[發明專利]一種電池集流體與粘結劑之間粘接強度的測試方法

無效

• 申請號: 201410284458.4
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104089876A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 張全生;王昭勍;安耀升;王淼;閔凡奇;李細方;黨國舉;陳豪飛;何旭烽
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種粘接強度測試技術，特別涉及一種電池集流體與粘結劑之間粘接強度的測試方法。

背景技術

近年來，鋰離子電池已成為在電動車和手提式設備等領域內最有前景的技術，其能量密度在已知的二次電池中是最高的。為了提高鋰離子電池的性能，科研工作人員嘗試開發出新的電極材料、電解質和導電劑。然而，電池效率很大程度依賴于電極工程。粘結劑作為鋰離子電池電極片中的非活性成分，是制備鋰離子電池電極片必須使用的重要材料之一。粘結劑的主要作用是連接電極活性物質、導電劑和電極集流體，使它們之間具有整體的連接性，從而減小電極的阻抗，更好地穩定電極片結構，因而集流體與粘結劑之間的粘接強度就成了粘結劑性能的一個關鍵性指標。

在鋰離子電池充放電過程中，活性物質會不斷發生體積變化，其體積隨鋰離子的嵌入而增長，隨鋰離子的脫出而減小，這種體積變化會導致正、負極活性物質之間及活性物質與集流體之間的接觸變差，嚴重時甚至會發生活性物質從集流體上脫落、掉粉的現象，從而導致電池內阻增大，電池容量衰減，壽命縮短；而且這種體積變化最終導致鋰離子電池體積膨脹、電池變形。在如今智能手機和平板電腦等設備中，對鋰離子電池的尺寸與安全要求嚴格，因此良好的粘結劑必須具有優秀的粘接性能，在電池循環一定次數后仍然能夠將活性物質粘接在集流體上。

經檢索，公開號為CN?102323249?A的中國專利，提出了一種粘結劑粘結性能的定性分析方法，該發明中通過測量混合在粘結劑中的具有拉曼活性物質的拉曼光譜中某一特征峰的拉曼位移大小，對粘結劑的粘結性能進行定性分析，此方法并不能實際測試出鋰離子電池粘結劑與集流體之間的結合力，并且此方法得出的數據并非力學性能數據，不能真實代表粘結劑的粘接強度這一性能。

發明內容

本發明是針對現在無法實際測試鋰離子電池粘結劑與集流體之間的結合力的問題，提出了一種電池集流體與粘結劑之間粘接強度的測試方法，利用多功能力學測試儀（摩擦磨損儀）對涂覆在集流體表面的粘結劑薄膜做破壞性測試，得到電池集流體與粘結劑的結合力，進而得到集流體與粘結劑的粘接強度，本發明的測試方法適用于正極粘結劑涂覆在正極集流體上形成的表面、負極粘結劑涂覆在負極集流體上形成的表面，同時也適用于高分子聚合物涂覆的金屬或合金上形成的表面。

本發明的技術方案為：一種電池集流體與粘結劑之間粘接強度的測試方法，具體包括如下步驟：

1）將配好的粘結劑溶液均勻涂覆在集流體表面，放入鼓風干燥箱中在80℃烘干3～24h，完全粘合后取出后在室溫下靜置0.5～2h，制成規格為1cm×2cm的樣品；

2）選擇多功能力學測試儀器和摩擦對偶，在樣品上安裝好力傳感器，連接摩擦對偶和多功能力學測試儀器，力傳感器連接計算機，將樣品固定在載物臺上，再將樣品移至針尖摩擦對偶正下方；

3）對多功能力學測試儀器進行參數設定，設置預壓力、預壓時間、線性加載力范圍、運行距離、運行時間，啟動多功能力學測試儀器，摩擦對偶對載物臺上的試樣作加載進給運動，線性增加摩擦力，對樣品做破壞性測試，使得薄膜開始破裂、部分破裂直至完全破裂；

4）力傳感器將加載力和摩擦力數據實時傳輸到計算機，計算機對所得數據繪制曲線，從圖中得出摩擦力Fx和摩擦因數COF同時突變最劇烈時對應的時間為薄膜完全破裂時間，對應的加載力Fz為集流體與粘結劑的結合力。

所述步驟1）配置樣品具體步驟：稱取質量比例的粘結劑和質量比例的溶劑，將粘結劑分次加入溶劑中攪拌3～24h，配置成質量分數為1%～5%的黏稠的粘結劑溶液，待攪拌均勻后取少量溶液置于處理后的集流體上，用刮刀將粘結劑溶液均勻涂覆在集流體表面，濕膜膜厚可控制在100～200um，涂覆后的集流體放置于鼓風干燥箱中，80℃下烘干3～24h后取出，在室溫下靜置0.5～2h，制成規格為1cm×2cm的樣品，并對樣品進行標記。

所述樣品為鋰電池正極粘結劑涂覆于對應的正極集流體上，也可以為鋰電池負極粘結劑涂覆于對應的負極集流體表面。

本發明的有益效果在于：本發明電池集流體與粘結劑之間粘接強度的測試方法，解決中國尚未有對鋰離子電池集流體與粘結劑的粘接強度進行測試與分析的方法；所用測試儀器為多功能顯微力學測試儀（摩擦磨損儀），摩擦對偶選用的是金剛石針尖，可實現薄膜與基體準確的結合力測試，且對材料及其粗糙度均無特殊要求；本發明方法操作簡單、制樣容易、測試結果直接準確，能夠簡單準確地對粘結劑粘接性能進行評價。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中加載力、摩擦力、摩擦因數、運行時間關系示意圖；