專利名稱：一種測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法。
背景技術(shù)：
隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)電子產(chǎn)品的外觀要求越來(lái)越高，鋰離子電池正朝著輕、薄的方向發(fā)展，因而需要制造出高能量密度的電池以滿足市場(chǎng)需求。鋰離子電池一般包括陰極片、陽(yáng)極片、間隔于所述陰極片和陽(yáng)極片之間的隔膜，以及電解液，其中，陽(yáng)極片中的活性物質(zhì)一般采用石墨這一類的工藝成熟的物質(zhì)。但是石墨等活性物質(zhì)在冷壓后會(huì)發(fā)生反彈，導(dǎo)致陽(yáng)極片的體積變化；在電池循環(huán)過(guò)程中，由于鋰離子嵌入石墨層中，使石墨層間距變大，也會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極片的體積變化。以上兩者的共同作用使得陽(yáng)極片和電池會(huì)發(fā)生一定程度的體積膨脹。為了設(shè)計(jì)出高能量密度的電池，我們需要準(zhǔn)確知道陽(yáng)極片的膨脹率?，F(xiàn)有技術(shù)測(cè)試陽(yáng)極片在充放電循環(huán)過(guò)程中的膨脹率的方法一般是在卷繞前用千分尺測(cè)出陽(yáng)極片的厚度，記為初始厚度Cltl，然后在電池開始循環(huán)一定次數(shù)后，拆解電池，取出陽(yáng)極片，再次用千分尺測(cè)試陽(yáng)極片的厚度，記為屯，(Vdtl得到循環(huán)后陽(yáng)極片的膨脹率。這種測(cè)試方法可以在一定程度上測(cè)得陽(yáng)極片的膨脹率，但是陽(yáng)極片的厚度分布存在一定的不均勻性，選取不同的測(cè)試位點(diǎn)時(shí)，用千分尺測(cè)試陽(yáng)極片的厚度會(huì)導(dǎo)致一定的誤差，測(cè)得的數(shù)據(jù)一致性差，不能準(zhǔn)確測(cè)得陽(yáng)極片的膨脹率。有鑒于此，確有必要提供一種能夠準(zhǔn)確測(cè)得鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠準(zhǔn)確測(cè)得鋰離子電池陽(yáng)極片的膨脹的方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，包括以下步驟步驟一，極片或隔膜的處理選擇待組裝的陽(yáng)極片、陰極片和隔膜，任意選定陽(yáng)極涂布區(qū)域S，然后在所述S區(qū)域、組裝時(shí)與S區(qū)域?qū)?yīng)的陰極涂布區(qū)域T或者組裝時(shí)與S區(qū)域?qū)?yīng)的隔膜區(qū)域R三者中的至少一個(gè)位置上粘貼鋰離子絕緣材料；步驟二，電芯組裝及充放電將步驟一處理后的陽(yáng)極片、陰極片和隔膜組裝成電芯，之后置入包裝袋、注入電解液，然后對(duì)電芯進(jìn)行充放電；步驟三，陽(yáng)極片膨脹率的測(cè)量和計(jì)算拆解充放電后的電芯，測(cè)量S區(qū)域的厚度Hs和S區(qū)域周邊的陽(yáng)極涂布區(qū)Z的厚度Hz，計(jì)算膨脹率。作為本發(fā)明測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法的一種改進(jìn)，所述鋰離子絕緣材料為聚丙烯(PP)基膠帶、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)基膠帶或聚酰亞胺(PI)基膠帶。作為本發(fā)明測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法的一種改進(jìn)，所述鋰離子絕緣材料的形狀為圓形、正方形或等腰梯形。作為本發(fā)明測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法的一種改進(jìn)，步驟三中膨脹率的測(cè)量采用厚度掃描的方式，在陽(yáng)極片上掃描一條貫穿S區(qū)域及Z區(qū)域的表征極片膨脹量的厚度曲線，之后計(jì)算出S區(qū)域與Z區(qū)域的極片厚度差距(Hz-Hs)。作為本發(fā)明測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法的一種改進(jìn)，膨脹率的計(jì)算公式為陽(yáng)極片雙面膨脹膨脹率=(Hz-Hs)/(Hs-Ha)陽(yáng)極片單面膨脹膨脹率=AH/Hd其中，Ha為陽(yáng)極片的基材厚度為Ha，Hd為S區(qū)域組裝時(shí)的單面涂層厚度。本發(fā)明的另一種測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，包括以下步驟步驟一，陰極片的處理選擇待組裝的陽(yáng)極片、陰極片和隔膜，任意選定陽(yáng)極涂布區(qū)域S，然后采用溶劑去除組裝時(shí)與S區(qū)域?qū)?yīng)的陰極涂布區(qū)域T上的陰極涂層；步驟二，電芯組裝及充放電將步驟一處理后的陽(yáng)極片、陰極片和隔膜組裝成電芯，之后置入包裝袋、注入電解液，然后對(duì)電芯進(jìn)行充放電；步驟三，陽(yáng)極片膨脹率的測(cè)量和計(jì)算拆解充放電后的電芯，測(cè)量S區(qū)域的厚度Hs和S區(qū)域周邊的陽(yáng)極涂布區(qū)Z的厚度Hz，計(jì)算膨脹率。作為本發(fā)明測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法的一種改進(jìn)，所述溶劑為氮甲基吡咯烷酮、丙酮或無(wú)水乙醇。作為本發(fā)明測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法的一種改進(jìn)，步驟一所述陰極片涂層去除區(qū)域的形狀為圓形、正方形或等腰梯形。作為本發(fā)明測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法的一種改進(jìn)，步驟三中膨脹率的測(cè)量采用厚度掃描的方式，在陽(yáng)極片上掃描一條貫穿S區(qū)域及Z區(qū)域的表征極片膨脹量的厚度曲線，之后計(jì)算出S區(qū)域與Z區(qū)域的極片厚度差距(Hz-Hs)。作為本發(fā)明測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法的一種改進(jìn)，膨脹率的計(jì)算公式為陽(yáng)極片雙面膨脹膨脹率=(Hz-Hs) / (Hs-Ha)陽(yáng)極片單面膨脹膨脹率=AH/Hd其中，Ha為陽(yáng)極片的基材厚度為Ha，Hd為S區(qū)域組裝時(shí)的單面涂層厚度。以上兩種方法的實(shí)質(zhì)都是使得充電過(guò)程中陽(yáng)極涂布區(qū)域S沒(méi)有鋰離子嵌入，從而可以原位測(cè)量充放電過(guò)程及循環(huán)過(guò)程中陽(yáng)極片的膨脹。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下優(yōu)點(diǎn)第一，本發(fā)明陽(yáng)極片的膨脹測(cè)試方法是通過(guò)、采用同一極片非膨脹區(qū)(S區(qū)域)厚度Hs、膨脹區(qū)(Z區(qū)域)厚度Hz計(jì)算膨脹率，不涉及不同極片間初始厚度差異及測(cè)試厚度的位置不統(tǒng)一帶來(lái)的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)充放電以及循環(huán)過(guò)程中陽(yáng)極膨脹的原位測(cè)量，使計(jì)算出來(lái)的膨脹率更準(zhǔn)確，從而真實(shí)反映實(shí)際材料的膨脹率。第二，本發(fā)明不僅可以測(cè)試陽(yáng)極雙面區(qū)的膨脹率，還可以準(zhǔn)確測(cè)試陽(yáng)極單面區(qū)的膨脹率。第三，本發(fā)明測(cè)試陽(yáng)極膨脹的方法準(zhǔn)確可靠，測(cè)試結(jié)果的重復(fù)一致性很好。第四，本發(fā)明簡(jiǎn)單易行，且便于實(shí)際操作。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法及其有益技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中圖I為比較例I和實(shí)施例2測(cè)得的陽(yáng)極片反彈率的數(shù)據(jù)分布曲線。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹測(cè)試方法，但是，本發(fā)明的實(shí)施例并不局限于此。比較例I任選一種待測(cè)量的陽(yáng)極片，隨意挑選n(n ^ 5)片待組裝的陽(yáng)極，將其編號(hào)，并用 千分尺測(cè)量相應(yīng)編號(hào)m (m3 8)個(gè)位置的陽(yáng)極片厚度，編號(hào)為I的極片厚度數(shù)據(jù)記錄為hn、h12……h(huán)lm，編號(hào)為η的極片厚度數(shù)據(jù)記錄為hnl、……h(huán)M。然后將測(cè)量好厚度數(shù)據(jù)的陽(yáng)極片、相應(yīng)的陰極極片、隔膜用卷繞的方法組裝成電芯，之后置入包裝袋、注入適量電解液、靜置一定時(shí)間待電解液充分浸潤(rùn)極片后，將電芯充電至3. 8V，之后將制備得到的電芯在干燥房中拆解，并用千分尺測(cè)量陽(yáng)極片多個(gè)位置的陽(yáng)極片厚度，編號(hào)為I的極片厚度
數(shù)據(jù)記錄為h’ n、h’ 12......h’ lm，編號(hào)為η的極片厚度數(shù)據(jù)記錄為h’ nl、h’ n2......h’
已知陽(yáng)極基材厚度為Ha，陽(yáng)極雙面膨脹膨脹量=Hz-Hs,其中Hz = Average (h’ n，h 12，......h lm......h nl，h n2......h J1111) j Hs — Average (hn, h12......hlm......hnl，
......hj，膨脹比例=(Hz-Hs)/(HS-HA)，膨脹數(shù)據(jù)見表1，其中膨脹率mean = 8. 20%,
sigma = O. 80%。實(shí)施例I任選一種待測(cè)量的陽(yáng)極片，隨意挑選一片陽(yáng)極片，在其相鄰兩片陰極片的中間位置貼PP基膠帶，膠帶大小為直徑D = 3. Ocm的圓形，然后將處理好的陰極片、陽(yáng)極片和隔膜用疊片的方法組裝成電芯，之后置入包裝袋、注入適量電解液、靜置一定時(shí)間待電解液充分浸潤(rùn)極片后，將電芯充電至3. 0V，之后將制備得到的電芯在干燥房中拆解，并用千分尺測(cè)量陽(yáng)極片非膨脹區(qū)厚度Hs (對(duì)應(yīng)陰極片有鋰離子絕緣材料PP基膠帶)及非膨脹區(qū)周邊膨脹區(qū)(對(duì)應(yīng)陰極片無(wú)鋰離子絕緣材料PP基膠帶)厚度Hz，已知陽(yáng)極片基材厚度為Ha，陽(yáng)極片雙面膨脹膨脹量=Hz-Hs，膨脹比例=(Hz-Hs)/(Hs-Ha)。實(shí)施例2任選一種待測(cè)量的陽(yáng)極片，在陽(yáng)極片倒數(shù)第I層對(duì)應(yīng)陰極片的中間位置用氮甲基吡咯烷酮將陰極涂層去除，涂層去除區(qū)域?yàn)?. 0X3. Ocm的正方形，然后將處理好的陰極片、陽(yáng)極片和隔膜用卷繞的方法組裝成電芯，之后置入包裝袋、注入適量電解液、靜置一定時(shí)間待電解液充分浸潤(rùn)極片后，將電芯充電至3. 8V，之后將制備得到的電芯在干燥房中拆解，并用高度規(guī)測(cè)量陽(yáng)極片非膨脹區(qū)厚度Hs(對(duì)應(yīng)陰極無(wú)涂層)及非膨脹區(qū)周邊膨脹區(qū)(對(duì)應(yīng)陰極有涂層)厚度Hz，已知陽(yáng)極片基材厚度為Ha，陽(yáng)極雙面膨脹膨脹量=Hz-Hs，膨脹比例=(Hz-Hs)/(Hs-Ha),膨脹數(shù)據(jù)見表2，其中膨脹率mean = 8. 13%, sigma = O. 19%，相比比較例I所得膨脹率mean = 8. 20%, sigma = O. 80%,實(shí)施例2所用膨脹測(cè)試方法的sigma相對(duì)小很多，結(jié)果一致性更好。
表I :比較例I的陽(yáng)極片膨脹測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，極片或隔膜的處理選擇待組裝的陽(yáng)極片、陰極片和隔膜，任意選定陽(yáng)極涂布區(qū)域S，然后在所述S區(qū)域、組裝時(shí)與S區(qū)域?qū)?yīng)的陰極涂布區(qū)域T或者組裝時(shí)與S區(qū)域?qū)?yīng)的隔膜區(qū)域R三者中的至少一個(gè)位置上粘貼鋰離子絕緣材料； 步驟二，電芯組裝及充放電將步驟一處理后的陽(yáng)極片、陰極片和隔膜組裝成電芯，之后置入包裝袋、注入電解液，然后對(duì)電芯進(jìn)行充放電； 步驟三，陽(yáng)極片膨脹率的測(cè)量和計(jì)算拆解充放電后的電芯，測(cè)量S區(qū)域的厚度Hs和S區(qū)域周邊的陽(yáng)極涂布區(qū)Z的厚度Hz，計(jì)算膨脹率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，其特征在于所述鋰離子絕緣材料為聚丙烯(PP)基膠帶、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)基膠帶或聚酰亞胺(PI)基膠帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，其特征在于所述鋰離子絕緣材料的形狀為圓形、正方形或等腰梯形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，其特征在于步驟三中膨脹率的測(cè)量采用厚度掃描的方式，在陽(yáng)極片上掃描一條貫穿S區(qū)域及Z區(qū)域的表征極片膨脹量的厚度曲線，之后計(jì)算出S區(qū)域與Z區(qū)域的極片厚度差距(Hz-Hs)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，其特征在于 膨脹率的計(jì)算公式為 陽(yáng)極片雙面膨脹膨脹率=(Hz-Hs)/(Hs-Ha) 陽(yáng)極片單面膨脹膨脹率=ah/hd 其中，Ha為陽(yáng)極片的基材厚度為Ha，Hd為S區(qū)域組裝時(shí)的單面涂層厚度。
6.一種測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，陰極片的處理選擇待組裝的陽(yáng)極片、陰極片和隔膜，任意選定陽(yáng)極涂布區(qū)域S，然后采用溶劑去除組裝時(shí)與S區(qū)域?qū)?yīng)的陰極涂布區(qū)域T上的陰極涂層； 步驟二，電芯組裝及充放電將步驟一處理后的陽(yáng)極片、陰極片和隔膜組裝成電芯，之后置入包裝袋、注入電解液，然后對(duì)電芯進(jìn)行充放電； 步驟三，陽(yáng)極片膨脹率的測(cè)量和計(jì)算拆解充放電后的電芯，測(cè)量S區(qū)域的厚度Hs和S區(qū)域周邊的陽(yáng)極涂布區(qū)Z的厚度Hz，計(jì)算膨脹率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，其特征在于所述溶劑為氮甲基吡咯烷酮、丙酮或無(wú)水乙醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，其特征在于步驟一所述陰極片涂層去除區(qū)域的形狀為圓形、正方形或等腰梯形。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，其特征在于步驟三中膨脹率的測(cè)量采用厚度掃描的方式，在陽(yáng)極片上掃描一條貫穿S區(qū)域及Z區(qū)域的表征極片膨脹量的厚度曲線，之后計(jì)算出S區(qū)域與Z區(qū)域的極片厚度差距(Hz-Hs)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，其特征在于 膨脹率的計(jì)算公式為 陽(yáng)極片雙面膨脹膨脹率=(Hz-Hs)/(Hs-Ha) 陽(yáng)極片單面膨脹膨脹率=ah/hd其中，Ha為陽(yáng)極片的基材厚度為Ha，Hd為S區(qū)域組裝時(shí) 的單面涂層厚度。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)試鋰離子電池陽(yáng)極片膨脹的方法，本測(cè)試方法通過(guò)在組裝前的極片或者隔膜上粘貼一層鋰離子絕緣材料，或者使用溶劑去除一定區(qū)域的陰極涂層，使得充電過(guò)程中粘貼區(qū)或陰極無(wú)涂層處對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極區(qū)沒(méi)有鋰離子嵌入，從而可以原位測(cè)量充放電過(guò)程及循環(huán)過(guò)程中陽(yáng)極片的膨脹。與傳統(tǒng)的陽(yáng)極膨脹測(cè)試方法相比，本測(cè)試方法采用同一陽(yáng)極片不同位置的厚度差異來(lái)精確計(jì)算充放電及循環(huán)過(guò)程中的陽(yáng)極膨脹，從而排除了采用不同極片間初始厚度差異等其他因素帶來(lái)的影響，所得結(jié)果更為準(zhǔn)確，一致性更好，既能測(cè)試陽(yáng)極雙面區(qū)的膨脹率，又能準(zhǔn)確測(cè)試陽(yáng)極單面區(qū)的膨脹率。此外，本發(fā)明簡(jiǎn)單易行、通用性高，便于實(shí)際操作。
文檔編號(hào)G01B21/08GK102636142SQ201210063440
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者唐華瓊, 張寧欣, 李白清, 游從輝, 王旅 申請(qǐng)人:東莞新能源科技有限公司, 寧德新能源科技有限公司