專(zhuān)利名稱(chēng)：：測(cè)量電解液對(duì)電極材料的滲透能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及借助于測(cè)定材料的物理性質(zhì)來(lái)測(cè)試分析材料性能的方法，尤其是可直接反應(yīng)電解液對(duì)電極材料的滲透能力的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
：相對(duì)于鉛酸電池、鎳氫電池和鎳鎘電池等傳統(tǒng)的二次電池，鋰離子電池具有不可比擬的優(yōu)越性能和外形加工多樣性，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、PDA、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)DVD、MP3和MP4等移動(dòng)電子終端設(shè)備中，同時(shí)鋰離子電池也被用作電動(dòng)工具和電動(dòng)自行車(chē)的動(dòng)力源。作為新一代綠色環(huán)保動(dòng)力，鋰離子電池發(fā)展迅猛，已成為國(guó)際電化學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。市場(chǎng)需求的多樣性對(duì)鋰離子電池的電化學(xué)性能、安全、造型和體積等方面的特性提出了越來(lái)越高的要求，研發(fā)人員為滿(mǎn)足使用需要而對(duì)鋰離子電池進(jìn)行著不斷深入的研究。電解液是鋰離子電池的重要組成部分之一，它直接決定著電池的循環(huán)壽命、安全性能、倍率放電特性、放電的平臺(tái)時(shí)間和正負(fù)極的容量發(fā)揮等性能指標(biāo)。因此，電解液是電池研發(fā)工作的重點(diǎn)。對(duì)于高容量體系鋰離子電池，特別是體積比能量大于450Wh/L的鋁殼電池，涂布于電極片上的正負(fù)極材料的壓實(shí)密度較大、空隙率小，且現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中電池內(nèi)部預(yù)留空間越來(lái)越小，這對(duì)電解液的注液過(guò)程造成了很大困難。因此，在不犧牲電解液的其它常規(guī)性能的前提下，要求電解液相對(duì)涂布于極片上的電極材料具有良好的滲透性，在研究和了解電解液對(duì)電極材料的滲透性的基礎(chǔ)上，根據(jù)電池綜合性能的需要對(duì)電極材料和電解液進(jìn)行科學(xué)篩選和合理搭配。關(guān)于電解液對(duì)電極材料的滲透性，目前鋰離子電池制造商和電解液供應(yīng)商所采用的評(píng)價(jià)方法是空氣環(huán)境下，在涂布有電極材料的電極片表面滴加碳酸丙烯酯(PC)，記錄電極片吸收PC的時(shí)間。PC只是電解液的一種溶劑，而且并不是所有的電解液中都包含PC,PC的性質(zhì)與電解液本身的性質(zhì)相去甚遠(yuǎn)，相對(duì)于實(shí)際電解液，PC與電極片的界面性質(zhì)、PC在電極材料表面的表面張力都完全不同。因此這種方法及其評(píng)價(jià)結(jié)果不能反應(yīng)電解液與電極材料適配性的真實(shí)情況。高容量體系電解液對(duì)電極片的滲透性的評(píng)價(jià)也可以通過(guò)測(cè)定電解液的表面張力和黏度來(lái)進(jìn)行。但是，因?yàn)殇囯x子電池電解液是非水體系，測(cè)定時(shí)要求環(huán)境水分含量在100ppm以下，加之電解液中的溶劑組分易于揮發(fā)，要求的測(cè)試條件非常嚴(yán)格，操作很復(fù)雜；由于電極片上的電極材料是幾種原料的微小顆?；旌蠅褐圃谝黄?，具有一定的孔隙率，表面張力的測(cè)定非常困難。采用這兩種方法所得到的結(jié)果都沒(méi)有直接反應(yīng)電解液對(duì)電極材料的滲透性，不能直接指導(dǎo)電池的設(shè)計(jì)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可直接反應(yīng)電解液對(duì)電極材料的滲透能力的測(cè)量方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種測(cè)量電解液對(duì)電極材料的滲透能力的方法，測(cè)定定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間t和滲透面積A結(jié)合電極材料的壓實(shí)密度戶(hù)和厚度/，通過(guò)公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>計(jì)算得到滲透能力值&R>。式中，《—電解液對(duì)電極材料的滲透能力；電解液在時(shí)間f內(nèi)因滲透而形成于電極材料表面的印跡的面積；,-電極材料的壓實(shí)密度；/-電極材料的厚度；F--滲透到電極材料中的電解液的體積；《一體積為V的電解液在電極材料中的滲透時(shí)間。測(cè)量時(shí)，使定量電解液在壓實(shí)密度為p、厚度為/的電極材料中滲透，讀取或測(cè)算定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間f和滲透面積S，計(jì)算滲透能力值《。測(cè)量對(duì)水和空氣敏感的非水電解質(zhì)電解液對(duì)電極材料的滲透能力時(shí)，測(cè)定定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間^和滲透面積S的過(guò)程在干燥的密閉環(huán)境(如干燥手套箱中)中進(jìn)行；優(yōu)選的密閉環(huán)境的濕度低于1%。，對(duì)于水質(zhì)電解液，測(cè)試環(huán)境沒(méi)有特殊要求，測(cè)定定量電解液在電^材料中的滲透時(shí)間？和滲透面積S的過(guò)程可在大氣環(huán)境中進(jìn)行。測(cè)定定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間f和滲透面積S的過(guò)程為使定量電解液在電極材料上滲透，測(cè)定電解液因滲透而形成于電極材料表面的印跡擴(kuò)至最大時(shí)的滲透面積S、自電解液與電極材料接觸至電解液形成最大印跡所需的時(shí)間Z。測(cè)量可以針對(duì)涂布于電極片上的電極材料進(jìn)行，涂布于電極片上的電極材料的壓實(shí)密度ya、厚度/可以通過(guò)測(cè)定或涂布工藝參數(shù)得知。使定量電解液在電極材料上滲透的過(guò)程可以為在電極材料上滴加一滴已知體積的電解液，滴加過(guò)程中電解液滴落高度小于5mm，重復(fù)測(cè)定時(shí)電解液滴落高度保持一致。滴落高度太高則電解液液滴濺落的隨機(jī)性對(duì)測(cè)量過(guò)程的重復(fù)一致性不利，可能會(huì)影響結(jié)果的客觀(guān)性。使定量電解液在電極材料上滲透的過(guò)程也可以為將定量電解液集中滴加到電極材料上，滴加過(guò)程中電解液滴落高度小于5mm，重復(fù)測(cè)定時(shí)電解液滴落高度保持一致。滲透面積S的測(cè)定方法為對(duì)各向同性的電極材料，用刻度標(biāo)尺對(duì)準(zhǔn)電解液因滲透而形成于電極材料表面的圓形印跡，測(cè)定該圓形印跡擴(kuò)散至最大時(shí)的半徑，計(jì)算滲透面積&對(duì)非各向同性的電極材料，電解液因滲透而形成于電極材料表面的印跡為非圓形形狀，在厚度均勻的透明紙或其它介質(zhì)上描出電解液因滲透而形成于電極材料表面的最大印跡，用方格法或稱(chēng)重法求出滲透面積s。測(cè)定定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間z和滲透面積s的過(guò)程還可以為將裝有定量電解液的滴液管豎立并使滴液管的出液口與電極材料表面接觸，然后使電解液持續(xù)集中泄漏到電極材料上，讀取定量電解液開(kāi)始泄漏至全部被電極材料吸收的時(shí)間計(jì)為滲透時(shí)間"對(duì)各向同性的電極材料，測(cè)定定量電解液全部被電極材料吸收時(shí)電解液所形成圓形印跡的半徑，根據(jù)半徑計(jì)算滲透面積&對(duì)非各向同性的電極材料，在厚度均勻的透明紙或其它介質(zhì)上描出電解液全部被電極材料吸收時(shí)形成于電極材料表面的印跡，用方格法或稱(chēng)重法求出滲透面積s。這里所說(shuō)的電解液全部被電極材料吸收，是指視覺(jué)觀(guān)察電極材料表面積液全部消失。上述不同的測(cè)定滲透時(shí)間z和滲透面積s的過(guò)程都可以實(shí)施本發(fā)明方法。根據(jù)不同的測(cè)定滲透時(shí)間f和滲透面積s的過(guò)程所得到的K值可能是不同的，在重復(fù)測(cè)量和對(duì)比測(cè)量時(shí)，應(yīng)選用同樣的測(cè)定滲透時(shí)間f和滲透面積s的過(guò)程。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)本發(fā)明方法得到的《值反映了電極材料的壓實(shí)密度p、電極材料的厚度/對(duì)電解液在電極材料中滲透行為的影響，計(jì)算過(guò)程中所用的滲透面積S和滲透時(shí)間f是電解液在電極材料中滲透能力的直接體現(xiàn)，本發(fā)明方法所得結(jié)果直接反映了電解液對(duì)電極片的滲透能力，以及電解液和電極片之間的相互適配性，可作為電池設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù)，便于對(duì)電極材料和電解液進(jìn)行科學(xué)篩選和合理搭配。本發(fā)明方法步驟簡(jiǎn)單，操作方便。下面通過(guò)具體實(shí)施方式并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明-圖1是實(shí)施本發(fā)明測(cè)量方法的一種裝置的示意圖。具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式一借助圖1所示測(cè)量裝置可以實(shí)施本發(fā)明測(cè)量方法。如圖1所示，該裝置包括敞口的池體l、透明的蓋板2、滴液管3。池體1具有凹腔4，蓋板2可覆蓋在池體1上以將凹腔4封閉，蓋板2和池體1之間采取緊密接觸。蓋板2上設(shè)有通孔，該通孔的徑向尺寸和滴液管3下端的徑向尺寸相適配，使得滴液管3下端插入該通孔后滴液管3下端與該通孔的孔壁之間保持緊密接觸。滴液管3帶有雙通旋塞。工作時(shí)，先將涂布有本公司某型號(hào)正極材料的電極片置于凹腔4中，正極材料朝上，正極材料的壓實(shí)密度p和厚度/可通過(guò)測(cè)算得知；然后將蓋板2覆蓋在池體1上使凹腔4封閉；在滴液管3中裝入體積為K的各向同性電解液，滴液管3下端從蓋板2上的通孔插入至與正極材料表面接觸，滴液管3下端與該通孔的孔壁之間保持緊密接觸；然后打開(kāi)滴液管3的雙通旋塞，電解液全部泄漏到正極材料上，電解液因滲透在正極材料中而在正極材料表面形成圓形印跡，該圓形印跡的圓心為滴液管3下端與正極材料表面的接觸點(diǎn)，隨著滲透過(guò)程的進(jìn)行該圓形印跡不斷擴(kuò)大。用計(jì)時(shí)器計(jì)取電解液開(kāi)始泄漏至全部被電極片吸收(視覺(jué)觀(guān)察電極材料表面積液全部消失)的時(shí)間計(jì)為滲透時(shí)間6測(cè)定滲透時(shí)間f內(nèi)電解液形成于正極材料表面的圓形印跡的半徑，根據(jù)半徑計(jì)算圓形印跡的面積即滲透面積S，通過(guò)公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>，計(jì)算得到滲透能力值K。測(cè)量在充有氬氣的手套箱中進(jìn)行。在測(cè)量過(guò)程中，分別采用防過(guò)充功能電解液A、鋁殼電池常用電解液B和高滲透性電解液C進(jìn)行滲透試驗(yàn)，得到的結(jié)果見(jiàn)表一。表一所示試驗(yàn)結(jié)果顯示，不同電解液所表現(xiàn)出的滲透能力差別較大，該結(jié)果可以為電池中電解液的選擇提供參考。表一不同電解液相對(duì)同種電極材料的滲透試驗(yàn)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>具體實(shí)施方式二本具體實(shí)施方式借助圖1所示測(cè)量裝置實(shí)施本發(fā)明測(cè)量方法。具體實(shí)施方式二與具體實(shí)施方式一不同之處為電極材料為本公司某型號(hào)負(fù)極材料，采用鋁殼電池常用電解液B，分別在負(fù)極材料壓實(shí)密度、壓實(shí)厚度不同的情況下進(jìn)行滲透試驗(yàn)。測(cè)量、計(jì)算方法與具體實(shí)施方式一相同。得到的結(jié)果見(jiàn)表二。表二所示試驗(yàn)結(jié)果反應(yīng)了電極材料壓實(shí)厚度、壓實(shí)密度的變化對(duì)電解液滲透能力的影響。表二同種電解液相對(duì)于不同壓實(shí)厚度、不同壓實(shí)密度的負(fù)極材料的滲透試驗(yàn)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>具體實(shí)施方式三本具體實(shí)施方式借助圖1所示測(cè)量裝置實(shí)施本發(fā)明測(cè)量方法。具體實(shí)施方式三與具體實(shí)施方式一不同之處為滴液管3下端從蓋板2上的通孔插入，與正極材料表面保持3mm的距離，打開(kāi)雙通旋塞，電解液滴加到正極材料上，電解液因滲透而形成于電極材料表面的圓形印跡持續(xù)擴(kuò)大直至最大，此時(shí)圓形印跡的面積即滲透面積S，計(jì)取電解液幵始與正極材料接觸至形成滲透面積S所用的時(shí)間"通過(guò)刻度標(biāo)尺讀取滲透面積S的直徑，計(jì)算滲透面積S，通過(guò)公式〖=，=(f).f，計(jì)算得到滲透能力值〖。結(jié)果如表三所示。表三不同電解液相對(duì)于壓實(shí)密度相同的同種電極材料的滲透試驗(yàn)之二<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1、一種測(cè)量電解液對(duì)電極材料的滲透能力的方法，其特征在于測(cè)定定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間t和滲透面積S，結(jié)合電極材料的壓實(shí)密度ρ和厚度l，通過(guò)公式計(jì)算得到滲透能力值K；式中，K--電解液對(duì)電極材料的滲透能力；S--電解液在時(shí)間t內(nèi)因滲透而形成于電極材料表面的印跡的面積；ρ--電極材料的壓實(shí)密度；l--電極材料的厚度；V--滲透到電極材料中的電解液的體積；t--體積為V的電解液在電極材料中的滲透時(shí)間。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量電解液對(duì)電池極片的滲透能力的方法，其特征在于測(cè)定定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間Z和滲透面積S的過(guò)程在干燥的密閉環(huán)境中進(jìn)行。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量電解液對(duì)電池極片的滲透能力的方法，其特征在于所述密閉環(huán)境的濕度低于1%。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量電解液對(duì)電池極片的滲透能力的方法，其特征在于測(cè)定定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間^和滲透面積S的過(guò)程在大氣環(huán)境中進(jìn)行。5、根據(jù)權(quán)利要求l、2、3或4所述的測(cè)量電解液對(duì)電池極片的滲透能力的方法，其特征在于測(cè)定定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間Z和滲透面積S的過(guò)程為使定量電解液在電極材料上滲透，測(cè)定所述電解液因滲透而形成于電極材料表面的印跡擴(kuò)至最大時(shí)的面積即滲透面積S、自電解液與電極材料接觸至電解液形成滲透面積S所需的時(shí)間Z。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量電解液對(duì)電池極片的滲透能力的方法，其特征在于使定量電解液在電極材料上滲透的過(guò)程為在電極材料上滴加一滴已知體積的所述電解液，滴加過(guò)程中電解液滴落高度小于5mm，重復(fù)測(cè)定時(shí)電解液滴落高度保持一致。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量電解液對(duì)電池極片的滲透能力的方法，其特征在于使定量電解液在電極材料上滲透的過(guò)程為將定量電解液集中滴加到電極材料上，滴加過(guò)程中電解液滴落高度小于5mm，重復(fù)測(cè)定時(shí)電解液滴落高度保持一致。8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量電解液對(duì)電池極片的滲透能力的方法，其特征在于滲透面積S的測(cè)定方法為對(duì)各向同性的電極材料，用刻度標(biāo)尺對(duì)準(zhǔn)電解液因滲透而形成于電極材料表面的圓形印跡，測(cè)定該圓形印跡擴(kuò)散至最大時(shí)的半徑，計(jì)算滲透面積&對(duì)非各向同性的電極材料，在厚度均勻的透明紙或其它介質(zhì)上描出電解液因滲透而形成于電極材料表面的最大印跡，用方格法或稱(chēng)重法求出滲透面積S。9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)量電解液對(duì)電池極片的滲透能力的方法，其特征在于滲透面積S的測(cè)定方法為對(duì)各向同性的電極材料，用刻度標(biāo)尺對(duì)準(zhǔn)電解液因滲透而形成于電極材料表面的圓形印跡，測(cè)定該圓形印跡擴(kuò)散至最大時(shí)的半徑，計(jì)算滲透面積&對(duì)非各向同性的電極材料，在厚度均勻的透明紙或其它介質(zhì)上描出電解液因滲透而形成于電極材料表面的最大印跡，用方格法或稱(chēng)重法求出滲透面積S。10、根據(jù)權(quán)利要求l、2、3或4所述的測(cè)量電解液對(duì)電池極片的滲透能力的方法，其特征在于測(cè)定定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間？和滲透面積S的過(guò)程為將裝有定量電解液的滴液管豎立并使滴液管的出液口與電極材料表面接觸，然后使電解液持續(xù)集中泄漏到電極材料上，讀取定量電解液開(kāi)始泄漏至全部被電極材料吸收的時(shí)間計(jì)為滲透時(shí)間,；對(duì)各向同性的電極材料，測(cè)定定量電解液全部被電極材料吸收時(shí)電解液所形成圓形印跡的半徑，根據(jù)半徑計(jì)算滲透面積&對(duì)非各向同性的電極材料，在厚度均勻的透明紙或其它介質(zhì)上描出電解液全部被電極材料吸收時(shí)形成于電極材料表面的印跡，用方格法或稱(chēng)重法求出滲透面積s。全文摘要本發(fā)明提供一種測(cè)量電解液對(duì)電極材料的滲透能力的方法，測(cè)定定量電解液在電極材料中的滲透時(shí)間t和滲透面積S，結(jié)合電極材料的壓實(shí)密度ρ和厚度l，通過(guò)公式計(jì)算得到滲透能力值K。本發(fā)明方法所得結(jié)果直接反映了電解液對(duì)電極片的滲透能力，以及電解液和電極片之間的相互適配性，可作為電池設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù)，便于對(duì)電極材料和電解液進(jìn)行科學(xué)篩選和合理搭配。本發(fā)明方法步驟簡(jiǎn)單，操作方便。文檔編號(hào)G06F19/00GK101377459SQ20071007674公開(kāi)日2009年3月4日申請(qǐng)日期2007年8月29日優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日發(fā)明者張亞利,輝陳申請(qǐng)人:深圳市比克電池有限公司