CN114624180A - 一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，包括步骤：第一步，封装获得多个中空的铝塑膜袋；每个铝塑膜袋仅在一端留有开口；第二步，每个铝塑膜袋分别放入一个负极片；第三步，每个铝塑膜袋中分别加入含有痕量水的电解液，电解液没过负极片后封口密封；第四步，将全部铝塑膜袋同时放入烘箱中静置预设时长后将负极片分别取出；第五步，将多个负极片分别拆解，然后平铺展开，观察多个负极片表面的起鼓和掉皮现象，根据极片表面的起鼓和掉皮的面积大小，对比判断多个负极片的粘结力大小。本发明能够准确、可靠地批量测试多个负极片具有的活性物质粉料与负极片集流体(即箔材)之间粘结力的大小关系，发现极片粘结力的异常。

Description

一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法。

背景技术

由于锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、长循环以及无污染等优异性能，其被广泛应用于各储能领域，形成了对锂离子电池的大量需求。

在锂离子电池的设计生产过程中，负极片作为锂离子的承载体，需要保持足够的稳定性。

一方面，在负极片的生产过程中，如果负极片的活性物质与集流体之间的粘附力差，会在极片激光切或模切过程中会产生极粉条，尤其是在卷绕类型的电池装配时，如果不能够及时检出这种极粉条的存在，那么电池装配过程中的短路率将会提高，甚至在后续电池注液化成阶段，容易造成微短路，影响电池的自放电性能；

另一方面，在电池使用过程中，如果负极片的活性物质与集流体之间的粘附力差，增大了活性物质与集流体的接触距离，会造成电子电阻增大，降低电池性能，影响电池的循环寿命。

因此，准确高效地评估负极片的活性物质与集流体粘附在一起的牢固程度，意义重大，也越来越受到电池行业的重视。

目前，电池行业内采用的极片粘结力的检测方法主要有两种：第一种是定量评价手段-180°剥离法，将极片自由端对折180°，把极片自由端和试验板分别夹在上下持夹器上，在同一环境中用拉力试验机以固定速度进行连续剥离，读取剥离强度测试结果，但是，这种方法依赖于测试人员手法熟练程度，测试人员的动作，会影响施加给极片的压力大小以及胶带与极片表面分离时拉力的波动大小；第二种是定性评价法-划格法，握住切割刀具使刀垂直于试板表面，先后横着和竖着以均匀的切割速率，在极片涂层上形成规定的切割数，切割至极片箔材，形成网格，然后清除网格表面的颗粒，然后用胶带粘贴网格表面，在撕去胶带后，观察网格粉料脱落情况，但是这种方法，同样依赖于测试人员的熟练程度，例如手势及力度的影响。

鉴于在实际上，成熟的体系配方下生产出来的负极片剥离强度，在数值上很少表现出特别大的差异性，仅依据现有的剥离法及划格法这两种表征极片粘结力大小的方法，并不能很准确地判断批量负极片(即多个负极片)的极片粉料(即极片活性物质粉料)与集流体之间的粘结力大小关系(即判定谁大谁小)。另外，这两种测试方法也未充分考虑极片中粘结剂由于在电解液中的溶胀所导致的粘结作用失效，进而使得粉料脱离箔材的异常现象。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，其能够准确、可靠地批量测试多个负极片具有的活性物质粉料与负极片集流体(即箔材)之间粘结力的大小关系，及时发现极片粘结力的异常，避免负极片产生批量性质量问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法。

为此，本发明提供了一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其包括以下步骤：

第一步，通过裁剪铝塑膜并进行封装，获得多个中空的铝塑膜袋；每个铝塑膜袋仅在一端留有开口；

第二步，对于每个铝塑膜袋，通过其上的开口，分别放入一个负极片；

第三步，在每个铝塑膜袋中分别加入含有痕量水的电解液，并保证每个铝塑膜袋中的电解液没过负极片，然后将全部铝塑膜袋进行封口，实现密封；

第四步，将装有电解液及负极片的全部铝塑膜袋，同时放入一个预设温度范围的烘箱中进行静置预设时长，在静置结束后，将每个铝塑膜袋中的负极片分别取出；

第五步，将第四步取出的多个负极片分别进行拆解，然后将每个负极片平铺展开，观察多个负极片表面的起鼓和掉皮现象，根据多个负极片表面的起鼓和掉皮的面积大小，来对比判断多个负极片的粘结力大小。

优选地，在第三步中，电解液为负极片将要装配的锂离子电池中现有的电解液。

优选地，在第三步中，含有痕量水的电解液水分值保持在100-400ppm。

优选地，在第二步中，负极片是采用将要装配的锂离子电池中的负极片。

优选地，在第二步中，负极片是经过烘干的负极片。

优选地，在第二步中，多个负极片，为经过烘干后的且经过现有的拉力法测试后的结论为剥离强度差异较小的多个负极片。

优选地，在第二步中，对于任意一个铝塑膜袋，其内放入一个需要测试的负极片，铝塑膜袋的单侧留出注液管；

在通过注液管对铝塑膜袋抽真空后，再通过注液管向铝塑膜袋注入含有痕量水的电解液，保证电解液没过极片。

优选地，在第四步中，烘箱的烘烤温度为60-90℃，烘烤时间为24-36h。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其设计科学，能够准确、可靠地批量测试多个负极片具有的活性物质粉料与负极片集流体(即箔材)之间粘结力的大小关系，及时发现极片粘结力的异常，避免负极片产生批量性质量问题，具有重大的实践意义。

通过应用本发明，对于通过现有的拉力法(即剥离法)所测试得到的极片粉料与极片箔材粘附力无明显差别的多个负极片，能够快速有效地区分出多个负极片之间的粘结力大小关系。

对于本发明的方法，其是一种可模拟极片在电解液中溶胀的易行的锂离子电池负极极片粘结力的测试方法，表征手段科学直观，能够真实有效的反应负极片在锂电池实际应用过程中的极片活性物质粉料和负极片集流体箔材之间的粘结力。

附图说明

图1为本发明提供的一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法的流程图；

图2为本发明提供的一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法中，对负极片进行粘结力测试的状态示意图；

图3a为本发明提供的一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，采用的一种实施例中，拆解后的多个负极片在横向展开平铺时的一侧表面(即A面)照片；

图3b为本发明提供的一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，采用的一种实施例中，拆解后的多个负极片在横向展开平铺时的另一侧表面(即B面)照片；

图4a、图4b、图4c为采用与本发明实施例相同型号的三个负极片，分别制备获得的三个电池(电池I、电池II和电池III)在经过化成并拆解后，分别获得的负极片在横向展开平铺时的一侧表面(即A面)照片；

图5a、图5b、图5c分别为采用与本发明实施例相同型号的三个负极片，分别制备获得的三个电池(电池I、电池II和电池III)，在经过化成并拆解后，分别获得的负极片在横向展开平铺时的另一侧表面(即B面)照片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1、图2，本发明提供了一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，包括以下步骤：

第一步，通过裁剪铝塑膜并进行封装，获得多个中空的铝塑膜袋；每个铝塑膜袋仅在一端留有开口；也就是说，铝塑膜袋三面封口，留一面不封口；

在第一步中，铝塑膜采用常见的软包及聚合物电池所用的铝塑膜，具有密封效果，避免泄漏。

第二步，对于每个铝塑膜袋，通过其上的开口，分别放入一个负极片(即一共放入多个负极片)；

第三步，在每个铝塑膜袋中分别加入含有痕量水的电解液，并保证每个铝塑膜袋中的电解液没过负极片(即负极片完全浸润在电解液中)，然后将全部铝塑膜袋进行封口，实现密封；

在第三步中，具体实现上，通过对电解液进行痕量水处理，得到含有痕量水的电解液。痕量水处理操作，具体可以为：取水分合格的常规电解液(水分含量要求＜20ppm)倒入烧杯，敞口暴露于相对湿度为10％的环境中1-2h，对电解液进行吸水处理，从而得到含有痕量水的电解液；

在本发明中，本发明电解液的水含量超过常规电解液(常规电解液的水分含量要求＜20ppm)的水含量。在本发明中，电解液要求具有100-400ppm的水含量，目的是为了加速负极片中粘结剂的吸湿及溶胀效果，使其能够在短时间内对比出极片在电解液中浸泡后的敷料与箔材之间的粘结力大小。

第四步，将装有电解液及负极片的全部铝塑膜袋，同时放入一个预设温度范围的烘箱中静置预设时长，在静置结束后，将每个铝塑膜袋中的负极片分别取出；

在第四步中，为节省实验时间，选取烘箱温度为60-90℃，烘烤时间(即静置时间)为24-36h，目的使极片有充足时间得到电解液浸润；

第五步，将第四步取出的多个负极片分别进行拆解，然后将每个负极片平铺展开，观察多个负极片表面(具体包括上下两侧表面)的起鼓和掉皮现象，根据多个负极片表面的起鼓和掉皮的面积大小，来对比判断多个负极片的粘结力(即负极片具有的活性物质粉料与负极片集流体之间的粘结力)大小。

其中，对于负极片，起鼓和掉皮的面积越大，则负极片的粘结力越小；如果起鼓和掉皮的面积越小，则负极片的粘结力越大。

需要说明的是，当负极片的粘结力差时，负极片的起鼓和掉皮现象，是同时存在的。

需要说明的是，负极片表面起鼓和掉片现象的发生原因，是因为负极中敷料与箔材之间的粘结力失效。

在第三步中，具体实现上，电解液为现有锂离子电池中常规的电解液，具体可以是负极片将要装配的锂离子电池中现有的电解液，本发明对此没有特别限定。

在第三步中，具体实现上，含有痕量水的电解液水分值保持在100-400ppm。

在第一步中，具体实现上，封装好的铝塑膜袋的尺寸，可根据需要放入的负极片的尺寸大小，进行相应的调整。

在第二步中，具体实现上，负极片，是采用将要装配的锂离子电池(例如方型卷绕结构磷酸铁锂电池)中的负极片卷绕方式，所卷绕获得的负极片。

在第二步中，具体实现上，负极片优选是经过烘干的负极片。需要说明的是，对于本发明，之所以选用经过烘干的负极片，目的是让负极片的水分含量满足≤260ppm的要求。

在第二步中，具体实现上，多个负极片，优选为经过烘干后的且经过现有的拉力法(即剥离法)测试后的结论为剥离强度相当(即剥离强度差异较小，具体的任意两个负极片的剥离强度差异值，可以根据用户的需要设定)的多个负极片。

在第二步中，剥离强度相当的多个负极片，具体为：剥离力(即拉力)测试值均满足粘结力≥30gf要求，并且任意两个负极片的粘结力偏差值在±20％以内的多个负极片；

在第二步中，具体实现上，参见图2所示，对于任意一个铝塑膜袋1，其内放入一个需要测试的负极片2，铝塑膜袋1的单侧留出注液管4；

在通过注液管4对铝塑膜袋1抽真空后(例如通过真空泵)，再通过注液管4向铝塑膜袋1注入含有痕量水的电解液3，保证电解液3没过极片。

具体实现上，注液管4在完成电解液的注入操作后，其外侧端开口插入有一个堵头5。

在第四步中，具体实现上，烘箱的烘烤温度为60-90℃，烘烤时间为24-36h。

需要说明的是，对于本发明，烘箱的烘烤温度，设置为等同于电池在装配后电芯极组的烘干温度；烘烤时间，设置为等同于电池在注液后的浸润静置时间。

在第五步中，具体实现上，静置时间结束后通过倒出电解液，再对负极片进行拆解，根据观察到的负极片表面起鼓和掉皮的面积大小，判定极片的活性物质粉料(即活性物质涂层)与负极片集流体(即箔材)之间的粘结强度。

基于以上技术方案可知，对于本发明，其通过将烘干后的多个负极片，分别浸泡在含有痕量水的电解液中，然后使用铝塑膜进行封装，再置于高温烘箱中进行预设时长的烘烤，然后拆解观察多个负极片表面的起鼓和掉皮面积，来对比判断多个负极片粘结性差异，其中，如果某个负极片的起鼓和掉皮面积大，则该负极片粘结性差，如果某个负极片的起鼓和掉皮面积小，则该负极片粘结性好。

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面通过具体实施例来说明本发明的技术方案。

实施例。

准备同一型号的锂离子电池的多个负极片样品，以同一型号方型卷绕结构磷酸铁锂电池在不同时间段生产的石墨负极片为例，多个负极片通过拉力法(即剥离法)测得的活性物粉料与负极片集流体(即箔材)之间的粘结力大小如下表1所示。

表1：四批极片式样的粘结力大小对比表。

从表1可以看出：通过现有的拉力法(即剥离法)测试后，这多个负极片的粘结力强度差异性不大，无法通过粘结力值大小，来预判这多个负极片所组装成的电池在化成后的掉粉严重程度。

在本实施例中，基于本发明提供的一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，具体包括以下步骤：

第一步，制备含有100ppm水分的磷酸铁锂电池常规电解液；

第二步，封装获得尺寸为200*200(mm²)铝塑膜袋，将该型号卷绕结构电池的负极片式样A、式样B、式样C和式样D，以相同卷绕方式放入铝塑膜中，注入电解液中，将负极片整体没过，铝塑膜进行密封处理；

第三步，将密封好的铝塑膜袋，置于85℃烘箱中搁置24h，拆解负极片，如图3a、图3b所示，其中负极片式样A、负极片式样B在浸泡后，极片粉料层出现大面积起皮和脱落现象；负极片式样C在浸泡后，极片粉料层无明显的起皮现象；负极片式样D在浸泡后，只在极片弯折受损位置有轻微点状掉粉，且点状掉粉周边粉料粘接依然比较好。说明对于经过含有痕量水的电解液浸泡后的这四个负极片，表面起鼓和脱落面积严重的式样A/B的极片粘结性差。

将实施例中选用的极片式样A、C、D分别与预先选定的该型号电池(即方型卷绕结构磷酸铁锂电池)的正极、隔膜，通过卷绕机卷绕成三个电极组，将得到的三个电极组分别放入一个电池壳中，再按照3.6g/Ah的注入量(注液量由该型号电池工艺生产线来设定，满足电池长循环寿命要求)，注入水分合格的常规电解液，密封制成锂离子电池I、锂离子电池II和锂离子电池III，按照现有的化成工艺对锂离子电池I、锂离子电池II和锂离子电池III进行化成处理。

在三个电池化成结束后，分别将三个电池拆解，将拆解后的负极片平铺展开，以负极片表面粉料起鼓/掉皮面积大小，对式样A、式样C、式样D通过本发明对比出的粘结性大小进行验证，拆解结果如图4a、图4b和图4c以及图5a、图5b、图5c所示，式样A极片对应电池I化成后拆解，负极片每一折均有不同程度的起皮掉料现象，很严重；式样C和D极片对应电池Ⅱ及电池Ⅲ，在化成后拆解，极片状态良好，未发现起鼓和掉粉现象；因此，实际电池的拆解结果，能够与采用本发明技术方案的实施例中第三步中的负极片状态吻合，说明本发明的测试方法，能够较好的提前预判批量性的不同批次负极片的活性物质粉料(即活性物质涂层)与负极片集流体(即箔材)之间的粘结性大小(即粘结强度大小)。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其设计科学，能够准确、可靠地批量测试多个负极片具有的活性物质粉料与负极片集流体(即箔材)之间粘结力的大小关系，及时发现极片粘结力的异常，避免负极片产生批量性质量问题，具有重大的实践意义。

通过应用本发明，对于通过现有的拉力法(即剥离法)所测试得到的极片粉料与极片箔材粘附力无明显差别的多个负极片，能够快速有效地区分出多个负极片之间的粘结力大小关系。

对于本发明的方法，其是一种可模拟极片在电解液中溶胀的易行的锂离子电池负极极片粘结力的测试方法，表征手段科学直观，能够真实有效的反应负极片在锂电池实际应用过程中的极片活性物质粉料和负极片集流体箔材之间的粘结力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，通过裁剪铝塑膜并进行封装，获得多个中空的铝塑膜袋；每个铝塑膜袋仅在一端留有开口；

第二步，对于每个铝塑膜袋，通过其上的开口，分别放入一个负极片；

第三步，在每个铝塑膜袋中分别加入含有痕量水的电解液，并保证每个铝塑膜袋中的电解液没过负极片，然后将全部铝塑膜袋进行封口，实现密封；

第四步，将装有电解液及负极片的全部铝塑膜袋，同时放入一个预设温度范围的烘箱中进行静置预设时长，在静置结束后，将每个铝塑膜袋中的负极片分别取出；

第五步，将第四步取出的多个负极片分别进行拆解，然后将每个负极片平铺展开，观察多个负极片表面的起鼓和掉皮现象，根据多个负极片表面的起鼓和掉皮的面积大小，来对比判断多个负极片的粘结力大小。

2.如权利要求1所述的对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其特征在于，在第三步中，电解液为负极片将要装配的锂离子电池中现有的电解液。

3.如权利要求1所述的对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其特征在于，在第三步中，含有痕量水的电解液水分值保持在100-400ppm。

4.如权利要求1所述的对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其特征在于，在第二步中，负极片是采用将要装配的锂离子电池中的负极片。

5.如权利要求1所述的对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其特征在于，在第二步中，负极片是经过烘干的负极片。

6.如权利要求1所述的对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其特征在于，在第二步中，多个负极片，为经过烘干后的且经过现有的拉力法测试后的结论为剥离强度差异较小的多个负极片。

7.如权利要求1所述的对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其特征在于，在第二步中，对于任意一个铝塑膜袋(1)，其内放入一个需要测试的负极片(2)，铝塑膜袋(1)的单侧留出注液管(4)；

在通过注液管(4)对铝塑膜袋(1)抽真空后，再通过注液管(4)向铝塑膜袋(1)注入含有痕量水的电解液(3)，保证电解液(3)没过极片。

8.如权利要求1至7中任一项所述的对比判断锂离子电池负极片粘结力大小的方法，其特征在于，在第四步中，烘箱的烘烤温度为60-90℃，烘烤时间为24-36h。

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