[发明专利]一种电池集流体与粘结剂之间粘接强度的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粘接强度测试技术，特别涉及一种电池集流体与粘结剂之间粘接强度的测试方法。

背景技术

近年来，锂离子电池已成为在电动车和手提式设备等领域内最有前景的技术，其能量密度在已知的二次电池中是最高的。为了提高锂离子电池的性能，科研工作人员尝试开发出新的电极材料、电解质和导电剂。然而，电池效率很大程度依赖于电极工程。粘结剂作为锂离子电池电极片中的非活性成分，是制备锂离子电池电极片必须使用的重要材料之一。粘结剂的主要作用是连接电极活性物质、导电剂和电极集流体，使它们之间具有整体的连接性，从而减小电极的阻抗，更好地稳定电极片结构，因而集流体与粘结剂之间的粘接强度就成了粘结剂性能的一个关键性指标。

在锂离子电池充放电过程中，活性物质会不断发生体积变化，其体积随锂离子的嵌入而增长，随锂离子的脱出而减小，这种体积变化会导致正、负极活性物质之间及活性物质与集流体之间的接触变差，严重时甚至会发生活性物质从集流体上脱落、掉粉的现象，从而导致电池内阻增大，电池容量衰减，寿命缩短；而且这种体积变化最终导致锂离子电池体积膨胀、电池变形。在如今智能手机和平板电脑等设备中，对锂离子电池的尺寸与安全要求严格，因此良好的粘结剂必须具有优秀的粘接性能，在电池循环一定次数后仍然能够将活性物质粘接在集流体上。

经检索，公开号为CN 102323249 A的中国专利，提出了一种粘结剂粘结性能的定性分析方法，该发明中通过测量混合在粘结剂中的具有拉曼活性物质的拉曼光谱中某一特征峰的拉曼位移大小，对粘结剂的粘结性能进行定性分析，此方法并不能实际测试出锂离子电池粘结剂与集流体之间的结合力，并且此方法得出的数据并非力学性能数据，不能真实代表粘结剂的粘接强度这一性能。

发明内容

本发明是针对现在无法实际测试锂离子电池粘结剂与集流体之间的结合力的问题，提出了一种电池集流体与粘结剂之间粘接强度的测试方法，利用多功能力学测试仪（摩擦磨损仪）对涂覆在集流体表面的粘结剂薄膜做破坏性测试，得到电池集流体与粘结剂的结合力，进而得到集流体与粘结剂的粘接强度，本发明的测试方法适用于正极粘结剂涂覆在正极集流体上形成的表面、负极粘结剂涂覆在负极集流体上形成的表面，同时也适用于高分子聚合物涂覆的金属或合金上形成的表面。

本发明的技术方案为：一种电池集流体与粘结剂之间粘接强度的测试方法，具体包括如下步骤：

1）将配好的粘结剂溶液均匀涂覆在集流体表面，放入鼓风干燥箱中在80℃烘干3～24h，完全粘合后取出后在室温下静置0.5～2h，制成规格为1cm×2cm的样品；

2）选择多功能力学测试仪器和摩擦对偶，在样品上安装好力传感器，连接摩擦对偶和多功能力学测试仪器，力传感器连接计算机，将样品固定在载物台上，再将样品移至针尖摩擦对偶正下方；

3）对多功能力学测试仪器进行参数设定，设置预压力、预压时间、线性加载力范围、运行距离、运行时间，启动多功能力学测试仪器，摩擦对偶对载物台上的试样作加载进给运动，线性增加摩擦力，对样品做破坏性测试，使得薄膜开始破裂、部分破裂直至完全破裂；

4）力传感器将加载力和摩擦力数据实时传输到计算机，计算机对所得数据绘制曲线，从图中得出摩擦力Fx和摩擦因数COF同时突变最剧烈时对应的时间为薄膜完全破裂时间，对应的加载力Fz为集流体与粘结剂的结合力。

所述步骤1）配置样品具体步骤：称取质量比例的粘结剂和质量比例的溶剂，将粘结剂分次加入溶剂中搅拌3～24h，配置成质量分数为1%～5%的黏稠的粘结剂溶液，待搅拌均匀后取少量溶液置于处理后的集流体上，用刮刀将粘结剂溶液均匀涂覆在集流体表面，湿膜膜厚可控制在100～200um，涂覆后的集流体放置于鼓风干燥箱中，80℃下烘干3～24h后取出，在室温下静置0.5～2h，制成规格为1cm×2cm的样品，并对样品进行标记。

所述样品为锂电池正极粘结剂涂覆于对应的正极集流体上，也可以为锂电池负极粘结剂涂覆于对应的负极集流体表面。

本发明的有益效果在于：本发明电池集流体与粘结剂之间粘接强度的测试方法，解决中国尚未有对锂离子电池集流体与粘结剂的粘接强度进行测试与分析的方法；所用测试仪器为多功能显微力学测试仪（摩擦磨损仪），摩擦对偶选用的是金刚石针尖，可实现薄膜与基体准确的结合力测试，且对材料及其粗糙度均无特殊要求；本发明方法操作简单、制样容易、测试结果直接准确，能够简单准确地对粘结剂粘接性能进行评价。

附图说明

图1为本发明实施例1中加载力、摩擦力、摩擦因数、运行时间关系示意图；