[發(fā)明專利]鋰離子電池極片有效孔體積及孔隙率的測試方法

有效

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• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103278438A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李慧芳;馬佳鑫;高俊奎
• 申請（專利權(quán)）人: 天津力神電池股份有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 仝林葉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池極片有效孔體積及孔隙率的測試方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池尤其是鋰離子動(dòng)力電池在制作過程中，極片的孔隙率對電池性能有較大的影響。實(shí)驗(yàn)證明，孔隙率與比容量，效率，內(nèi)阻，以及電池循環(huán)性能有密切的關(guān)系，找出極片的最佳孔隙率對電池設(shè)計(jì)很重要。鋰電行業(yè)專家張正銘等在多次會(huì)議上強(qiáng)調(diào)多孔電極對電池性能的影響，合適的極片孔隙率，可以為鋰離子的嵌入和脫出提供更自由的通道，可以增大電池的放電容量，減小內(nèi)阻，減小極化損失，延長電池的循環(huán)壽命，提高鋰離子電池的利用率。

當(dāng)前多采用壓汞法對極片孔隙率進(jìn)行測試，該方法主要是在逐漸升壓的情況下，將汞壓入極片的孔隙內(nèi)，根據(jù)進(jìn)汞量計(jì)算出極片的孔隙率，該測試方法需要配備專用壓汞儀，該設(shè)備價(jià)格昂貴；且由于測試試劑為汞，而汞是環(huán)境中一種生物毒性極強(qiáng)的重金屬污染物，它進(jìn)入生物體后很難被排出，嚴(yán)重威脅人類健康，因而對操作人員和環(huán)境具有很大的危害性。而本發(fā)明所提供的方法，無需大型專業(yè)設(shè)備，測試裝置簡單易于制作，所用試劑無毒無害，且測試方法簡單可靠，便于推廣。

另外，由于壓汞法中汞是在壓力作用下（最高達(dá)30000psi）進(jìn)入樣品孔隙中的，其中測得的樣品孔隙包括常壓下液體不能進(jìn)入的無效孔，而本發(fā)明的測試方法主要是靠液體物理擴(kuò)散和吸附進(jìn)入孔隙中的，因此測得的是更接近鋰離子電池實(shí)際使用環(huán)境的有效孔體積和孔隙率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池極片有效孔體積及孔隙率的測試方法，可以用于鋰離子電池極片制作工藝的優(yōu)化，為建立工藝參數(shù)與孔隙率及電池性能之間的關(guān)系提供參考。

本發(fā)明通過測試極片的含孔總體積和孔被液體填充后的真體積，計(jì)算出極片的有效孔體積及孔隙率，鋰離子電池極片有效孔體積及孔隙率的測試方法，按照下述步驟進(jìn)行：

測試裝置主要包括可密封容器、儲(chǔ)液罐、三閥洗耳球，其中可密封容器分為容器與頂蓋，兩者通過內(nèi)螺紋旋緊達(dá)到密封，且頂蓋頂部寬度較大，擰緊后，頂蓋與容器間無縫隙，以達(dá)到定位效果；頂蓋上端開孔并裝有帶刻度指示的直管，頂蓋內(nèi)部呈錐面，用以引導(dǎo)溶液中的氣泡從直管內(nèi)排出；容器在螺紋以下的位置開孔并安裝有導(dǎo)液彎管；儲(chǔ)液罐形狀類似大肚移液管，且下端的直管上帶有刻度；導(dǎo)液彎管與儲(chǔ)液罐之間用塑膠管連接；儲(chǔ)液罐頂部直管上裝有三閥洗耳球，用于控制溶液在儲(chǔ)液罐和可密封容器內(nèi)的流動(dòng)。

測試前，需將待測極片進(jìn)行干燥處理，并裁取2塊大小相同的極片樣品，樣品S1和S2，用軟布將其表面雜質(zhì)和浮粉擦凈，分別稱量質(zhì)量并記錄為m1和m2。

首先，極片含孔總體積的測試方法為，測試樣品S1在測試前用軟布沾少量凡士林，在樣品兩表面均勻涂抹，待極片表面被充分浸潤后，將多余的凡士林用潔凈布擦凈，以防止介質(zhì)液體進(jìn)入到極片孔隙內(nèi)。將可密封容器內(nèi)裝入第一介質(zhì)液體，第一介質(zhì)液體要求具有較大的表面張力（70mN·m^-1—500mN·m^-1），以降低對極片的潤濕程度，可密封容器中液體接近滿時(shí)，打開三閥洗耳球的吸液閥門，將介質(zhì)液體向儲(chǔ)液罐內(nèi)吸，觀察儲(chǔ)液罐下面直管，使液面高度在刻度指示區(qū)內(nèi)并記錄為h1，此時(shí)，通過注射器從可密封容器頂蓋上的刻度直管內(nèi)加入介質(zhì)液體1，直至液面高度達(dá)到頂蓋上的刻度直管低端的刻度指示區(qū)內(nèi)，穩(wěn)定后記錄此液面高度V1；然后，打開三閥洗耳球的吸液閥門，使介質(zhì)液體1緩緩吸入儲(chǔ)液罐內(nèi)，待可密封容器內(nèi)液面低于頂沿時(shí)即可擰開頂蓋，將處理后的樣品S1置于容器內(nèi)，再將頂蓋擰緊，打開三閥洗耳球的液體釋放閥，使液體緩緩流入容器內(nèi)，待儲(chǔ)液罐下端的刻度管示值為h1時(shí)停止。此時(shí)讀取可密封容器頂蓋刻度直管上的示值V2，則V2-V1即為待測極片1的總體積Vt。