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一种极片孔隙率的测量计算方法.pdf

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一种 孔隙率 测量 计算方法
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摘要
申请专利号:

CN201710014359.8

申请日:

2017.01.09

公开号:

CN106684330A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

实审

?#34892;?#24615;:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):H01M 4/139申请日:20170109|||公开
IPC分类号: H01M4/139(2010.01)I; G01N15/08 主分类号: H01M4/139
申请人: 中天储能科技有限公司
发明人: 连林; 郑媛媛; 靳承铀; 薛驰; 缪永华
地址: 226000 江苏省南通市经济技术开发区宏兴东路36号
优先权:
专利代理机构: ?#26412;?#19968;格知识产权代理事务所(普通合伙) 11316 代理人: 滑春生
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法律状态
申请(专利)号:

CN201710014359.8

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种极片孔隙率的测量计算方法,包括以下步骤:首先选取原料进行配制浆料;测量浆料密度和浆料固含量;根据浆料密?#21462;?#27974;料固含量和所选溶剂的密度计算出综合真密度;根据极片所需的压实密度,利用上述浆料涂布在极片表面,并对极片表面进行压实处理;根据压实密度和综合真密度,计算出极片孔隙率。本发明所提供的一种极片孔隙率的测量计算方法快速、?#34892;В?#21487;以在电池生产过程中进行数据采集与计算,无需单独实验;并且,这种测量计算方法克服了压汞仪测试的费用过高、对测试人员健康造成威胁、废汞处理困难及测试误差大的问题;这种测量计算方法对电池设计和工艺参数优化都具有指导意义。

权利要求书

1.一种极片孔隙率的测量计算方法,其特征在于:包括以下步骤:首先选取原料进行配
制浆料;测量浆料密度和浆料固含量;根据浆料密?#21462;?#27974;料固含量和所选溶剂的密度计算出
综合真密度;根据极片所需的压实密度,利用上述浆料涂布在极片表面,并对极片表面进行
压实处理;根据压实密度和综合真密度,计算出极片孔隙率。
2.根据权利要求1所述的一种极片孔隙率的测量计算方法,其特征在于:所述原料包括
采用粉料主材、导电剂、胶液和溶剂。
3.根据权利要求1或2所述的一种极片孔隙率的测量计算方法,其特征在于:所述配制
浆料的具体步骤包括:首先,对反应设备内进行抽真空,真空?#21462;?0.09Mpa;然后,将粉料主
材与导电剂加入到反应设备中进行混合,加入溶剂进行润湿,再加入胶液,最后,进行搅拌
均匀;搅拌线速度12-18m/s,搅拌时间为4-10小时。
4.根据权利要求1所述的一种极片孔隙率的测量计算方法,其特征在于:所述浆料密度
参照水泥密度测定方法的国?#20918;?#20934;GB/T208-2014进行测量,并将浆料密度记为ρ1;所述浆
料固含量参照涂料固含量测试方法GB1725-79进行测量,并将浆料固含量记为s。
5.根据权利要求2所述的一种极片孔隙率的测量计算方法,其特征在于:所述溶剂密度
的测量可采用密度测试仪直接测量的方式或实验测量计算的方式,并将溶剂密度记为ρ2;
所述实验测量计算方式测量溶剂密度包括以下步骤:首先取具有容积刻度的容器,测量容
器的初始重量m0;将溶剂装入容器中,读取所装入溶剂的体积v0,并测?#23380;?#26377;溶剂的容器质
量m1;根据ρ2=(m1-m0)/v0,计算出溶剂密?#21462;?br />
6.根据权利要求2所述的一种极片孔隙率的测量计算方法,其特征在于:所述粉料主材
包括磷酸铁锂、石墨、硅炭材料、钛酸锂、三元镍钴铝和三元镍钴锰。
7.根据权利要求1、4或5所述的一种极片孔隙率的测量计算方法,其特征在于:所述综
合真密度的计算包括以下步骤:a.假设浆料的重量为m;b.根据浆料固含量得到浆料中粉料
的重量为m*s,则溶剂的重量为m*(1-s);c.溶?#20102;?#21344;的体积为v1=[(1-s)*m]/ρ2;d.粉料的
真体积为v2=m/ρ1-v1;e.因此,浆料中粉料的综合真密度ρ为
ρ=m*s/v2=s*ρ1*ρ2/[ρ2-ρ1(1-s)];根据ρ1、ρ2和s计算出综合真密度?#36873;?br />
8.根据权利要求1或7所述的一种极片孔隙率的测量计算方法,其特征在于:所述极片
孔隙率的计算具体包括:假设极片所需的压实密度为c,浆料涂布在极片上的面密度为SA,
则单位面积极片宏观体积为v3=SA/c;粉料的总体积为v4=SA/ρ;极片孔隙率为p=(v3-
v4)/v3;根据ρ和c计算出极片孔隙率p:p=(v3-v4)/v3=(ρ-c)/?#36873;?br />

说明书

一种极片孔隙率的测量计算方法

技术领域

本发明属于极片孔隙率测试技术领域,具体涉及一种极片孔隙率的测量计算方
法。

背景技术

极片的孔隙率是锂离子电池设计制造过程中的重要参数,其与电池的倍率性能、
内阻、循环寿命以及电池设计的注液量等有紧密联系;极片的孔隙率大,会导致电池极片导
电网络完整性较差,电池内阻增大,且电流在极片上分布均匀性变差,导致循环寿命?#26723;停?br />若极片的孔隙率?#31995;停?#34429;然会?#26723;?#30005;池的内阻但是会导致电池吸液量减小,电池的倍率及
循环性能显著?#26723;停?#22240;此,极片孔隙率对电池的性能至关重要。

极片孔隙率一般使用压汞仪进行测试,该方法不仅费用昂贵而且测试使用汞介
?#21097;?#27742;金属有剧毒,在测试过程中容易挥发成汞蒸气,对测试人员的健康存在潜在危害,并
且测试后的废汞处理非常麻?#24120;?#19981;仅如此,压汞仪在测试电池极片孔隙率存在天然缺陷,低
压阶段金属汞与极片表面存在麻皮效应(低压阶段金属汞与极片表面润湿?#36824;唬?#30028;面间存
在缝隙),导致在低压阶段的注汞量一部分填充界面缝隙,一部分注入极片的大孔,且该两
者无法区分,导致压汞仪测试的极片孔隙率偏大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足,现提供一种无需大?#36879;?#31934;密仪器、测试
过程无毒环保的极片孔隙率的测量计算方法。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种极片孔隙率的测量计算方
法,其创新点在于:包括以下步骤:首先选取原料进行配制浆料;测量浆料密度和浆料固含
量;根据浆料密?#21462;?#27974;料固含量和所选溶剂的密度计算出综合真密度;根据极片所需的压实
密度,利用上述浆料涂布在极片表面,并对极片表面进行压实处理;根据压实密度和综合真
密度,计算出极片孔隙率。

进一步的,所述原料包括采用粉料主材、导电剂、胶液和溶剂。

进一步的,所述配制浆料的具体步骤包括:首先,对反应设备内进行抽真空,真空
?#21462;?0.09Mpa;然后,将粉料主材与导电剂加入到反应设备中进行混合,加入溶剂进行润
湿,再加入胶液,最后,进行搅拌均匀;搅拌线速度12-18m/s,搅拌时间为4-10小时。

进一步的,所述浆料密度参照水泥密度测定方法的国?#20918;?#20934;GB/T208-2014进行测
量,并将浆料密度记为ρ1;所述浆料固含量参照涂料固含量测试方法GB1725-79进行测量,
并将浆料固含量记为s。

进一步的,所述溶剂密度的测量可采用密度测试仪直接测量的方式或实验测量计
算的方式,并将溶剂密度记为ρ2;所述实验测量计算方式测量溶剂密度包括以下步骤:首先
取具有容积刻度的容器,测量容器的初始重量m0;将溶剂装入容器中,读取所装入溶剂的体
积v0,并测?#23380;?#26377;溶剂的容器质量m1;根据ρ2=(m1-m0)/v0,计算出溶剂密?#21462;?br />

进一步的,所述粉料主材包括磷酸铁锂、石墨、硅炭材料、钛酸锂、三元镍钴铝和三
元镍钴锰。

进一步的,所述综合真密度的计算包括以下步骤:a.假设浆料的重量为m;b.根据
浆料固含量得到浆料中粉料的重量为m*s,则溶剂的重量为m*(1-s);c.溶?#20102;?#21344;的体积为
v1=[(1-s)*m]/ρ2;d.粉料的真体积为v2=m/ρ1-v1;e.因此,浆料中粉料的综合真密度ρ为
ρ=m*s/v2=s*ρ1*ρ2/[ρ2-ρ1(1-s)];根据ρ1、ρ2和s计算出综合真密度?#36873;?br />

进一步的,所述极片孔隙率的计算具体包括:假设极片所需的压实密度为c,浆料
涂布在极片上的面密度为SA,则单位面积极片宏观体积为v3=SA/c;粉料的总体积为v4=
SA/ρ;极片孔隙率为p=(v3-v4)/v3;根据ρ和c计算出极片孔隙率p:

p=(v3-v4)/v3=(ρ-c)/?#36873;?br />

本发明的有益效果如下:

(1)本发明通过利用配料过程中粉料主材被溶剂完全浸润的特性,准确计算出配
料所用粉体的综合真密度,在根据极片压实后的粉体真体积与压实后的单位面积极片宏观
体积之比,计算出极片的孔隙率;这种测量计算方法快速、?#34892;В?#21487;以在电池生产过程中进
行数据采集与计算,无需单独实验。

(2)本发明所公开的极片孔隙率的测量计算方法克服了压汞仪测试的费用过高、
对测试人员健康造成威胁、废汞处理困难及测试误差大的问题。

(3)本发明所公开的极片孔隙率的测量计算方法对电池设计和工艺参数优化都具
有指导意义。

(4)本发明的极片孔隙率的测量计算方法不仅仅适用于锂离子电池极孔隙率的测
量计算,同样适用于其他领域配料过程中浆料粉体的真密度以及极片孔隙率的测量计算。

附图说明

图1为本发明一种极片孔隙率的测量计算方法的流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明
书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

如图1所示,一种极片孔隙率的测量计算方法,包括以下步骤:首先采用粉料主材、
导电剂、胶液和溶剂进行配制浆料;测量浆料密度和浆料固含量;根据浆料密?#21462;?#27974;料固含
量和所选溶剂的密度计算出综合真密度;根据极片所需的压实密度,利用上述浆料涂布在
极片表面,并对极片表面进行压实处理;根据压实密度和综合真密度,计算出极片孔隙率。

配制浆料的具体步骤包括:首先,对反应设备内进行抽真空,真空?#21462;?0.09Mpa;
然后,将粉料主材与导电剂加入到反应设备中进行混合,加入溶剂进行润湿,再加入胶液,
最后,进行搅拌均匀;搅拌线速度12-18m/s,搅拌时间为4-10小时。

浆料密度参照水泥密度测定方法的国?#20918;?#20934;GB/T208-2014进行测量,并将浆料密
度记为ρ1;所述浆料固含量参照涂料固含量测试方法GB1725-79进行测量,并将浆料固含量
记为s。

溶剂密度的测量可采用密度测试仪直接测量的方式或实验测量计算的方式,并将
溶剂密度记为ρ2;实验测量计算方式测量溶剂密度包括以下步骤:首先取具有容积刻度的
容器,测量容器的初始重量m0;将溶剂装入容器中,读取所装入溶剂的体积v0,并测?#23380;?#26377;
溶剂的容器质量m1;根据ρ2=(m1-m0)/v0,计算出溶剂密?#21462;?br />

粉料主材包括磷酸铁锂、石墨、硅炭材料、钛酸锂、三元镍钴铝和三元镍钴锰。

综合真密度的计算包括以下步骤:a.假设浆料的重量为m;b.根据浆料固含量得到
浆料中粉料的重量为m*s,则溶剂的重量为m*(1-s);c.溶?#20102;?#21344;的体积为v1=[(1-s)*m]/ρ
2;d.粉料的真体积为v2=m/ρ1-v1;e.因此,浆料中粉料的综合真密度ρ为ρ=m*s/v2=s*ρ
1*ρ2/[ρ2-ρ1(1-s)];根据ρ1、ρ2和s计算出综合真密度?#36873;?br />

极片孔隙率的计算具体包括:假设极片所需的压实密度为c,浆料涂布在极片上的
面密度为SA,则单位面积极片宏观体积为v3=SA/c;粉料的总体积为v4=SA/ρ;极片孔隙率
为p=(v3-v4)/v3;根据ρ和c计算出极片孔隙率p:p=(v3-v4)/v3=(ρ-c)/?#36873;?br />

本发明的一种极片孔隙率的测量计算方法通过利用配料过程中粉料主材被溶剂
完全浸润的特性,准确计算出配料所用粉体的综合真密度,在根据极片压实后的粉体真体
积与压实后的单位面积极片宏观体积之比,计算出极片的孔隙率;该方法快速、?#34892;В?#21487;以
在电池生产过程中进行数据采集与计算,无需单独实验;并且,这种测量计算方法克服了压
汞仪测试的费用过高、对测试人员健康造成威胁、废汞处理困难及测试误差大的问题;这种
测量计算方法对电池设计和工艺参数优化都具有指导意义。

以下表格为按照所需的压实密度对极片进行辊压后,利用本发明所公开的极片孔
隙率的测量计算方法所计算出的孔隙率与利用压汞仪测试不同的压实密度极片的孔隙率
的对比;

极片编号
压实密度
计算值(本发明)
压汞仪测试
1
2.2
43.06%
44.33%
2
2.3
40.52%
41.75%
3
2.4
37.97%
39.10%

由上表的数据可以看出,本发明的一种极片孔隙率的测量计算方法所得到的计算
值与压汞仪测试的测试值相差很小,说明本发明的极片孔隙率的测量计算方法准确可靠。

本发明的极片孔隙率的测量计算方法不仅仅适用于锂离子电池极孔隙率的测量
计算,同样适用于其他领域配料过程中浆料粉体的真密度以及极片孔隙率的测量计算。

上述实施例只是本发明的较佳实施例,并不是对本发明技术方案的限制,只要是
不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案,均应视为落入本发明专利
的权利保护?#27573;?#20869;。

关于本文
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