一種鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的測量方法與設備與流程

本發明屬于鋰電池
技術領域：
，尤其是涉及一種鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的測量方法與設備。
背景技術：
：隨著全球氣候變暖及環境污染的加劇，發展清潔型、環境友好型能源成為各國政府積極倡導與推進的重大能源戰略。尤其是發達國家及具有國際影響力的發展中國家，一方面通過行業規范引導社會發展清潔型可再生能源，另一方面通過積極的財政政策鼓勵新能源企業加大新能源領域的研發投入及產出。當下中國正是處于政府積極推廣新能源產業的政策引導與鼓勵期，國家及地方政府積極引導社會各界力量大力發展新能源產業，加大新能源技術在生產與生活中的應用。就當下正極力推廣的新能源汽車，其使用的動力便是新能源技術云集的鋰離子電池，該領域成為當下資本與技術的聚集地，全國各地鋰電池研究院所與制造大廠如雨后春筍般拔地而起。在鋰電池的研發與制備過程中，負極極片性能的優良對鋰離子電池的性能有著重要的影響，而負極極片的粘結力對負極極片的性能影響最大，如何高效、精確、有效的評估負極極片中石墨與粘結劑的粘結力成為目前鋰電廠商與研究院所的重點攻關項目，越來越受到行業的重視。目前各鋰電廠商及研究院所評估鋰電池負極極片粘結力的主要方法是通過“剝離法”或“畫格子法”，都需要先通過制漿、涂布、碾壓等工序制備負極極片，工序復雜且影響因素多，評估周期長且評估成本高，很難準確評估石墨與粘結劑的粘結力。增加產品研發與制造成本，降低產品市場競爭力。技術實現要素：有鑒于此，本發明旨在提出一種鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的測量方法與設備，該方法和設備可以快速準確評價負極材料石墨與粘結劑之間的粘結強度，降低研發與評估費用，縮短評估周期，有效降低電芯研發成本，有力地提高了產品市場競爭力，有利于廣泛地在生產中應用，具有重大的生產實踐意義。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：一種鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的測量方法，包括如下步驟：步驟1：將負極材料石墨與浸潤劑放入浸潤罐中充分攪拌混合；步驟2：將混合均勻后的石墨放入液壓成型裝置加工成片狀石墨塊，將粘結劑涂覆在石墨塊的表面后進行加熱干燥蒸發掉粘結劑中的溶劑組分，使石墨塊表面形成粘結劑膠膜得到待測樣品；步驟3：將待測樣品放入拉力測試裝置中測量粘結劑膠膜與石墨塊的剝離力，獲得負極材料石墨與粘結劑粘結力。進一步的，所述步驟1中的攪拌混合的時間為10-30min，所述浸潤罐的轉速為2rpm-30rpm，浸潤罐體積500ml-2L。進一步的，所述浸潤劑為油系PVDF浸潤劑、水系CMC-Na浸潤劑或水系CMC-Li浸潤劑。進一步的，所述浸潤劑為粉末狀浸潤劑或浸潤劑水溶液。進一步的，所述液壓成型裝置的升壓速度為0.5T/h-5T/h，行程速度為1m/h-10m/h。進一步的，所述步驟2中對涂覆有粘結劑的片裝石墨塊進行加熱的溫度范圍為40℃-90℃，升溫速度為2℃/min。進一步的，所述步驟3中的拉力測試裝置的拉升速度0.02mm/min-1mm/min，讀數頻率10ms/ea-1s/ea，拉力測試裝置中拉力傳感器的精度為±0.1N，拉力方向為0°-180°。本發明的設計是將待評價的負極材料石墨通過專用設備制備成規則片狀石墨塊，將粘結劑制備成塊狀膠膜，通過評估石墨塊與粘結劑膠膜的粘結力來間接、快速表征極片粘結力。本發明還提供一種鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的測量設備，該測量設備包括依次設置的浸潤罐、石墨液壓成型裝置、粘結劑成型裝置和拉力測試裝置；所述的石墨液壓成型裝置包括液壓缸和石墨成型模具，所述的液壓缸設置在石墨成型模具的上方，所述液壓缸的液壓頭上下運動擠壓石墨成型模具內的石墨；所述的粘結劑成型裝置包括粘結劑成型模具、粘結劑膠膜干燥裝置，所述的粘結劑膠膜干燥裝置設置于粘結劑成型模具底部，用于加熱干燥粘結劑成型模具內部的粘結劑。進一步的，所述液壓缸的液壓頭底部安裝有液壓加強作業板。進一步的，所述石墨成型模具的內表面以及液壓加強作業板的下表面均設置有分離薄膜。進一步的，所述石墨成型模具的尺寸為：長度10cm-30cm、寬度2cm-8cm深度0.5cm-3cm。進一步的，所述粘結劑成型模具的長度和寬度與石墨成型模具的長度和寬度相同，深度較石墨成型模具的深度大1cm-50cm。進一步的，所述浸潤罐的材質為不銹鋼；所述石墨成型模具的材質為工具鋼或不銹鋼，厚度為2cm-5cm；所述粘結劑成型模具的材質為鋼化玻璃、氧化鋁或氧化鋯，厚度為1cm-2cm。相對于現有技術，本發明所述的鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的測量方法與設備具有以下優勢：本發明所述的鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的測量方法與設備可以在不使用攪拌制漿、涂布烘烤及碾壓的情況下，高效、快速、準確測量出石墨與不同類型粘結劑或石墨與粘結劑不同配比的粘結力，有效提高研發評估效率，降低研發與生產成本，縮短產品開發周期，提高企業生產效益，有力地提高了產品市場競爭力，有利于廣泛地在生產中應用，具有重大的生產實踐意義。附圖說明構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：圖1為本發明實施例所述的鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的測量設備的結構示意圖。附圖標記說明：1-浸潤罐；2-液壓頭；3-液壓加強作業板；4-石墨成型模具；5-粘結劑膠層；6-粘結劑膠膜；7-粘結劑膠膜干燥裝置；8-石墨塊夾具；9-待測樣品；10-粘結劑膠膜夾具；11-石墨塊。具體實施方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。本發明的實施例中使用的浸潤劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)；使用的粘結劑為丁苯橡膠(SBR)。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。一種鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的測量設備，如圖1所示，包括依次設置的浸潤罐1、石墨液壓成型裝置、粘結劑成型裝置和拉力測試裝置；所述的石墨液壓成型裝置包括液壓缸和石墨成型模具4，所述的液壓缸設置在石墨成型模具4的上方，所述液壓缸的液壓頭2上下運動擠壓石墨成型模具4內的石墨；所述的粘結劑成型裝置包括粘結劑成型模具5、粘結劑膠膜干燥裝置7，所述的粘結劑膠膜干燥裝置7設置于粘結劑成型模具5底部，用于加熱干燥粘結劑成型模具5內部的粘結劑，使粘結劑在石墨塊表面形成粘結劑膠膜6。粘結劑成型模具5內的溫度采用數字顯示，溫度調節可根據預設值進行閉環調節，可根據粘結劑膠膜6干燥程度動態調整干燥溫度，調節精度±0.1度；拉力測試裝置內設置有石墨塊夾具8和粘結劑膠膜夾具10，二者可依據待測樣品寬度選擇不同寬度，內部的拉力傳感器精度為±0.1N，拉力方向可在0°-180°之間連續可調，拉力可采用軟件讀取并顯示拉力與位移的曲線，軟件可輸入樣品寬度與厚度規格，輸出值的單位為：N/m。所述液壓缸的液壓頭2底部安裝有液壓加強作業板3，液壓加強作業板3的尺寸可根據石墨塊的尺寸安裝，液壓加強作業板3通過液壓頭2的凹型螺栓固定裝置固定于液壓頭2上，螺栓與液壓加強作業板3在同一水平面。所述石墨成型模具4的內表面以及液壓加強作業板3的下表面均設置有分離薄膜，便于分離石墨成型模具4中的石墨塊11。所述石墨成型模具4的尺寸為：長度10cm-30cm、寬度2cm-8cm深度0.5cm-3cm。所述粘結劑成型模具5的長度和寬度與石墨成型模具4的長度和寬度相同，深度較石墨成型模具4的深度大1cm-50cm。所述浸潤罐1的材質為不銹鋼，所述浸潤罐1可根據實驗需要進行加熱或冷卻，捏合轉速可采用數字或指針顯示，運轉電流可采用數據或指針顯示，并可進行過流報警；所述石墨成型模具4的材質為工具鋼或不銹鋼，厚度為2cm-5cm；所述粘結劑成型模具5的材質為鋼化玻璃、氧化鋁或氧化鋯，厚度為1cm-2cm。如圖1所示，將負極材料石墨和浸潤劑放入浸潤罐1中，并在浸潤罐1中捏合后使石墨處于高捏合的浸潤狀態。在石墨成型模具4底部和四周預先放置分離薄膜，把浸潤好的石墨轉移至石墨液壓成型裝置4中，將石墨均勻的分布在放置有分離薄膜的石墨成型模具4中，蓋上預先貼好分離薄膜的液壓加強作業板3，然后采用程序升壓方式緩慢地對放有待成型石墨的石墨成型模具4按預先設置好的程序增壓與保壓，獲得片狀的石墨塊11。將片狀的石墨塊11轉移至粘結劑成型模具5中，用量筒稱取待評價粘結劑溶液，均勻倒在片狀石墨塊11上，然后對放置有石墨塊11與粘結劑的粘結劑成型模具5進行程序升溫，蒸發掉粘結劑中的溶劑組分，獲得待測樣品9。然后將制備好的鋪展有粘結劑膠膜6的待測樣品9放置在拉力測試裝置，采用程序拉升測試方法測試粘結劑膠膜6與石墨塊11的剝離力，即可獲得粘結劑與石墨之間的粘結力。實施例1應用上述設備測量鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的方法，包括如下步驟：步驟1：將96份(重量份數，下同)石墨和2份(重量份數，下同)CMC放入浸潤罐中充分攪拌混合30min，浸潤罐的轉速為20rpm，浸潤罐的體積2L。步驟2：將混合均勻后的石墨放入液壓成型裝置加工成片狀石墨塊，將片裝石墨塊放入粘結劑成型模具中，之后將2份(重量份數，下同)SBR鋪展在石墨塊的表面后進行加熱干燥蒸發掉SBR中的溶劑組分，使石墨塊表面形成粘結劑膠膜得到待測樣品；其中，液壓成型裝置的升壓速度為2T/h，行程速度為2m/h。該步驟中對鋪展有SBR的片裝石墨塊進行加熱的溫度為40℃，升溫速度為2℃/min。石墨成型模具的尺寸為：長度30cm、寬度8cm、深度2cm，粘結劑成型模具的尺寸為：長度30cm、寬度8cm、深度10cm。步驟3：將待測樣品放入拉力測試裝置中測量粘結劑膠膜與石墨塊的剝離力，獲得負極材料石墨與粘結劑粘結力；其中，拉力測試裝置的拉升速度0.5/min，讀數頻率50ms/ea，拉力測試裝置中拉力傳感器的精度為±0.1N，拉力方向為60°。實施例2應用上述設備測量鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的方法，包括如下步驟：步驟1：將95份石墨和2份CMC放入浸潤罐中充分攪拌混合30min，浸潤罐的轉速為20rpm，浸潤罐的體積2L。步驟2：將混合均勻后的石墨放入液壓成型裝置加工成片狀石墨塊，將片裝石墨塊放入粘結劑成型模具中，之后將3份SBR鋪展在石墨塊的表面后進行加熱干燥蒸發掉SBR中的溶劑組分，使石墨塊表面形成粘結劑膠膜得到待測樣品；其中，液壓成型裝置的升壓速度為2T/h，行程速度為2m/h。該步驟中對鋪展有SBR的片裝石墨塊進行加熱的溫度為40℃，升溫速度為2℃/min。石墨成型模具的尺寸為：長度30cm、寬度8cm、深度2cm，粘結劑成型模具的尺寸為：長度30cm、寬度8cm、深度10cm。步驟3：將待測樣品放入拉力測試裝置中測量粘結劑膠膜與石墨塊的剝離力，獲得負極材料石墨與粘結劑粘結力；其中，拉力測試裝置的拉升速度0.5/min，讀數頻率50ms/ea，拉力測試裝置中拉力傳感器的精度為±0.1N，拉力方向為60°。實施例3應用上述設備測量鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的方法，包括如下步驟：步驟1：將95.5份石墨和2份CMC放入浸潤罐中充分攪拌混合30min，浸潤罐的轉速為20rpm，浸潤罐的體積2L。步驟2：將混合均勻后的石墨放入液壓成型裝置加工成片狀石墨塊，將片裝石墨塊放入粘結劑成型模具中，之后將2.5份SBR鋪展在石墨塊的表面后進行加熱干燥蒸發掉SBR中的溶劑組分，使石墨塊表面形成粘結劑膠膜得到待測樣品；其中，液壓成型裝置的升壓速度為2T/h，行程速度為2m/h。該步驟中對鋪展有SBR的片裝石墨塊進行加熱的溫度為40℃，升溫速度為2℃/min。石墨成型模具的尺寸為：長度30cm、寬度8cm、深度2cm，粘結劑成型模具的尺寸為：長度30cm、寬度8cm、深度10cm。步驟3：將待測樣品放入拉力測試裝置中測量粘結劑膠膜與石墨塊的剝離力，獲得負極材料石墨與粘結劑粘結力；其中，拉力測試裝置的拉升速度0.5/min，讀數頻率50ms/ea，拉力測試裝置中拉力傳感器的精度為±0.1N，拉力方向為60°。實施例4應用上述設備測量鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的方法，包括如下步驟：步驟1：將96.2份石墨和2份CMC放入浸潤罐中充分攪拌混合30min，浸潤罐的轉速為20rpm，浸潤罐的體積2L。步驟2：將混合均勻后的石墨放入液壓成型裝置加工成片狀石墨塊，將片裝石墨塊放入粘結劑成型模具中，之后將1.8份SBR鋪展在石墨塊的表面后進行加熱干燥蒸發掉SBR中的溶劑組分，使石墨塊表面形成粘結劑膠膜得到待測樣品；其中，液壓成型裝置的升壓速度為2T/h，行程速度為2m/h。該步驟中對鋪展有SBR的片裝石墨塊進行加熱的溫度為40℃，升溫速度為2℃/min。石墨成型模具的尺寸為：長度30cm、寬度8cm、深度2cm，粘結劑成型模具的尺寸為：長度30cm、寬度8cm、深度10cm。步驟3：將待測樣品放入拉力測試裝置中測量粘結劑膠膜與石墨塊的剝離力，獲得負極材料石墨與粘結劑粘結力；其中，拉力測試裝置的拉升速度0.5/min，讀數頻率50ms/ea，拉力測試裝置中拉力傳感器的精度為±0.1N，拉力方向為60°。實施例5應用上述設備設測量鋰電池負極石墨與粘結劑粘結力的方法，包括如下步驟：步驟1：將96.5份石墨和2份CMC放入浸潤罐中充分攪拌混合30min，浸潤罐的轉速為20rpm，浸潤罐的體積2L。步驟2：將混合均勻后的石墨放入液壓成型裝置加工成片狀石墨塊，將片裝石墨塊放入粘結劑成型模具5中，之后將1.5份SBR鋪展在石墨塊的表面后進行加熱干燥蒸發掉SBR中的溶劑組分，使石墨塊表面形成粘結劑膠膜得到待測樣品；其中，液壓成型裝置的升壓速度為2T/h，行程速度為2m/h。該步驟中對鋪展有SBR的片裝石墨塊進行加熱的溫度為40℃，升溫速度為2℃/min。石墨成型模具的尺寸為：長度30cm、寬度8cm、深度2cm，粘結劑成型模具的尺寸為：長度30cm、寬度8cm、深度10cm。步驟3：將待測樣品放入拉力測試裝置中測量粘結劑膠膜與石墨塊的剝離力，獲得負極材料石墨與粘結劑粘結力；其中，拉力測試裝置的拉升速度0.5/min，讀數頻率50ms/ea，拉力測試裝置中拉力傳感器的精度為±0.1N，拉力方向為60°。對比例1-5對比例1-5的采用本領域常規的負極極片的制備工藝：制漿、涂布、碾壓等工序制備負極極片，且所用原料以及配比與實施例1-5一一對應。對比例1-5制得的負極極片進行石墨與粘結劑粘結力的測試，使用的測試裝置與實施例1-5中使用的拉力測試裝置相同，測試裝置的測試參數也相同。將實施例1-5所述的測試方法得到的負極材料石墨與粘結劑粘結力的測試數據與對比例1-5采用常規工藝制備而得的負極極片中石墨與粘結劑的粘結力測試數據見下表：實施例實施例1實施例2實施例3實施例4實施例4石墨塊與粘結劑膠膜粘結力(N/m)10.613.38.915.711.9對比例對比例1對比例2對比例3對比例4對比例5極片粘結力(N/m)10.213.59.115.312.3由上表可以看出，本發明所述的方法和設備通過對負極材料石墨進行浸潤、成型、加熱干燥、粘結劑成膜、拉力測試裝置測試處理，可以快速準確獲得負極材料石墨與不同配比粘結劑之間的粘結力。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3