CN116165119A - 一种全极耳揉平工序的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全极耳揉平工序的评估方法，属于电池检测技术领域；其包括以下步骤：揉平，对电芯的全极耳进行机械揉平；孔隙率测试，对全极耳的多区域进行孔隙率测试；全极耳质量评估，通过孔隙率估计全极耳的均一性以及电芯的注液效率，从而评估全极耳的加工质量。本发明能够通过计算不同测试区域的孔隙率的方差，即可得到一全极耳的均一性数值，判断全极耳的揉平加工质量。通过改变揉平头进给速度和揉平量，调节全极耳的揉平加工质量。同时，可以根据不同全极耳的平均孔隙率估计电芯注液所需时间，孔隙率越大，电芯的注液时间越短。
Description
技术领域
本发明涉及电池检测技术领域，尤其涉及一种全极耳揉平工序的评估方法。
背景技术
全极耳电池又称为无全极耳电池，是一种直接从正负极片留白区引出全极耳的电池。与传统的单全极耳及多全极耳电池相比，全极耳电池具有内阻低、发热少、过流能力强等优点。全极耳圆柱电池相对于传统圆柱，制作工序上新增一道全极耳揉平工序。
全极耳电池制作过程中，需要对卷芯的全极耳进行揉平后，再与集流片/盘焊接，为保证后续焊接工序，卷芯揉平后断面要求平整易于后续焊接。目前常见的全极耳揉平方案为机械揉平，通过揉平头直接接触揉平全极耳。
全极耳的揉平质量直接影响到电芯表面的均一性和注液效率，缺乏一种量化分析和评估全极耳的揉平质量的方法。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种全极耳揉平工序的评估方法，用以解决在现有锂电池生产过程中缺乏一种量化分析和评估全极耳的揉平质量的方法的问题。
本发明提供一种全极耳揉平工序的评估方法，包括以下步骤：
揉平，对电芯的全极耳进行机械揉平；
孔隙率测试，对全极耳的多区域进行孔隙率测试；
全极耳质量评估，通过孔隙率估计全极耳的均一性以及电芯的注液效率，从而评估全极耳的加工质量。
进一步的，在全极耳质量评估时，通过计算不同测试区域的孔隙率的方差即可得到一全极耳的均一性数值。
进一步的，在全极耳质量评估时，孔隙率越大，电芯的注液时间越短。
进一步的，在进行孔隙率测试时，采用压汞法、显微测量法或者浸渍法。
进一步的，在使用压汞法时，将压汞仪的探头对准全极耳的取样区域，施加压力后，通过测出压入时的汞压力，即可得到对应取样区域的孔隙率。
进一步的，在使用显微测量法时，采用一定倍率的金相显微镜直接观察全极耳取样区域的表面间隙，即可得到对应取样区域的孔隙率。
进一步的，在使用浸渍法时，将相应试液滴到全极耳的取样区域上，试液渗入到试样区域的孔隙中，在全极耳表面产生有色斑点，即可得到对应取样区域的孔隙率。
进一步的，所述电芯的直径或者截面尺寸可以在任意范围内选择。
进一步的，在孔隙率测试时，全极耳的多取样区域间隔设置，以供覆盖全极耳的所有揉平区域。
进一步的，所述取样区域为圆形、方形或者三角形。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明中揉平量和孔隙率的规律折线图；
图3为本发明中孔隙率和注液时间的规律折线图。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明的一种全极耳揉平工序的评估方法，通过在卷芯的全极耳上选取多个区域，进行孔隙率测试，通过计算不同测试区域的孔隙率的方差，即可得到一全极耳的均一性数值，判断全极耳的揉平加工质量。通过改变揉平头进给速度和揉平量，可以调节全极耳的揉平加工质量。同时，可以根据不同全极耳的平均孔隙率估计电芯注液所需时间，孔隙率越大，电芯的注液时间越短。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本实施例中的一种全极耳揉平工序的评估方法，涉及电池检测技术领域，通过测量全极耳表面的孔隙率来评估电芯的揉平质量。
请参阅图1，本实施例中的一种全极耳揉平工序的评估方法，包括以下步骤：揉平，采用揉平头与电芯的全极耳直接接触，并进行机械揉平。孔隙率测试，在卷芯的全极耳上选取多个区域，进行孔隙率测试。全极耳质量评估，通过计算不同测试区域的孔隙率的方差，即可得到一全极耳的均一性数值，判断全极耳的揉平加工质量。通过改变揉平头进给速度和揉平量，调节全极耳的揉平加工质量。同时，可以根据不同全极耳的平均孔隙率估计电芯注液所需时间，孔隙率越大，电芯的注液时间越短，从而评估全极耳的加工质量。
需要说明的是:电芯的直径或者截面尺寸可以在任意范围内选择,电芯的外形尺寸不视为对本申请中相应评估方法的限制，在一般情况下，圆柱形电芯和方形电芯都可借助本申请中的评估方法来测试全极耳的揉平质量。
在孔隙率测试时，需要在全极耳上选取多个间隔的取样区域，确保取样区域可以覆盖整个全极耳的所有揉平区域，从而可以分别代表同一全极耳各个位置的揉平情况，从而反映同一全极耳表面的均一性，进而反馈一段时间内，揉平头的加工质量。在具体实施过程中，取样区域为方形、圆形或者三角形，取样区域规则，可以便于孔隙率的检测。
在进行孔隙率测试时，可采用压汞法、显微测量法或者浸渍法来对全极耳的取样区域来进行孔隙率检测。
作为其中的一种实施方式，采用压汞法检测孔隙率：选用一定规格的压汞仪，将压汞仪的探头对准对应的取样区域，探头对采样区域施加定量的汞液压力，企图将汞液压入到全极耳中，取样区域的孔隙形成毛细管道，毛细管与汞的接触面会产生与外界压力方向相反的毛细管力，阻碍汞进入毛细管。当压力增大至大于毛细管力时，汞才会继续侵入孔隙。因此，外界施加的一个压力值便可度量相应的孔径的大小。注汞过程是一个动态平衡过程，注入压力就近似等于毛细管压力，所对应的毛细管半径为孔隙喉道半径，进入孔隙中的汞体积即该喉道所连通的孔隙体积。不断改变注汞压力，就可以得到毛管压力曲线，其计算公式为：
式中，
Pc——毛细管压力，MPa；
σ——汞与空气的界面张力，N/m；
θ——汞与材料的润湿角，变化为135°～142°；
r——孔隙半径，μm。
可得孔隙半径r所对应的毛管压力为：
当注汞压力从P1增大到P2，则对应孔径由r1减小至r2，而这一阶段的注汞量则是在两种孔径之间的孔对应的孔体积。在注汞压力连续增大时，就可测出不同孔径的进汞量。但真实状况下的材料，孔隙结构复杂，除了连通孔外，材料中可能还有一些死孔隙，这些孔汞无法进入，因此压汞法无法探测死孔隙。
在低压注汞结束后，汞充满膨胀计样品杯和膨胀计的毛细管。由于汞自身是导电物质，膨胀计内的汞和外部金属镀层相当于电容器两端的金属板；而其毛细管(一般为耐高压玻璃)相当于绝缘板。实验过程中，汞被压入取样区域，导致膨胀计毛细管中汞柱长度发生变化，从而引起电容器电量变化。传感器采集电量信息并转化为汞的变化量，进而测量孔隙特征，模拟相关图谱，计算孔隙率等数据。
作为其中的一种实施方式，采用显微测量法检测孔隙率：将全极耳的装夹于一定倍率的金相显微镜上，利用金相显微镜直接对取样区域的进行观察表面孔隙，统计单面面积上的孔隙数量，进而得出孔隙率。
作为其中的一种实施方式，采用浸渍法检测孔隙率：首先在全极耳的取样区域涂上显色试剂，显色试剂为化学染料试剂，化学染料试剂具有巨大的比表面积和化学活性，染料分子通过氧化膜的物理和化学吸附积存于取样区域的表面而显色。染料渗入到试样区域的孔隙中，在全极耳表面产生有色斑点，对有色斑点多少和大小进行统计,就可以得到取样区域的孔隙率。
实施例1
1.选择正极留白区为8mm宽的32mm直径的卷芯，揉平机上揉平后的全极耳高度为4mm，揉平机以恒力和中速揉平全极耳后，在全极耳上选取四个等面积的取样区域，进行测试，得到四个样品数据。
| 样品 | 1# | 2# | 3# | 4# |
| 孔隙率/％ | 84.46 | 84.51 | 84.32 | 85.02 |
平均数：M＝(X1+X2+X3+X4)/4＝84.58％；
方差公式：S^2＝〈(X1-M)^2+(X2-M)^2+(X3-M)^2+(X4-M)^2〉/n＝0.000045；
根据数据得到孔隙率的平均值为84.58％；孔隙率的方差为0.000045。
2.选择正极留白区为8mm宽的32mm直径的卷芯，揉平机上揉平后的全极耳高度为4mm，揉平机以恒力和较高速揉平全极耳后，在全极耳上选取四个等面积的取样区域，进行测试，得到四个样品数据。
| 样品 | 5# | 6# | 7# | 8# |
| 孔隙率/％ | 82.72 | 83.48 | 85.55 | 82.98 |
平均数：M＝(X5+X6+X7+X8)/4＝83.68％；
方差公式：S^2＝〈(X5-M)^2+(X6-M)^2+(X7-M)^2+(X8-M)^2〉/n＝0.000124；
根据数据得到孔隙率的平均值为83.68％；孔隙率的方差为0.000124。
3.选择正极留白区为8mm宽的32mm直径的卷芯，揉平机上揉平后的全极耳高度为4mm，揉平机以恒力和较低速揉平全极耳后，在全极耳上选取四个等面积的取样区域，进行测试，得到四个样品数据。
| 样品 | 9# | 10# | 11# | 12# |
| 孔隙率/％ | 85.49 | 85.41 | 85.26 | 85.82 |
平均数：M＝(X9+X10+X11+X12)/4＝85.50％；
方差公式：S^2＝〈(X9-M)^2+(X10-M)^2+(X11-M)^2+(X12-M)^2〉/n＝0.000004；
根据数据得到孔隙率的平均值为85.50％；孔隙率的方差为0.000004。
根据以上试验数据可以知，揉平速度的加工速度的快慢直接影响着全极耳表面的孔隙率的平均值的高低，且加工速度越快，孔隙率的平均值越低，基本与理论事实相验证。
同时，可以得知，揉平速度的快慢也直接影响到全极耳孔隙率的均一性，揉平速度过快容易造成极片外翻、褶皱，从而影响孔隙率的均一性。从数据可知，速度越快，孔隙率的方差越大，孔隙率的均一性越差。
由上可知，在电池卷芯生产或者研发过程中，可以对全极耳上的多区域进行孔隙率测量，从而量化全极耳的均一性，进而评估揉平头的揉平质量。另外，也可以根据量化的全极耳均一性来选择揉平速度，兼顾揉平效率和揉平质量。
实施例2
选择正极留白区域为8mm宽的32mm直径的卷芯多个，通过改变揉平全极耳的高度，来调节揉平量(背吃刀量)，从而改变揉平头相对全极耳的抵压力。揉平机以不同揉平量等速揉平全极耳后，对全极耳的取样区域进行孔隙率测试并得到对应的平均孔隙率数据。
| 揉平量 | 2.0mm | 1.8mm | 1.7m | 1.5mm |
| 孔隙率/％ | 83.59 | 83.78 | 83.81 | 84.02 |
| 揉平量 | 1.3mm | 1.2mm | 1.0mm | 0.8mm |
| 孔隙率/％ | 84.35 | 84.37 | 84.57 | 84.92 |
| 揉平量 | 0.7mm | 0.5mm | ||
| 孔隙率/％ | 85.03 | 85.31 |
请参阅图2，根据以上数据可做出以下折线图表，对揉平量和孔隙率的规律进行表达：
由图可知，揉平机的揉平量越大，揉平头相对全极耳的揉平量就越大，使得孔隙率就越小。在电池卷芯生产或者研发过程中，可以通过调节揉平量来调节全极耳的孔隙率。
实施例3
选择不同孔隙率的全极耳卷芯进行注液时间测试，得到以下数据：
| 孔隙率/％ | 83.59 | 83.78 | 83.81 | 84.02 |
| 注液时间/min | 26 | 26 | 25 | 25 |
| 孔隙率/％ | 84.35 | 84.37 | 84.57 | 84.92 |
| 注液时间/min | 24 | 23 | 23 | 20 |
| 孔隙率/％ | 85.03 | 85.31 | ||
| 注液时间/min | 19 | 18 |
请参阅图3，根据以上数据可做出以下折线图表，对孔隙率和注液时间的规律进行表达：
由图可知，全极耳的孔隙率与注液时间反相关，孔隙率越大，注液时间越短。
在电池研发过程中，可以通过在无需注液的情况下，通过测量全极耳的孔隙率，来估计注液时间，进行反馈设计，可以缩短研发时间，降低研发成本。
在电池批量生产过程中，可以通过测量卷芯样品的全极耳的孔隙率，得到揉平头的加工质量，并通过改变揉平速度和揉平量，对揉平头的加工质量进行调节。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明之内。
Claims (10)
1.一种全极耳揉平工序的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
揉平，对电芯的全极耳进行机械揉平；
孔隙率测试，对全极耳的多区域进行孔隙率测试；
全极耳质量评估，通过孔隙率估计全极耳的均一性以及电芯的注液效率，从而评估全极耳的加工质量。
2.根据权利要求1所述的一种全极耳揉平工序的评估方法，其特征在于，在全极耳质量评估时，通过计算不同测试区域的孔隙率的方差即可得到一全极耳的均一性数值。
3.根据权利要求1或2所述的一种全极耳揉平工序的评估方法，其特征在于，在全极耳质量评估时，孔隙率越大，电芯的注液时间越短。
4.根据权利要求1所述的一种全极耳揉平工序的评估方法，其特征在于，在进行孔隙率测试时，采用压汞法、显微测量法或者浸渍法。
5.根据权利要求4所述的一种全极耳揉平工序的评估方法，其特征在于，在使用压汞法时，将压汞仪的探头对准全极耳的取样区域，施加压力后，通过测出压入时的汞压力，即可得到对应取样区域的孔隙率。
6.根据权利要求4所述的一种全极耳揉平工序的评估方法，其特征在于，在使用显微测量法时，采用一定倍率的金相显微镜直接观察全极耳取样区域的表面间隙，即可得到对应取样区域的孔隙率。
7.根据权利要求4所述的一种全极耳揉平工序的评估方法，其特征在于，在使用浸渍法时，将相应试液滴到全极耳的取样区域上，试液渗入到试样区域的孔隙中，在全极耳表面产生有色斑点，即可得到对应取样区域的孔隙率。
8.根据权利要求1所述的一种全极耳揉平工序的评估方法，其特征在于，所述电芯的直径或者截面尺寸可以在任意范围内选择。
9.根据权利要求1所述的一种全极耳揉平工序的评估方法，其特征在于，在孔隙率测试时，全极耳的多取样区域间隔设置，以供覆盖全极耳的所有揉平区域。
10.根据权利要求9所述的一种全极耳揉平工序的评估方法，其特征在于，所述取样区域为方形、圆形或者三角形。
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