[發明專利]一種電池極片孔隙率的測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 202110008864.8
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN114720323A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 王曉東;吳承仁;葛志強;周德華;李進;梅驁
• 申請（專利權）人: 廣汽埃安新能源汽車有限公司
• 主分類號: G01N9/02
• 分類號: G01N9/02;G01N9/36;G01N15/08
• 代理公司: 成都維飛知識產權代理有限公司 51311
• 代理人: 魏春蓉

本發明公開了一種電池極片孔隙率的測試裝置，用于測試電池極片的孔隙率，包括用以承裝液體的容器和用以分別稱量所述電池極片完全浸沒在所述液體和晾干后的重量的稱重機構，所述液體為與所述電池極片接觸角小于90°且不與所述電池極片內的電解液和鋰鹽反應且能溶解所述電池極片內的鋰鹽的有機溶劑。本發明還公開一種電池極片孔隙率的測試方法，應用于如上所述的電池極片孔隙率的測試裝置，包括步驟S1至S6，所述步驟S3為將所述電池極片從所述有機溶劑中取出晾干后用所述稱重機構測量重量m2；所述步驟S4為根據所述電池極片的形狀算出體積V1；所述步驟S6為根據公式計算所述電池極片的孔隙率，其中ρ為所述有機溶劑在常溫下的密度。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種電池極片孔隙率的測試裝置及測試方法。

背景技術

目前，新能源汽車領域發展非常迅速，市場占有率不斷提高，帶來了動力鋰離子電池產量和裝機量的快速增長。然而，近年來頻繁發生的電動汽車燃燒事件，增加了消費者對電動車安全性的擔憂，反映出了電池安全的重要性。電池失效分析是提高電池安全性的重要方法之一，拆解新鮮電池、循環后的電池或失效電池，進行極片孔隙率、厚度測試和電極活性物質成分、結構分析等工作是電池失效分析的重要內容。

鋰離子電池的極片一般為多孔電極結構，一般所指的孔隙率是指多孔介質內互相聯通的微小孔隙的總體積與該多孔介質的總體積的比值。極片孔隙率反映出活性物質顆粒之間的密實程度，是影響極片內鋰離子傳輸性能的重要參數。如果極片的孔隙率偏低，鋰離子在極片內的擴散阻抗增加，導致電池的內阻變大。

然而，帶電的鋰離子電池的正極和負極極片具有較高的反應活性，對空氣中的水分非常敏感，增加了測試的難度和危險性。例如，高活性的負極極片暴露在濕度較高的環境中，極片中活性物質與空氣的水分發生反應，會破壞極片內的多孔結構，甚至發生燃燒反應。循環后的失效電池無法實現完全放電，電池仍會有較多剩余電量，電池極片仍具有較高的反應活性。此外，拆解后的電池極片含有一定量的電解液，電解液中存在不揮發的鋰鹽和其他添加劑組分，給極片孔隙率的測量增加了困難。

目前，測試極片孔隙率比較常用的方法是用壓汞儀測試法和有機溶劑浸潤法。壓汞儀是通過汞入侵法來測定粉末和固體物理性質的儀器，原理：汞對大多數固體材料具有非潤濕性，需外加壓力才能進入固體孔中。汞壓入的孔半徑與所受外壓力呈反比，外壓越大，汞能進入的孔半徑越小。測量不同外壓下進入孔中汞的量即可得到相應孔大小的孔體積，最終計算得到極片的孔隙率。但使用壓汞儀測試高活性極片孔隙率的方法操作步驟較多，測試時間長，并且汞具有一定的毒性，對操作人員存在一定危害。測試后，樣品和廢汞均需要處理。另外，由于壓汞法中汞是在壓力作用下(最高達30000psi)進入樣品孔隙中的，其中測得的樣品孔隙包括常壓下液體不能進入的無效孔，因此測得的結論與鋰離子電池實際使用環境的有效孔體積和孔隙率有偏差。

有機溶劑浸潤法采用計算極片含孔總體積和被有機溶劑填充后的真體積之比算出孔隙率，但是該方法需要抽真空儀器、密封儀器、真密度儀等復雜設備。常用的有機溶劑，又有不易蒸發、容易與殘留電解液和鋰鹽反應等影響測試結果與測試效率的各種問題。

前面的敘述在于提供一般的背景信息，并不一定構成現有技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種方法簡單、效率高、測量精準的電池極片孔隙率的測試裝置及測試方法。

本發明提供一種電池極片孔隙率的測試裝置，用于測試電池極片的孔隙率，包括用以承裝液體的容器和用以分別稱量所述電池極片完全浸沒在所述液體時和在所述液體取出晾干后的重量的稱重機構，所述液體為與所述電池極片接觸角小于90°且不與所述電池極片內的電解液和鋰鹽反應且能溶解所述電池極片內的鋰鹽的有機溶劑。

進一步地，所述有機溶劑為碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一種。

進一步地，所述稱重機構包括電子秤、固定于所述電子秤上的支架和用以將所述電池極片懸吊在所述支架上的細線。