CN114518322A - 集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置以及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子电池检测装置领域，尤其涉及一种集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置以及其测量方法，包括：支撑架，支撑架上设有伺服电机，伺服电机的输出轴通过线绳连接有第一立柱，第一立柱的下方对应设有第二立柱，第一立柱和第二立柱相对的两个端面上分别用以粘接集流体和涂覆层，第二立柱上设有测力装置。本发明一种集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置以及其测量方法，能够有效提高测量的精准性。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池检测装置领域，尤其涉及一种集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置以及其测量方法。
背景技术
锂离子电池作为一种高新技术产品，具有高能量密度和良好循环性的特点。在消费电子产品中已得到广泛应用，与此同时，大型锂离子电池在电动汽车和储能电站中也得到了广泛的推广。
极片是锂离子电池的核心，极片包括集流体以及涂覆在集流体上的涂覆层，涂覆层中的活性物质和电解液进行充放电反应，然而，涂覆层涂覆在集流体上，在使用的过程中很容易出现掉粉的问题，脱落的粉尘随着电解液运动而运动，可能造成电池出现微短路、自放电大等问题，降低电池容量。严重地，脱粉还有可能造成电池枝晶短路起火燃烧。
因而，集流体和涂覆层之间的粘结力测试非常重要，锂离子电池极片的剥离强度表征为涂覆层和集流体年粘附在一起的牢固程度，是极片的重要指标之一。
对极片剥离强度的测试，可评估黏结剂的使用是否合理，以及合浆、涂布工序的质量。目前集流体和涂覆层间剥离强度的评估方法主要包括两种：一种是通过划格法定性评估，即在涂覆层表面划横线和竖线，贴胶带放置，然后撕去胶带，肉眼观察粘接效果。此方法存在很大的人为主观因素。另外一种是通过180°或90°剥离定量评估，用拉力试验机测试。如图1和图2所示，然而，极片剥离时弧度较大，特别是面密度较大的极片，涂覆层厚度较高时，很容易出现折痕，测试结果存在很大的误差。
因此，亟需一种能够对集流体和涂覆层之间粘结力大小进行量化表征的方法，提高测量的精准性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：解决现有技术中现有的片剥离强度的测试不准确，存在很大误差的技术问题。本发明提供一种集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置以及其测量方法，能够有效提高测量的精准性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，包括：支撑架，所述支撑架上设有伺服电机，所述伺服电机的输出轴通过线绳连接有第一立柱，所述第一立柱的下方对应设有第二立柱，所述第一立柱和所述第二立柱相对的两个端面上分别用以粘接集流体和涂覆层，所述第二立柱上设有测力装置。
进一步地，所述测力装置包括：设置在所述第二立柱下端的遮光片，所述遮光片的一侧对应设置有发光二极管，在初始状态下，所述遮光片遮挡发光二极管；
测力电路，所述测力电路包括：
光电检测电路，所述光电检测电路包括光敏管，所述光敏管设置在所述第二立柱的另一侧，所述光敏管用以感知发光二极管发光并通过光电检测电路将光信号转换为电压信号；
PID调节电路，所述PID调节电路将所述电压信号转换为电流；
电磁力平衡传感器，所述电磁力平衡传感器包括：永磁体和动圈，所述电流流经动圈，动圈在永磁体作用下产生向下的作用力，所述第二立柱和所述动圈固定连接。
优选地，所述电磁力平衡传感器通过弹簧连接所述第二立柱，所述第二立柱通过弹簧相连，将第二立柱的位移变化速度放缓，有利于测量的准确性。
进一步地，为了降低噪声干扰，所述测力装置还包括：低通滤波电路，所述低通滤波电路允许低频信号通过，超过预设值的高频信号被阻隔，以降低噪声的干扰。
进一步地，所述测力装置还包括：数据采集电路，所述数据采集电路将模拟信号转换为数字信号输出。
进一步地，将测得的力直观展示，所述测力装置还包括：控制系统，所述控制系统接收数据采集电路转换的数字信号，并将信号处理并通过LED显示。
进一步地，为了降低噪声干扰，所述光电检测电路引入RC电路，通过RC 电路缩小信号带宽，吸收电流滤波以降低噪声的干扰。
进一步地，所述第一立柱和所述第二立柱，对应的两个端面面积相同。
本申请还提供一种极集流体和涂覆层之间粘结力的测量方法，使用上述的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，包括以下步骤：
步骤S1、将极片进行裁切，极片裁切后的面积和第一立柱下端面面积相同，所述极片包括集流体和设置在集流体上的涂覆层；
步骤S2、将集流体完全贴合所述第一立柱的下端面，将涂覆层完全贴合所述第二立柱的上端面；
步骤S3、调节伺服电机，缓慢牵引第一立柱上升，牵引力为F0，所述第一立柱带动所述第二立柱上升；
步骤S4、所述测力装置通过所述第二立柱上升测的拉力F1，伺服电机不断向上拉，直至集流体和涂覆层脱离，所述测力装置测得的拉力F1即为集流体和涂覆层之间的粘结力。
进一步地，所述S4包括以下步骤：
步骤S41、所述第二立柱上升带动下端的遮光片上升，致使所述发光二极管发出的光被发光检测电路感知，发光检测电路将光信号转换为电压信号；
步骤S42、所述电压信号经过所述PID调节电路调节转变为电流信号；
步骤S43、所述电流流经动圈，所述动圈在永磁体的作用下产生向下的电磁力，所述电磁力即为拉力F1；
步骤S44、所述动圈带动所述第二立柱下移，致使所述遮光片下移至起始位置，达到电磁力平衡状态，即电流产生的电磁力F1大小等于伺服电机产生的牵引力F0；
步骤S45、伺服电机不断将第一立柱向上拉，持续步骤S3-S4，直至集流体和涂覆层剥离，此时，测得的动圈产生的向下的电磁力F1为集流体和涂覆层之间的粘结力。
本发明的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置以及其测量方法，具体效果如下：
本申请的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置对集流体和涂覆层进行整面剥离，不存在弯折弧度问题，避免现有技术中的180°或90°剥离弯折弧度对造成测量的误差，测量更精准，本申请的测量方法，为动态测量的过程，在持续剥离的过程中不断测量剥离力，直至最终集流体和涂覆层彻底剥离，测得的数据精度高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术中180°剥离示意图；
图2是现有技术中90°剥离示意图；
图3是本申请的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置示意图。
附图标记：
1、集流体；2、涂覆层；10、支撑架；20、伺服电机；30、第一立柱；40、第二立柱；41、遮光片；42、弹簧；50、测力装置；51、发光二极管；52、光敏管；53、PID调节电路；54、永磁体；55、动圈；56、低通滤波电路；57、数据采集电路；58、控制系统；59、RC电路。
具体实施方式
现在结合附图对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图3所示，根据本发明的最优实施例，一种集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，包括：支撑架10，支撑架10上设有伺服电机20，伺服电机20的输出轴通过线绳连接有第一立柱30，第一立柱30的下方对应设有第二立柱40，第一立柱30和第二立柱40相对的两个端面上分别用以粘接集流体1和涂覆层2，第二立柱40上设有测力装置50，第一立柱30和第二立柱40，对应的两个端面面积相同。
测力装置50包括：
设置在第二立柱40下端的遮光片41，遮光片41的一侧对应设置有发光二极管51，在初始状态下，遮光片41遮挡发光二极管51；
测力电路，测力电路包括：光电检测电路、PID调节电路53和电磁力平衡传感器，光电检测电路包括光敏管52，光敏管52设置在第二立柱40的另一侧，光敏管52用以感知发光二极管51发光并通过光电检测电路将光信号转换为电压信号，PID调节电路53，PID调节电路53将电压信号转换为电流，电磁力平衡传感器包括：永磁体54和动圈55，电流流经动圈55，动圈55在永磁体54 作用下产生向下的作用力，第二立柱40和动圈55固定连接，电磁力平衡传感器通过弹簧42连接第二立柱40，光电检测电路引入RC电路59，通过RC电路 59缩小信号带宽，吸收电流滤波以降低噪声的干扰。
测力装置50还包括：低通滤波电路56、数据采集电路57和控制系统58。
低通滤波电路56允许低频信号通过，超过预设值的高频信号被阻隔，以降低噪声的干扰，数据采集电路57选用ADC0832芯片，将模拟信号转换为数字信号输出，控制系统58选用STM32单片机，接收数据采集电路57转换的数字信号，并将信号处理并通过LED显示。
本申请还提供一种极集流体和涂覆层之间粘结力的测量方法，使用上述的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，包括以下步骤：
步骤S1、将极片进行裁切，极片裁切后的面积和第一立柱30下端面面积相同，极片包括集流体1和设置在集流体1上的涂覆层2；
步骤S2、将集流体1完全贴合第一立柱30的下端面，将涂覆层2完全贴合第二立柱40的上端面；
步骤S3、调节伺服电机20，缓慢牵引第一立柱30上升，牵引力为F0，第一立柱30带动第二立柱40上升；
步骤S4、测力装置50通过第二立柱40上升测得拉力F1，伺服电机20不断向上拉，直至集流体1和涂覆层2脱离，测力装置50测得的拉力F1即为集流体1和涂覆层2之间的粘结力；
步骤S41、第二立柱40上升带动下端的遮光片41上升，致使发光二极管 51发出的光被发光检测电路感知，发光检测电路将光信号转换为电压信号；
步骤S42、电压信号经过PID调节电路53调节转变为电流信号；
步骤S43、电流流经动圈55，动圈55在永磁体54的作用下产生向下的电磁力，电磁力即为拉力F1；
步骤S44、动圈55带动第二立柱40下移，致使遮光片41下移至起始位置，达到电磁力平衡状态，即电流产生的电磁力F1大小等于伺服电机20产生的牵引力F0；
步骤S45、伺服电机20不断将第一立柱30向上拉，持续步骤S3-S4，直至集流体1和涂覆层2剥离，此时，测得的动圈55产生的向下的电磁力F1为集流体1和涂覆层2之间的粘结力。
工作原理如下：
在伺服电机20没有启动时，整个装置处于初始平衡状态，伺服电机20启动带动第一立柱30向上拉时，第一立柱30下端通过极片和第二立柱40相连，在第一立柱30的带动下，第二立柱40也向上运动，第二立柱40下端的遮光片 41随之上移，遮光片41上移致使光敏管52感知到发光二极管51发出的光，光信号经光电检测电路转换为电压信号，电压信号通过PID调节，向线圈提供一个与拉力成正比的电流，线圈在永磁体54磁场的作用下，将产生向下的力，带动第二立柱40向下移动，遮光片41向下移动后，使光电检测电路的输出电压减小，PID积分环节使流经动圈55的电流继续增大，直至第二立柱40带动遮光片41恢复到初始位置，此时，线圈电流在永磁场的作用下产生的力与伺服电机 20提供的拉力相等，传感器处于平衡状态，伺服电机20不断拉动第一立柱30，持续上述步骤，直至集流体1和涂覆层2剥离，此时，此时，测得的动圈55产生的向下的电磁力F1为集流体1和涂覆层2之间的粘结力。
动圈55电流I在永磁体54磁场作用下产生的电磁力与伺服电机20提供的拉力相等，电磁力平衡传感器处于平衡状态，因此，
F1＝BIL
上式中，B为永磁体54气隙中的磁感应强度，L为动圈55的导线长度。当 B、L一定时，通过测量I即可测量伺服电机20提供的拉力，本申请为动态测量过程，第二立柱40在伺服电机20和电磁平衡传感器之间不断上下移动，直至集流体1和涂覆层2剥离，测得最终的拉力值即为集流体1和涂覆层2之间的粘结力，实现集流体1和涂覆层2之间剥离力的精确测量。
本申请还通过RC电路59、低通滤波电路56减少干扰，并通过数据采集电路57输出至控制系统58，控制系统58架构对数据处理并通过LED显示集流体 1和涂覆层2之间剥离力的数值。
对比例：集流体1和涂覆层2采用180°剥离，剥离力测试结果如下表：
采用180°剥离方法，当涂覆层厚度较厚时容易出现较大弧度，弯折弧度影响测量结果的准确性，且重复性差；采用本申请的测量方法明显提高了测试结果的一致性，测量效果好。
总而言之，本申请的集流体1和涂覆层2之间粘结力的测量装置对集流体1 和涂覆层2进行整面剥离，不存在弯折弧度问题，避免现有技术中的180°或 90°剥离弯折弧度对造成测量的误差，测量更精准，本申请的测量方法，为动态测量的过程，在持续剥离的过程中不断测量剥离力，直至最终集流体1和涂覆层2彻底剥离，测得的数据精度高。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，其特征在于，包括：支撑架(10)，所述支撑架(10)上设有伺服电机(20)，所述伺服电机(20)的输出轴通过线绳连接有第一立柱(30)，所述第一立柱(30)的下方对应设有第二立柱(40)，所述第一立柱(30)和所述第二立柱(40)相对的两个端面上分别用以粘接集流体(1)和涂覆层(2)，所述第二立柱(40)上设有测力装置(50)。
2.如权利要求1所述的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，其特征在于，所述测力装置(50)包括：
设置在所述第二立柱(40)下端的遮光片(41)，所述遮光片(41)的一侧对应设置有发光二极管(51)，在初始状态下，所述遮光片(41)遮挡发光二极管(51)；
测力电路，所述测力电路包括：
光电检测电路，所述光电检测电路包括光敏管(52)，所述光敏管(52)设置在所述第二立柱(40)的另一侧，所述光敏管(52)用以感知发光二极管(51)发光并通过光电检测电路将光信号转换为电压信号；
PID调节电路(53)，所述PID调节电路(53)将所述电压信号转换为电流；
电磁力平衡传感器，所述电磁力平衡传感器包括：永磁体(54)和动圈(55)，所述电流流经动圈(55)，动圈(55)在永磁体(54)作用下产生向下的作用力，所述第二立柱(40)和所述动圈(55)固定连接。
3.如权利要求2所述的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，其特征在于，所述电磁力平衡传感器通过弹簧(42)连接所述第二立柱(40)。
4.如权利要求3所述的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，其特征在于，所述测力装置(50)还包括：
低通滤波电路(56)，所述低通滤波电路(56)允许低频信号通过，超过预设值的高频信号被阻隔，以降低噪声的干扰。
5.如权利要求4所述的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，其特征在于，所述测力装置(50)还包括：
数据采集电路(57)，所述数据采集电路(57)将模拟信号转换为数字信号输出。
6.如权利要求5所述的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，其特征在于，所述测力装置(50)还包括：
控制系统(58)，所述控制系统(58)接收数据采集电路(57)转换的数字信号，并将信号处理并通过LED显示。
7.如权利要求6所述的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，其特征在于，所述光电检测电路引入RC电路(59)，通过RC电路(59)缩小信号带宽，吸收电流滤波以降低噪声的干扰。
8.如权利要求1所述的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，其特征在于，所述第一立柱(30)和所述第二立柱(40)，对应的两个端面面积相同。
9.一种极集流体和涂覆层之间粘结力的测量方法，使用如权利要求1-8任一项所述的集流体和涂覆层之间粘结力的测量装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将极片进行裁切，极片裁切后的面积和第一立柱(30)下端面面积相同，所述极片包括集流体(1)和设置在集流体(1)上的涂覆层(2)；
步骤S2、将集流体(1)完全贴合所述第一立柱(30)的下端面，将涂覆层(2)完全贴合所述第二立柱(40)的上端面；
步骤S3、调节伺服电机(20)，缓慢牵引第一立柱(30)上升，牵引力为F0，所述第一立柱(30)带动所述第二立柱(40)上升；
步骤S4、所述测力装置(50)通过所述第二立柱(40)上升测得拉力F1，伺服电机(20)不断向上拉，直至集流体(1)和涂覆层(2)脱离，所述测力装置(50)测得的拉力F1即为集流体(1)和涂覆层(2)之间的粘结力。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：
步骤S41、所述第二立柱(40)上升带动下端的遮光片(41)上升，致使所述发光二极管(51)发出的光被发光检测电路感知，发光检测电路将光信号转换为电压信号；
步骤S42、所述电压信号经过所述PID调节电路(53)调节转变为电流信号；
步骤S43、所述电流流经动圈(55)，所述动圈(55)在永磁体(54)的作用下产生向下的电磁力，所述电磁力即为拉力F1；
步骤S44、所述动圈(55)带动所述第二立柱(40)下移，致使所述遮光片(41)下移至起始位置，达到电磁力平衡状态，即电流产生的电磁力F1大小等于伺服电机(20)产生的牵引力F0；
步骤S45、伺服电机(20)不断将第一立柱(30)向上拉，持续步骤S3-S4，直至集流体(1)和涂覆层(2)剥离，此时，测得的动圈(55)产生的向下的电磁力F1为集流体(1)和涂覆层(2)之间的粘结力。
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