片的液相电阻的测试方法，包括：
制作对称电池，制取至少三种极性相同但厚度不同的极片的对称电池，每种所述对称电池的隔膜的有效面积均相同；
电阻测试，将静置预设时长的所述对称电池进行电化学阻抗谱测试，得到每种所述对称电池的电阻值；
数据处理，将至少三种所述对称电池的所述极片的厚度和对应厚度的所述极片组成的所述对称电池的电阻值拟合成一阶线性方程，则一阶线性方程的斜率和所述极片的厚度的乘积即为对应厚度的所述极片的液相电阻。
作为一种极片的液相电阻的测试方法的优选方案，制作至少两个由厚度相同且极性相同的所述极片组成的所述对称电池，每种所述对称电池的电阻值为至少两个由厚度相同且极性相同的所述极片组成的所述对称电池的电阻值的平均值。
作为一种极片的液相电阻的测试方法的优选方案，对所述对称电池进行电化学阻抗谱测试时，对所述对称电池施加的交流信号的频率范围为1Hz-1MHz。
作为一种极片的液相电阻的测试方法的优选方案，制作所述对称电池时，所述隔膜夹设在两个极性相同的所述极片之间，且所述隔膜的有效面积小于所述极片的面积。
作为一种极片的液相电阻的测试方法的优选方案，将隔膜、电解液、铝塑膜以及两片厚度相同且极性相同的所述极片组成所述对称电池，其中，所述极片的单面涂覆浆料。
作为一种极片的液相电阻的测试方法的优选方案，制作所述对称电池时，包括：
将隔膜固定在带有成形孔的胶片上，所述隔膜覆盖所述成形孔；
将带有所述隔膜的所述胶片夹设在两片所述极片之间，所述成形孔处的所述隔膜正对两个所述极片设置，其中，所述成形孔的形状为预设形状，所述隔膜的有效面积为所述成形孔的横截面积。
作为一种极片的液相电阻的测试方法的优选方案，所述预设形状为圆形，所述极片为正方形，与所述极片对应的所述隔膜的直径小于所述极片的边长。
作为一种极片的液相电阻的测试方法的优选方案，所述极片的电导率σ的计算公式为σ＝1/(KA)，式中，K为一阶线性方程的斜率，A为所述隔膜的有效面积。
作为一种极片的液相电阻的测试方法的优选方案，不同厚度的所述极片的压实密度均相同。
作为一种极片的液相电阻的测试方法的优选方案，将所述对称电池静置预设时长和对所述对称电池进行电阻测试时，均采用夹持组件固定所述对称电池。
作为一种极片的液相电阻的测试方法的优选方案，所述对称电池为负极对称电池或者正极对称电池，所述负极对称电池的负极片粘接在铝箔上，且所述负极片上涂覆有负极浆料的一侧背离所述铝箔设置；所述正极对称电池的正极片粘接在铜箔上，且所述正极片涂覆有正极浆料的一侧背离所述铜箔设置。
本发明的有益效果为：本发明公开的极片的液相电阻的测试方法，首先，采用电化学阻抗谱测试对由厚度不同、极性相同的极片制成的对称电池进行电化学阻抗谱测试，得到每种对称电池的电阻值，接着，将将至少三种对称电池的极片的厚度和对应厚度的极片组成的对称电池的电阻值拟合成一阶线性方程，则该一阶线性方程的斜率和极片的厚度的乘积即为对应厚度的极片的液相电阻，测试过程简单，通过对数据进行简单的处理即可准确地得到不同厚度的极片的液相电阻。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施例提供的极片的液相电阻的测试方法的流程框图；
图2是采用本发明具体实施例提供的极片的液相电阻的测试方法得到的每个对称电池的电化学阻抗谱测试的奈奎斯特图；
图3是采用本发明具体实施例提供的极片的液相电阻的测试方法得到的极片的厚度和对应厚度的极片组成的对称电池的电阻值的曲线图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供一种极片的液相电阻的测试方法，如图1所示，包括：
S1、制作对称电池，制取四种极性相同但厚度不同的极片的对称电池，每种对称电池的隔膜的有效面积均相同；
S2、电阻测试，将静置预设时长的对称电池进行电化学阻抗谱测试，得到每种对称电池的电阻值；
S3、数据处理，将四种对称电池的极片的厚度和对应厚度的极片组成的对称电池的电阻值拟合成一阶线性方程，则一阶线性方程的斜率和极片的厚度的乘积即为对应厚度的极片的液相电阻。
具体地，将隔膜、电解液、铝塑膜以及两片厚度相同且极性相同的极片组成一个对称电池，其中，极片的单面涂覆浆料。
需要说明的是，本实施例的极片为正极片，正极片通过高温胶带粘接在铜箔上，铜箔上设有正极耳，且正极片涂覆有正极浆料的一侧背离铜箔设置，铜箔、正极片、隔膜、正极片、铜箔依次叠设后放入铝塑膜内，并在铝塑膜内注入电解液后进行密封，最终形成对称电池，该对称电池为正极对称电池。正极片的厚度分别为25um、50um、75um及100um，四种不同厚度的正极片的压实密度均相同，本实施例的压实密度为3.5g/cm3，每个正极片上单面涂覆的浆料均相同，保证不同厚度的正极片的液相电阻不会因浆料的成分和加工工艺的不同而不同，使得正极片的液相电阻只与正极片的厚度有关。
在其他实施例中，不同厚度的正极片的种类数也并不限于本实施例的四种，不同极片之间的厚度差也并不限于本实施例的等厚度差设置，每种厚度的极片的具体厚度并不限于本实施例的限定，压实密度也并不限于本实施例的3.5g/cm3，本领域技术人员均可根据实际需求进行设置。若是极片为负极片，对称电池的负极片粘接在带有负极耳的铝箔上，且负极片上涂覆有负极浆料的一侧背离铝箔设置，制成的对称电池为负极对称电池，负极对称电池的制作方法与正极对称电池的制作方法相同，负极对称电池的电阻值的检测方法与正极对称电池的电阻值的检测方法相同。
本实施例提供的极片的液相电阻的测试方法，首先，采用电化学阻抗谱测试对由厚度不同、极性相同的极片制成的对称电池进行电化学阻抗谱测试，得到每种对称电池的电阻值，接着，将将至少三种对称电池的极片的厚度和对应厚度的极片组成的对称电池的电阻值拟合成一阶线性方程，则该一阶线性方程的斜率和极片的厚度的乘积即为对应厚度的极片的液相电阻，测试过程简单，通过对数据进行简单的处理即可准确地得到不同厚度的极片的液相电阻。
具体地，制作对称电池时，为了保证每种厚度的正极片制成的对称电池的电阻值的准确性，制作三个由厚度相同且极性相同的极片组成的对称电池，每种对称电池的电阻值为三个由厚度相同且极性相同的极片组成的对称电池的电阻值的平均值。在其他实施例中，每种厚度的正极片制成的对称电池的个数并不限于本实施例的三个，还可以为两个或者多于三个，具体根据实际需要设置。
其中，电阻测试时，在恒温条件下进行测试，本实施例的试验温度为25℃，采用电化学阻抗谱对对称电池施加的交流信号的频率范围为1Hz-1MHz，并绘制相应的奈奎斯特(Nyquist)图，具体地，由厚度为25um的正极片制成的三个正极对称电池的编号分别为1-1#、1-2#及1-3#，由厚度为50um的正极片制成的三个正极对称电池的编号分别为2-1#、2-2#及2-3#，由厚度为75um的正极片制成的三个正极对称电池的编号分别为3-1#、3-2#及3-3#，由厚度为10um的正极片制成的三个正极对称电池的编号分别为4-1#、4-2#及4-3#，每个正极对称电池的曲线图如图2所示，阻抗的实分量为x轴，阻抗的负虚分量为y轴，每根曲线与横坐标的交点即为该正极对称电池的电阻值，从而计算出每种厚度的正极片制成的三个正极对称电池的电阻值的平均值。在其他实施例中，还可以用波特图显示电化学阻抗谱测试的对称电池的相关信息，具体根据实际需要选定。
具体地，制作对称电池时，隔膜夹设在两个极性相同的正极片之间，且隔膜的有效面积小于正极片的面积。进一步地，制作对称电池时，首先将隔膜固定在带有成形孔的胶片上，隔膜覆盖成形孔，然后将带有隔膜的胶片夹设在两片正极片之间，成形孔处的隔膜正对两个正极片设置，该成形孔正对的隔膜为限域隔膜，从而使得正极片的有效面积与隔膜的有效面积相同，其中，成形孔的形状为预设形状，隔膜的有效面积为成形孔的横截面积。
需要说明的是，隔膜粘接在胶片的一个侧面上，胶片具有绝缘性，正对胶片的两个正极片之间并不能够导通，使得两个正极片的实际工作面积为成形孔的横截面积，这种设置不但有利于固定胶片，使得胶片上的成形孔正对两个正极片，还能够直接确定隔膜的有效面积。在其他实施例中，还可以不设置胶片，每个对称电池均包括两个完全一样且面积已知的极片，隔膜夹在两个极片之间且隔膜覆盖极片，此时隔膜的有效面积为极片的面积。
更进一步地，本实施例的预设形状为圆形，圆形的直径为12mm，制作对称电池时所采用的正极片的形状为正方形，正方形正极片的边长为30mm，与正极片对应的隔膜的直径小于正极片的边长。也就是说，在组装对称电池之前，首先将极片裁剪为边长为30mm的正方形的正极片，同时将隔膜在胶片上制成限域隔膜，然后再将正极片、带正极耳的铜箔、带隔膜的胶片、铝塑膜及电解液组成对称电池，密封时，将对称电池的一侧作为注液口，待电解液注入铝塑膜内后将注液口密封。
由于单面涂布的正极片冷压后很容易卷曲，带隔膜的胶片起到压平并固定正极片的作用，同时防止了正极片边缘毛刺、铜箔边缘毛刺及正极片边缘掉粉刺穿隔膜，保证充放电的正常进行，也减少了对称电池静止时由于微短路而造成的自放电。
为了保证测试的准确性，对对称电池进行电阻测试之前，首先将对称电池静置预设时长，本实施例的预设时长为十二小时，静置预设时长能够使电解液充分浸润正极片，保证检测的准确性。为了保证两个正极片均能够充分地与限域隔膜接触，将对称电池静置预设时长和对对称电池进行电阻测试时，均采用夹持组件固定对称电池，从而进一步提升检测对称电池的电阻值的准确性。具体地，本实施例的夹持组件包括上夹板、上泡棉、下泡棉、下夹板及夹子，其中，对称电池的上侧面上依次叠设上泡棉和上夹板，对称电池的下侧面上依次叠设下泡棉和下夹板，最后用夹子夹持上夹板、上泡棉、对称电池、下泡棉及下夹板，上泡棉和下泡棉能够防止夹子夹持上夹板和下夹板时对对称电池的损坏，上夹板和下夹板能够提升对称电池受力的均匀性。在其他实施例中，还可以采用其他夹持装置固定对称电池，具体根据实际需要设置。
根据图2可得，对于厚度为25um的三个正极片制成的正极对称电池，每个正极对称电池的电阻值分别为3.32Ω、3.32Ω及3.08Ω，对于厚度为50um的三个正极片制成的正极对称电池，每个正极对称电池的电阻值分别为5.68Ω、5.96Ω及6.04Ω，对于厚度为75um的三个正极片制成的正极对称电池，每个正极对称电池的电阻值分别为8.34Ω、8.68Ω及8.54Ω，对于厚度为100um的三个正极片制成的正极对称电池，每个正极对称电池的电阻值分别为10.53Ω、10.78Ω及10.51Ω，进而分别算出每种厚度的正极片制成的正极对称电池的电阻值的平均值，分别为3.24Ω、5.893Ω、8.52Ω及10.61Ω。
将四种正极片的厚度和与对应厚度的正极片组成的正极对称电池的电阻值的平均值在坐标系中表示出来，同时将两者的坐标点拟合成一阶线性方程，该一阶线性方程为y＝0.0984x+0.9045，使得四个坐标点位于一阶线性方程画成的直线附近，如图3所示。在数据处理时，能够根据已有数据计算极片的电导率σ，σ的计算公式为σ＝1/(KA)，式中，K为一阶线性方程的斜率，A为隔膜的有效面积。由相同的浆料和基材并采用相同的加工工艺形成的极性相同的极片的电导率均相同，即极片的电导率与极片的厚度无关。
本实施例提供的极片的液相电阻的测试方法具体如下：
S1、制作对称电池，包括如下步骤：
S11、按照电极配方，利用小型搅拌机搅拌分散浆料，使用刮刀在箔材上涂布浆料，一共涂布四种不同厚度的正极片，待浆料干燥后按照同一压实密度3.5g/cm3对四种不同厚度的正极片进行辊压，最终形成的正极片厚度别是25um、50um、75um及100um；
S12、准备带有圆孔的胶片，在圆孔上放入隔膜制成限域隔膜，其中，圆孔的直径为12mm，隔膜的有效面积A为1.13cm2；
S13、将正极片裁剪边长为30mm的正方形的小片；
S14、依次将铜箔、正极片、带隔膜的胶片、正极片、铜箔依次叠设后放入铝塑膜内，其中，正极片没有涂覆浆料的一侧粘接在铜箔上，接着，在铝塑膜内注入电解液后进行密封，最终形成正极对称电池，极耳制取四种极性相同但厚度不同的正极片组成的正极对称电池，其中，每个正极对称电池的隔膜的面积均相同，每种厚度的正极片组成的正极对称电池的个数均为三个，每个胶片的圆孔处的隔膜均正对两个正极片设置。
S2、电阻测试，包括如下步骤：
S21、在正极对称电池上采用上泡棉、上夹板、下泡棉、下夹板及夹子进行定型，静置十二小时；
S22、将正极对称电池进行电化学阻抗谱测试，绘制相应的坐标曲线图，如图2所示，每根曲线与横坐标的交点即为该正极对称电池的电阻值，其中电化学阻抗谱测试时对正极对称电池施加的交流信号的频率范围为1Hz-1MHz。
S3、数据处理，包括如下步骤：
S31、计算每种厚度的正极片制成的正极对称电池的电阻值的平均值；
S32、将四种正极片的厚度和与对应厚度的正极片组成的正极对称电池的电阻值的平均值在坐标系中表示出来，同时将两者的坐标点拟合成一阶线性方程，该一阶线性方程为y＝0.0984x+0.9045，使得四个坐标点均位于代表一阶线性方程的直线附近，如图3所示；
S33、一阶线性方程的斜率和正极片的厚度的乘积即为该对应厚度的正极片的液相电阻，即正极片的液相电阻为0.0984和正极片的厚度的乘积，同时根据极片的电导率σ的计算公式、K以及A计算得到电导率σ，正极片的σ为8.99S/cm。
在S33中正极片的厚度可以为除100um、150um、200um、250um之外的其他数值，也就是说，根据计算得到的一阶线性方程的斜率能够计算出任意厚度的正极片的液相电阻。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (11)
1.一种极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，包括：
制作对称电池，制取至少三种极性相同但厚度不同的极片的对称电池，每种所述对称电池的隔膜的有效面积均相同；
电阻测试，将静置预设时长的所述对称电池进行电化学阻抗谱测试，得到每种所述对称电池的电阻值；
数据处理，将至少三种所述对称电池的所述极片的厚度和对应厚度的所述极片组成的所述对称电池的电阻值拟合成一阶线性方程，则一阶线性方程的斜率和所述极片的厚度的乘积即为对应厚度的所述极片的液相电阻。
2.根据权利要求1所述的极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，制作至少两个由厚度相同且极性相同的所述极片组成的所述对称电池，每种所述对称电池的电阻值为至少两个由厚度相同且极性相同的所述极片组成的所述对称电池的电阻值的平均值。
3.根据权利要求1所述的极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，对所述对称电池进行电化学阻抗谱测试时，对所述对称电池施加的交流信号的频率范围为1Hz-1MHz。
4.根据权利要求1所述的极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，将隔膜、电解液、铝塑膜以及两片厚度相同且极性相同的所述极片组成所述对称电池，其中，所述极片的单面涂覆浆料。
5.根据权利要求4所述的极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，制作所述对称电池时，所述隔膜夹设在两个极性相同的所述极片之间，且所述隔膜的有效面积小于所述极片的面积。
6.根据权利要求5所述的极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，制作所述对称电池时，包括：
将隔膜固定在带有成形孔的胶片上，所述隔膜覆盖所述成形孔；
将带有所述隔膜的所述胶片夹设在两片所述极片之间，所述成形孔处的所述隔膜正对两个所述极片设置，其中，所述成形孔的形状为预设形状，所述隔膜的有效面积为所述成形孔的横截面积。
7.根据权利要求6所述的极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，所述预设形状为圆形，所述极片为正方形，与所述极片对应的所述隔膜的直径小于所述极片的边长。
8.根据权利要求6所述的极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，所述极片的电导率σ的计算公式为σ＝1/(KA)，式中，K为一阶线性方程的斜率，A为所述隔膜的有效面积。
9.根据权利要求1所述的极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，不同厚度的所述极片的压实密度均相同。
10.根据权利要求1所述的极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，将所述对称电池静置预设时长和对所述对称电池进行电阻测试时，均采用夹持组件固定所述对称电池。
11.根据权利要求1所述的极片的液相电阻的测试方法，其特征在于，所述对称电池为负极对称电池或者正极对称电池，所述负极对称电池的负极片粘接在铝箔上，且所述负极片上涂覆有负极浆料的一侧背离所述铝箔设置；所述正极对称电池的正极片粘接在铜箔上，且所述正极片涂覆有正极浆料的一侧背离所述铜箔设置。
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