锂电池的极片或隔膜的孔隙率测试的装置及方法与流程

1.本发明属于电池孔隙率测试的技术领域，尤其涉及一种锂电池的极片或隔膜的孔隙率测试的装置及方法。


背景技术：

2.当前新能源产业对锂离子电池体积能量密度、倍率充放电性能、循环寿命等性能提出了更高的要求，而锂电池极片和隔膜的孔隙率对锂电池的多项性能都有着直接和间接的影响。
3.传统评测极片/隔膜孔隙率的方法是压汞仪法，依靠外加压力使汞克服表面张力进入极片/隔膜孔隙来测定极片/隔膜的孔隙孔径和孔隙分布；增大外界压力时，可使汞蒸汽进入更小的气孔，进入气孔的汞量也就愈多，当汞在气孔中的表面张力与外加压力达到平衡时，就可以计算出极片/隔膜的孔体积，从而计算出极片/隔膜的孔隙率。
4.其至少存在以下缺陷：
5.测试完成后对汞的处理麻烦，如，完成测试后附带汞蒸气的样品的处理非常麻烦。
6.2.测试成本较高，如，压汞仪设备本身比较昂贵(约40万rmb)，每次测试产生成本也很高(400
‑
600rmb/次)，无法满足工业化生产所需成本要求。
7.3.传统方法测试极片孔隙率的时间很长，且对测试人员操作的熟练度以及测试环境均有非常高的要求，无法满足工业化生产所需效率要求。
8.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种锂电池的极片或隔膜的孔隙率测试的装置，解决现有技术的产品测试锂电池的极片或隔膜孔隙率麻烦或成本高的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：
10.提供一种锂电池的极片或隔膜的孔隙率测试的装置，适应于锂电池的性能测试，包括支架、溶液瓶、悬挂绳、电子称重装置和控制器，其中：
11.所述电子称重装置放置在所述支架上，且与所述控制器电连接，并通过显示屏进行显示；
12.所述溶液瓶放置在所述电子称重装置上，并载有预设重量的溶液；
13.所述悬挂绳一端与所述支架顶部连接，一端与锂电池的极片或隔膜连接，通过所述电子称重装置称取所述溶液瓶的重量能够确定极片或隔膜的孔隙率。
14.在一个优选或可选的实施方式中，所述溶液瓶内的溶液为水。
15.在一个优选或可选的实施方式中，所述支架包括底座和支撑杆，所述底座与所述支撑杆一体式或可拆卸的方式连接。
16.在一个优选或可选的实施方式中，所述支撑杆为l型结构设置，并与所述悬挂绳一端连接。
17.在一个优选或可选的实施方式中，所述悬挂绳为刚性绳。
18.其次是提供一种锂电池的极片或隔膜的孔隙率测试的方法，适应于锂电池的性能测试，所述方法包括：
19.搭建支撑架，在所述支撑架上放置电子天平，所述电子天平与控制器连接，并通过显示屏进行显示；
20.选取预设容积的溶液瓶并加入预设重量的溶液且不加满，将悬挂绳的一端与所述支撑架的顶端连接，并部分进入所述溶液瓶的溶液中，并记录电子天平重量，即为，m0；
21.将悬挂绳的一端连接有锂电池的极片或隔膜，并将其完全浸没在所述溶液瓶的溶液中且不与所述溶液瓶接触，记录极片或隔膜样刚刚浸泡水时的质量m1；
22.保持极片或隔膜浸泡在水中，持续记录直至极片或隔膜的质量保持恒定，即为，恒定重量m2；
23.根据所述m0、m1和m2确定锂电池极片或隔膜的孔隙率。
24.在一个优选或可选的实施方式中，根据所述m0、m1和m2确定确定锂电池极片或隔膜的孔隙率的方法包括：
25.确定初始状态下或刚入没入水中的极片或隔膜的体积v1，满足：m1‑
m0＝ρv1；
26.确定极片/隔膜重量不发生变化时的体积v2，满足：m2‑
m0＝ρv2；
27.计算极片/隔膜孔隙率，满足：其中：v0为
28.v0为测试极片中箔材体积，m
f
为箔材的面密度，ρ
f
为箔材密度，l为测试极片长度，w为极片宽度。
29.在一个优选或可选的实施方式中，测试薄膜孔隙率时不进行箔材工艺加工，v0为0。
30.在一个优选或可选的实施方式中，在负压环境下进行溶液瓶重量的称取，加快溶液瓶内溶液在极片/隔膜上的扩散速率。
31.与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
32.本案所提供结构，利用排水法可以实现准确、安全、高效、低成本的测试极片和隔膜的孔隙率，替代压汞仪法的测试，有效保障生产的极片和隔膜孔隙率的一致性，从而为锂电池工业化大生产提供技术支持，且无需对测试的样品进行处理。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为发明装置整体的示意图；
35.其中：1、底座；2、支撑杆；3、悬挂绳；4、溶液瓶；5、电子称重装置。
具体实施方式
36.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书
所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。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。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
38.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
39.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
40.如图1所示的锂电池的极片或隔膜的孔隙率测试的装置，适应于锂电池的性能测试，包括支架、溶液瓶4、悬挂绳3、电子称重装置和控制器，其中：
41.电子称重装置放置在支架上，且与控制器电连接，并通过显示屏进行显示；
42.溶液瓶4放置在电子称重装置上，并载有预设重量的溶液，溶液瓶4内的溶液优选的为水溶液，成本低且在测试后易于处理，并不会造成环境的二次污染；
43.悬挂绳3可以是多根，一端与支架顶部连接，一端与锂电池的极片或隔膜连接，悬挂绳3如使用铁丝，一端成弯钩，以勾住或拖住极片，通过电子称重装置称取溶液瓶4的重量能够确定极片或隔膜的孔隙率。
44.作为本案所提供的具体实施方式，支架包括底座1和支撑杆2，底座1与支撑杆2一体式或可拆卸的方式连接。例如，支撑杆2为l型结构设置，并与悬挂绳3一端连接。
45.作为本案所提供的具体实施方式，悬挂绳3为刚性绳。弹性绳或柔性绳自己具有弹性，如，弹力满足胡克原理，对测试有影响。本案是利用排水法进行测量，需要记录起初和终止时刻的溶液瓶4重量，并通过浮力公式进行计算，如使用弹性绳或柔性绳，弹力的存在导致测试结果偏差较大。本案的方法为后续锂电池注液率的计算提供参考数据。
46.另一方面提供一种锂电池的极片或隔膜的孔隙率测试的方法，适应于锂电池的性能测试，所述方法包括：
47.搭建支撑架，在支撑架上放置电子天平，电子天平与控制器连接，并通过显示屏进行显示；
48.选取预设容积的溶液瓶4并加入预设重量的溶液且不加满，将悬挂绳3的一端与支撑架的顶端连接，并部分进入溶液瓶4的溶液中，并记录电子天平重量，即为，m0；
49.将悬挂绳3的一端连接有锂电池的极片或隔膜，如，悬挂绳3绑在极片或隔膜的中央区域，并将其完全浸没在溶液瓶4的溶液中且不与溶液瓶4接触，记录极片或隔膜样刚刚浸泡水时的质量m1；
50.保持极片或隔膜浸泡在水中，持续记录直至极片或隔膜的质量保持恒定，即为，恒定重量m2；
51.根据m0、m1和m2确定锂电池极片或隔膜的孔隙率，具体的，如下：
52.确定初始状态下或刚入没入水中的极片或隔膜的体积v1，满足：；
53.确定极片/隔膜重量不发生变化时的体积v2，满足：m2‑
m0＝ρv2；
54.计算极片/隔膜孔隙率，满足：其中：
55.v0为测试极片中箔材体积，为箔材的面密度，为箔材密度，l为测试极片长度，为极片宽度。
56.作为本案所提供的具体实施方式，测试薄膜孔隙率时不进行箔材工艺加工，因此，v0为0。
57.作为本案所提供的具体实施方式，在负压环境下进行溶液瓶4重量的称取，加快溶液瓶4内溶液在极片/隔膜上的扩散速率。
58.本案的方法与传统测试方法相比：
59.1、无需使用重金属汞，测试样品后处理也无需使用硫等危化品，整个过程更加安全、高效。
60.2.在实验装置的搭载，实验设备的操作上也更加简单，对实验人员的要求也更低。
61.3、由于整个测试周期远低于传统测试方法，且整个测试过程费用也远低于传统测试方法，因而更加适合工业化生产对极片/隔膜品质管控的检测。
62.以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。