一种粉末颗粒破碎强度的评估方法与流程

1.本发明涉及电池材料特性检测技术领域，特别是指一种粉末颗粒破碎强度的评估方法。


背景技术：

2.锂离子电池在充放电过程中，随着锂离子在负极的嵌入和脱出，会使电芯发生膨胀和收缩。过大的膨胀会造成电芯材料颗粒的破碎，严重影响电芯的性能。因此，准确有效地评估电芯材料颗粒的力学性能，对于保持电池质量的可靠性和一致性有着重大意义。
3.现有技术中，对于电芯材料颗粒的破碎强度的评估方法，是将电芯材料颗粒的粉末进行压缩后，使用扫描电镜分析该粉末是否破裂，这种方法成本高、操作复杂。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种粉末颗粒破碎强度的评估方法，通过低成本、易操作的方式实现对粉末颗粒破碎强度的测量与评估。
5.为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种粉末颗粒破碎强度的评估方法，将电芯材料颗粒的粉末样品振实后，对粉末样品进行连续的加压-卸压循环压缩实验，测得施加不同压强时粉末样品的厚度反弹值，绘制粉末样品的压强-厚度反弹值关系曲线，以曲线的最高点为粉末样品发生破碎的压强临界点。
6.上述方法在具体实施时，使用压实密度仪和粉末电阻仪，包括以下步骤：步骤一、取电芯材料颗粒的粉末样品倒入治具中，将治具放入压实密度仪预先振实粉末；步骤二、将治具放入粉末电阻仪，启用粉末电阻仪的卸压模式，并设置预置压强值p0、施压范围p
min
~p
max
、压强步进值p和保压时长t，开始测试；步骤三、粉末样品进行加压-卸压循环压缩实验，先对粉末施加压强p1并持续一个保压时长t，测试得到粉末厚度l
加压1
；再降低压强至p0并持续一个保压时长t，测试得到粉末厚度l
卸压1
；每经过一次加压-卸压过程，对粉末施加的压强增加一个压强步进值p，且p1=p
min
，如此循环，直至对粉末施加的压强达到施压范围的最大值p
max
，得到数组[pn，l
加压n
，l
卸压n
]，n为测试的次数；步骤四、根据步骤三中每次测试得到的数组[pn，l
加压n
，l
卸压n
]计算厚度反弹值δln=l
卸压n-l
加压n
（n为测试的次数），并绘制出压强-厚度反弹值关系曲线，曲线的最高点为粉末样品发生破碎的压强临界点。
[0007]
所述步骤一中，粉末样品的铺设厚度为0.5mm。
[0008]
所述步骤2中，p0为1mpa，p
min
为20mpa，p
max
为200mpa，p为20mpa，t为10s。
[0009]
采用上述技术方案后，本发明采用对电芯材料颗粒的粉末样品以递增的压力进行加压-卸压循环实验，通过记录每次施加的压强和粉末样品厚度，计算并绘制出压强-厚度
反弹值关系曲线，可通过曲线的最高点判定粉末样品发生破碎的压强临界点，从而了解粉末的最大承受压强，表征材料的硬度性能，实现在材料段对电池进行评估，指导原料筛选，防止粉末结构在膨胀过程中破碎，规避电池的安全隐患；其次，整个实验方法流程简单、操作方便，成本也比较低；再者，评估粉末颗粒的破碎强度，可以为仿真提供一个参考数值，通过模拟仿真来评估粉末颗粒结构强度是否满足要求，不需要花费大量的时间进行反复实验，根据仿真的结果以及开发需求选择合适的材料，可以快速确定设计方案，大幅度降低研发成本。
附图说明
[0010]
图1为本发明具体实施例的压强-厚度反弹值关系曲线图。
具体实施方式
[0011]
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
[0012]
本发明为一种粉末颗粒破碎强度的评估方法，将电芯材料颗粒的粉末样品振实后，对粉末样品进行连续的加压-卸压循环压缩实验，测得施加不同压强时粉末样品的厚度反弹值，绘制粉末样品的压强-厚度反弹值关系曲线，以曲线的最高点为粉末样品发生破碎的压强临界点。
[0013]
本发明在具体实施时，使用压实密度仪和粉末电阻仪，包括以下步骤：步骤一、取电芯材料颗粒的粉末样品倒入治具中（铺设厚度大约为0.5mm），将治具放入压实密度仪预先振实粉末，以使得粉末受压前的堆积状态一致（也即通过振实使粉末颗粒间隙达到均匀）；步骤二、将治具放入粉末电阻仪，启用粉末电阻仪的卸压模式，并设置预置压强值p0（例如1mpa）、施压范围p
min
~p
max
（例如20~200mpa）、压强步进值p（例如20mpa）和保压时长t（例如10s），开始测试；步骤三、粉末样品进行加压-卸压循环压缩实验，先对粉末施加压强p1并持续一个保压时长t，测试得到粉末厚度l
加压1
；再降低压强至p0并持续一个保压时长t，测试得到粉末厚度l
卸压1
；每经过一次加压-卸压过程，对粉末施加的压强增加一个压强步进值p，且p1=p
min
，如此循环，直至对粉末施加的压强达到施压范围的最大值p
max
，得到数组[pn，l
加压n
，l
卸压n
]，n为测试的次数；步骤四、根据步骤三中每次测试得到的数组[pn，l
加压n
，l
卸压n
]计算厚度反弹值δln=l
卸压n-l
加压n
，并绘制出压强-厚度反弹值关系曲线，曲线的最高点为粉末样品发生破碎的压强临界点。
[0014]
如图1所示，厚度反弹值主要对应粉末的弹性形变量，使用压强-厚度反弹值关系曲线的斜率来表征弹性形变量的变化率。
[0015]
本发明的工作原理为：所绘制的压强-厚度反弹值关系曲线中，曲线一开始的厚度反弹值与压强是线性关系，压强越大，厚度反弹值越大，即对粉末的压强越大，粉末的弹性形变量也在增大，此时粉末的弹性形变占据主要形变；当曲线开始弯曲时，弹性形变量增长速度减小，即弹性形变
量的变化率变小，此时塑性形变（不可逆形变）开始增大；当曲线出现最高点时，厚度反弹值最大，弹性形变量的变化率最小；再继续增加压强时，厚度反弹值（即弹性形变量）反而下降，说明此时粉末的形变量中塑性形变占据主要形变，粉末内部已经开始发生压缩破碎。因此，我们把曲线的最高点认为是粉末颗粒发生破碎的压强临界点，若压强超过这个点，则粉末颗粒会发生破碎，对粉末结构造成不可逆的影响。
[0016]
通过上述方案，本发明采用对电芯材料颗粒的粉末样品以递增的压力进行加压-卸压循环实验，通过记录每次施加的压强和粉末样品厚度，计算并绘制出压强-厚度反弹值关系曲线，可通过曲线的最高点判定粉末样品发生破碎的压强临界点，从而了解粉末的最大承受压强，表征材料的硬度性能，实现在材料段对电池进行评估，指导原料筛选，防止粉末结构在膨胀过程中破碎，规避电池的安全隐患；其次，整个实验方法流程简单、操作方便，成本也比较低；再者，评估粉末颗粒的破碎强度，可以为仿真提供一个参考数值，通过模拟仿真来评估粉末颗粒结构强度是否满足要求，不需要花费大量的时间进行反复实验，根据仿真的结果以及开发需求选择合适的材料，可以快速确定设计方案，大幅度降低研发成本。
[0017]
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。