電池極片柔韌度表徵方法及柔韌度測試裝置的製作方法
2023-09-19 08:52:50 1
專利名稱：電池極片柔韌度表徵方法及柔韌度測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及膜片力學性能測試領域，更具體地說，本發明涉及一種電池極片柔韌度表徵方法及相關的柔韌度測試裝 置。
背景技術：
隨著現代社會的發展和環保意識的增強，越來越多的設備選擇以可充電二次電池作為電源，如手機、筆記本電腦、電動工具、電動汽車等等，這為可充電二次電池的應用與發展提供了廣闊的空間，同時也對二次電池提出了更高的要求，希望其能夠具有更高的容量、良好的安全性以及較長的循環壽命等。但是，高容量要求電池極片具有更高的塗布重量和壓實密度，這都使得電池極片的柔韌度變差，尤其是正極片。在方形電芯極片的卷繞過程中，特別是正極片彎折時，卷心兩側受到的擠壓切應力和外部受到的拉升切應力最大，導致膜片容易在卷繞兩側發生斷裂；而在圓柱形電芯卷繞時，卷繞內圈的極片打皺程度也和極片的柔韌度有很大關係。在具有卷繞結構的方形電芯的整形過程中，電芯受到來自外部的壓力，卷繞兩端的電芯極片產生的形變和切應力最大，極易發生斷裂。可見，柔韌度差的極片，一方面影響卷繞工序的優率，導致經濟損失，另一方面容易斷裂而出現鋁箔毛刺、膜片掉粉，以致影響電芯的K值甚至安全性能。目前，對電池極片的柔韌度表徵主要有兩種方法，方法之一是用不同直徑的捲軸來卷繞極片，再通過肉眼辨別極片的打皺程度；方法之二是將電池極片對摺後進行拉伸，並對著燈光看是否有裂口。這兩種方法都在較大程度上依賴人的主觀判斷，精度有限，對於柔韌度差別小的極片不能進行有效的區別，也不能對極片柔韌度進行定量表徵。有鑑於此，確有必要開發一種精度較高的電池極片柔韌度表徵方法及柔韌度測試
>J-U裝直。
發明內容
本發明的目的在於提供一種精度較高的電池極片柔韌度表徵方法及柔韌度測試裝置，以對電芯極片的柔韌度進行定量表徵。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種電池極片柔韌度表徵方法，其包括以下步驟(1)將電池極片裁剪為一定尺寸的矩形，並捲成單層圓柱面；(2)從與電池極片圓柱面垂直的方向，勻速地對圓柱面施加壓力使之發生固定的橢圓形變；(3)在形變過程中，檢測圓柱極片左右兩端的切應力和上下兩端的相應位移，得到切應力-位移曲線；(4)分析處理切應力-位移曲線，得出電池極片的柔韌度表徵量。作為本發明電池極片柔韌度表徵方法的一種改進，所述步驟(4)中採用的分析處理方法為以所述電池極片圓柱面發生固定形變時左右兩端所對應的切應力來表徵極片的柔韌度。作為本發明電池極片柔韌度表徵方法的一種改進，所述步驟(4)中採用的分析處理方法為以所述切應力-位 移曲線的平均斜率來表徵極片的柔韌度。作為本發明電池極片柔韌度表徵方法的一種改進，所述步驟(I)中裁剪得到的矩形極片尺寸為寬度30-40毫米，長度100-110毫米。作為本發明電池極片柔韌度表徵方法的一種改進，所述步驟(2)中是以小於2mm/s的速度對極片的圓柱面施加壓力的。為了實現上述發明目的，本發明還提拱了一種電池極片柔韌度測試裝置，其包括動態加載機構、動態信號採集單元、動態信號傳遞單元和數據處理單元，動態加載機構包括主機架、低速氣缸、平行壓板和樣品平臺，低速氣缸和樣品平臺固定在主機架上，待測試極片固定在樣品平臺上，平行壓板固定在低速氣缸上對待測試極片起加載施壓作用，低速氣缸、平行壓板和樣品平臺在空間上垂直對應，動態信號採集單元和動態加載機構機械連接，動態信號採集單元、動態信號傳遞單元、數據處理單元依次通過信號連接。作為本發明電池極片柔韌度測試裝置的一種改進，所述樣品平臺的中心線上設置有兩個凸起的長方形定位珊和兩個平行於平臺的磁鐵，一個專用於固定電池極片的固定卡扣上開設有兩個長方形的穿孔，固定卡扣通過磁鐵定位於樣品平臺上。作為本發明電池極片柔韌度測試裝置的一種改進，所述動態信號採集單元包括光纖位移傳感器和動態載荷傳感器，光纖位移傳感器設於平行壓板上，用於檢測平行壓板在垂直方向上的位移變化量，動態載荷傳感器設於樣品平臺的下面，用於檢測圓柱面極片兩端所受到的切應力。作為本發明電池極片柔韌度測試裝置的一種改進，所述動態信號傳遞單元是一個電磁信號轉換器，其與光纖位移傳感器、動態載荷傳感器及數據處理單元分別建立電信號連接，可將光纖位移傳感器、動態載荷傳感器採集到的電磁信號轉換成可供數據處理單元識別處理的信號並將其傳送給數據處理單元，數據處理單元把從動態信號傳遞單元接收到的位移、切應力信號製作成切應力-位移曲線。作為本發明電池極片柔韌度測試裝置的一種改進，所述動態加載機構中的平行壓板下壓到底部後與樣品平臺之間的間距為8 16毫米。與現有技術相比，本發明電池極片柔韌度表徵方法能快速定量地測試出電池極片的柔韌度，且測試精度大大提高。
下面結合附圖和具體實施方式
，對本發明電池極片柔韌度表徵方法、測試裝置及其有益技術效果進行詳細說明。圖I為本發明電池極片柔韌度測試裝置的結構示意圖。圖2為本發明電池極片柔韌度測試裝置的樣品平臺結構示意圖。圖3為使用本發明電池極片柔韌度表徵方法和測試裝置測試前的電池極片受力分析圖。圖4為使用本發明電池極片柔韌度表徵方法和測試裝置測試時的電池極片受力分析圖。圖5為使用本發明測得的壓實密度對正極片柔韌度影響的位移-切應力曲線圖。
具體實施例方式本發明電池極片柔韌度表徵方法通過將電池極片捲成單層圓柱面，再勻速地對其圓柱面施加壓力使之發生固定的橢圓形變，並通過對整個形變過程進行受力分析來反映電池極片卷繞後在壓力下的柔韌性。請參閱圖I和圖2，為了實現上述方法，本發明提供了一種電池極片柔韌度測試裝置，其包括動態加載機構、動態信號採集單元、動態信號傳遞單元30和數據處理單元40。動態加載機構和動態信號採集單元機械連接，動態信號採集單元、動態信號傳遞單元30、數據處理單元40依次通過信號連接。動態加載機構包括主機架12、低速氣缸14、平行壓板16和樣品平臺18。其中，低速氣缸14固定在主機架12的頂部，平行壓板16固定在低速氣缸14的下部，樣品平臺18 固定在主機架12的底部且位於平行壓板16之下，低速氣缸14、平行壓板16和樣品平臺18在空間上垂直對應。樣品平臺18的中心線上設置有兩個凸起的長方形定位珊180和兩個平行於平臺的磁鐵182，一個專用於固定圓柱面極片60的固定卡扣184上開設有兩個長方形的穿孔，固定卡扣184通過磁鐵182定位於樣品平臺18上。低速氣缸14的上面與氣壓表連接，動作則通過精密調壓閥控制，其下的平行壓板16用於對樣品平臺18上的圓柱面極片60進行加載施壓。動態信號米集單兀包括光纖位移傳感器22和動態載荷傳感器24。光纖位移傳感器22設於平行壓板16上，用於檢測平行壓板16在垂直方向上的位移變化量。動態載荷傳感器24設於樣品平臺18的下面，用於檢測圓柱面極片60兩端所受到的切應力。動態信號傳遞單元30是一個電磁信號轉換器，其與光纖位移傳感器22、動態載荷傳感器24及數據處理單元40分別建立電信號連接，從而將光纖位移傳感器22、動態載荷傳感器24採集到的電磁信號轉換成可供數據處理單元40識別處理的信號並將其傳送給數據處理單元40。數據處理單元40是一臺計算機，它的數據處理模塊可以把從動態信號傳遞單元30接收到的位移、切應力信號製作成切應力-位移曲線。以下將對本發明的原理進行詳細說明。請參閱圖3，當把圓柱面極片60固定在樣品平臺18上開始測試前，圓柱面極片60在垂直方向僅受到自身重力mg和樣品平臺的支持力N。。這兩個力是平衡力，也就是mg =Ntl，此時樣品平臺18下面的動態載荷傳感器24可以感受到極片對樣品平臺18的壓力F'=N0 = mgo測試開始時,通過對動態載荷傳感器24採集的壓力進行清零，即可以測試到圓柱面極片60在受力形變過程中對樣品平臺18增加的壓力。請參閱圖4，圓柱面極片60在平行壓板16施加的垂直載荷下形變成橢圓形，其在垂直方向上受到一對平衡力的作用，即向下的載荷F和向上的支持力N。由於橢圓形極片60是對稱結構，現取其上半部分進行受力分析如圖4所示，在垂直方向上橢圓形極片60受到垂直向下的載荷F，在橢圓長軸兩端則受到2個垂直向上的切應力f。在形變過程中，樣品平臺18下面的動態載荷傳感器24採集到的壓力F'和其對極片的支持力N是一對作用力與反作用力，F' = N = F = 2f,因此傳感器採集到的力F'能反映彎曲極片橢圓兩端受到的切應力大小。由於複雜切應力狀態理論解不存在，現假設極片為線彈性體。由橢圓周長公式可得
dl = (4dux-2 n du' )----(I)；由Hook定律可得
權利要求
1.一種電池極片柔韌度表徵方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)將電池極片裁剪為一定尺寸的矩形，並捲成單層圓柱面； (2)從與電池極片圓柱面垂直的方向，勻速地對圓柱面施加壓力使之發生固定的橢圓形變； (3)在形變過程中，檢測圓柱極片左右兩端的切應力和上下兩端的相應位移，得到切應力-位移曲線； (4)分析處理切應力-位移曲線，得出電池極片的柔韌度表徵量。
2.根據權利要求I所述的電池極片柔韌度表徵方法，其特徵在於，所述步驟(4)中採用的分析處理方法為以所述電池極片圓柱面發生固定形變時左右兩端所對應的切應力來表徵極片的柔韌度。
3.根據權利要求I所述的電池極片柔韌度表徵方法，其特徵在於，所述步驟(4)中採用的分析處理方法為以所述切應力-位移曲線的平均斜率來表徵極片的柔韌度。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的電池極片柔韌度表徵方法，其特徵在於，所述步驟(I)中裁剪得到的矩形極片尺寸為寬度30-40毫米，長度100-110毫米。
5.根據權利要求I至3中任一項所述的電池極片柔韌度表徵方法，其特徵在於，所述步驟(2)中是以小於2mm/s的速度對極片的圓柱面施加壓力的。
6.一種電池極片柔韌度測試裝置，其特徵在於，包括動態加載機構、動態信號採集單元、動態信號傳遞單元和數據處理單元，動態加載機構包括主機架、低速氣缸、平行壓板和樣品平臺，低速氣缸和樣品平臺固定在主機架上，待測試極片固定在樣品平臺上，平行壓板固定在低速氣缸上對待測試極片起加載施壓作用，低速氣缸、平行壓板和樣品平臺在空間上垂直對應，動態信號採集單元和動態加載機構機械連接，動態信號採集單元、動態信號傳遞單元、數據處理單元依次通過信號連接。
7.根據權利要求6所述的電池極片柔韌度測試裝置，其特徵在於，所述樣品平臺的中心線上設置有兩個凸起的長方形定位珊和兩個平行於平臺的磁鐵，一個專用於固定電池極片的固定卡扣上開設有兩個長方形的穿孔，固定卡扣通過磁鐵定位於樣品平臺上。
8.根據權利要求6所述的電池極片柔韌度測試裝置，其特徵在於，所述動態信號採集單元包括光纖位移傳感器和動態載荷傳感器，光纖位移傳感器設於平行壓板上，用於檢測平行壓板在垂直方向上的位移變化量，動態載荷傳感器設於樣品平臺的下面，用於檢測圓柱面極片兩端所受到的切應力。
9.根據權利要求8所述的電池極片柔韌度測試裝置，其特徵在於，所述動態信號傳遞單元是一個電磁信號轉換器，其與光纖位移傳感器、動態載荷傳感器及數據處理單元分別建立電信號連接，可將光纖位移傳感器、動態載荷傳感器採集到的電磁信號轉換成可供數據處理單元識別處理的信號並將其傳送給數據處理單元，數據處理單元把從動態信號傳遞單元接收到的位移、切應力信號製作成切應力-位移曲線。
10.根據權利要求6所述的電池極片柔韌度測試裝置，其特徵在於，所述動態加載機構中的平行壓板下壓到底部後與樣品平臺之間的間距為8 16毫米。
全文摘要
本發明公開了一種電池極片柔韌度表徵方法，其包括以下步驟(1)將電池極片裁剪為一定尺寸的矩形，並捲成單層圓柱面；(2)從與電池極片圓柱面垂直的方向，勻速地對圓柱面施加壓力使之發生固定的橢圓形變；(3)在形變過程中，檢測圓柱極片左右兩端的切應力和上下兩端的相應位移，得到切應力-位移曲線；(4)分析處理切應力-位移曲線，得出電池極片的柔韌度表徵量。與現有技術相比，本發明電池極片柔韌度表徵方法能快速定量地測試出電池極片的柔韌度，且測試精度大大提高。此外，本發明還公開了一種電池極片柔韌度測試裝置。
文檔編號G01N3/08GK102620993SQ20121011154
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月16日 優先權日2012年4月16日
發明者劉坤, 袁慶華, 馬斌 申請人:寧德新能源科技有限公司