[发明专利]锂离子电池极片有效孔体积及孔隙率的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池极片有效孔体积及孔隙率的测试方法。

背景技术

锂离子电池尤其是锂离子动力电池在制作过程中，极片的孔隙率对电池性能有较大的影响。实验证明，孔隙率与比容量，效率，内阻，以及电池循环性能有密切的关系，找出极片的最佳孔隙率对电池设计很重要。锂电行业专家张正铭等在多次会议上强调多孔电极对电池性能的影响，合适的极片孔隙率，可以为锂离子的嵌入和脱出提供更自由的通道，可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命，提高锂离子电池的利用率。

当前多采用压汞法对极片孔隙率进行测试，该方法主要是在逐渐升压的情况下，将汞压入极片的孔隙内，根据进汞量计算出极片的孔隙率，该测试方法需要配备专用压汞仪，该设备价格昂贵；且由于测试试剂为汞，而汞是环境中一种生物毒性极强的重金属污染物，它进入生物体后很难被排出，严重威胁人类健康，因而对操作人员和环境具有很大的危害性。而本发明所提供的方法，无需大型专业设备，测试装置简单易于制作，所用试剂无毒无害，且测试方法简单可靠，便于推广。

另外，由于压汞法中汞是在压力作用下（最高达30000psi）进入样品孔隙中的，其中测得的样品孔隙包括常压下液体不能进入的无效孔，而本发明的测试方法主要是靠液体物理扩散和吸附进入孔隙中的，因此测得的是更接近锂离子电池实际使用环境的有效孔体积和孔隙率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池极片有效孔体积及孔隙率的测试方法，可以用于锂离子电池极片制作工艺的优化，为建立工艺参数与孔隙率及电池性能之间的关系提供参考。

本发明通过测试极片的含孔总体积和孔被液体填充后的真体积，计算出极片的有效孔体积及孔隙率，锂离子电池极片有效孔体积及孔隙率的测试方法，按照下述步骤进行：

测试装置主要包括可密封容器、储液罐、三阀洗耳球，其中可密封容器分为容器与顶盖，两者通过内螺纹旋紧达到密封，且顶盖顶部宽度较大，拧紧后，顶盖与容器间无缝隙，以达到定位效果；顶盖上端开孔并装有带刻度指示的直管，顶盖内部呈锥面，用以引导溶液中的气泡从直管内排出；容器在螺纹以下的位置开孔并安装有导液弯管；储液罐形状类似大肚移液管，且下端的直管上带有刻度；导液弯管与储液罐之间用塑胶管连接；储液罐顶部直管上装有三阀洗耳球，用于控制溶液在储液罐和可密封容器内的流动。

测试前，需将待测极片进行干燥处理，并裁取2块大小相同的极片样品，样品S1和S2，用软布将其表面杂质和浮粉擦净，分别称量质量并记录为m1和m2。

首先，极片含孔总体积的测试方法为，测试样品S1在测试前用软布沾少量凡士林，在样品两表面均匀涂抹，待极片表面被充分浸润后，将多余的凡士林用洁净布擦净，以防止介质液体进入到极片孔隙内。将可密封容器内装入第一介质液体，第一介质液体要求具有较大的表面张力（70mN·m^-1—500mN·m^-1），以降低对极片的润湿程度，可密封容器中液体接近满时，打开三阀洗耳球的吸液阀门，将介质液体向储液罐内吸，观察储液罐下面直管，使液面高度在刻度指示区内并记录为h1，此时，通过注射器从可密封容器顶盖上的刻度直管内加入介质液体1，直至液面高度达到顶盖上的刻度直管低端的刻度指示区内，稳定后记录此液面高度V1；然后，打开三阀洗耳球的吸液阀门，使介质液体1缓缓吸入储液罐内，待可密封容器内液面低于顶沿时即可拧开顶盖，将处理后的样品S1置于容器内，再将顶盖拧紧，打开三阀洗耳球的液体释放阀，使液体缓缓流入容器内，待储液罐下端的刻度管示值为h1时停止。此时读取可密封容器顶盖刻度直管上的示值V2，则V2-V1即为待测极片1的总体积Vt。