用于测试电极材料相对内阻的测试样品以及用于测试电极材料相对内阻的测试方法与流程

本发明涉及电池材料技术领域，具体地，涉及一种用于测试电极材料相对内阻的测试样品以及用于测试电极材料相对内阻的测试方法。

背景技术：

近年来，锂离子二次电池得到快速发展，在通讯、便携式电子设备、储能电站、电动车等都有着大量应用，是新的绿色能源发展的主要方向之一。

内阻作为锂离子二次电池的关键技术指标之一，对电池有着重要的影响，影响到其倍率充放电性能、循环性能、充放电能量转换效率以及安全性能等，基于此种原因，各大厂家都对电池内阻给予足够重视。锂离子电池内阻构成复杂，分为欧姆内阻和极化内阻。目前，主要测试的是欧姆内阻，其是由电极材料、电解液、隔膜的电阻和电池各部分零件的接触电阻组成。

目前测试电池内阻都是由专用的电池内阻测试仪器进行测试，在进行测试前都要制作完整的全电池，整个制作周期非常长，成本比较高，而且测的是整个电池的内阻，不能单独测试正极材料或者负极材料导致的欧姆内阻。而正负极材料的极化内阻可通过分别组装扣式电池进行交流阻抗测试获得。

因此，开发一种可以快速测试电极正负极内阻的方法显得尤为必要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于测试电极材料相对内阻的测试样品以及用于测试电极材料相对内阻的测试方法，以提供一种可以快速测试电极正负极相对内阻的方法。

为了实现上述目的，在本发明中提供一种用于测试电极材料相对内阻的测试样品，该测试样品包括绝缘隔膜以及固定在所述绝缘隔膜两侧的两个极片，所述极片包括与所述绝缘隔膜相贴设置的电极材料层以及位于外侧的集流体层。

同时，在本发明中还提供了一种用于测试电极材料相对内阻的测试方法，该测试方法包括以下步骤：S1、分别取对照用电极材料和待测电极材料，将两者在相同的条件下制备测试样品，各所述测试样品分别包括绝缘隔膜以及固定在所述绝缘隔膜两侧的两个极片，所述极片包括与所述绝缘隔膜相贴设置的电极材料层以及位于外侧的集流体层；S2、使用相同的内阻测试仪在相同的电解液中，分别测量含有对照用电极材料的测试样品和含有待测电极材料的测试样品的内阻值，即可得知所述待测电极材料的相对内阻。

应用本发明用于测试电极材料相对内阻的测试样品以及用于测试电极材料相对内阻的测试方法，不需要复杂的电池制作设备，不需要耗时较长的电池制作流程，能够大量的节省人工费用和材料费用；而且，该方法通过将两个极片设置为相同极片能够直接获得正极或负极的欧姆内阻，便于分析电池的内阻组成。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了根据本发明一种实施例的用于测试电极材料相对内阻的测试样品中极片的结构示意图；

图2示出了根据本发明一种实施例的用于测试电极材料相对内阻的测试 样品的结构示意图；

图3示出了根据本发明另一种实施例的用于测试电极材料相对内阻的测试样品的结构示意图。

附图标记说明

10 绝缘隔膜 20 极片

21 电极材料层 22 集流体层

23 极耳 30 复合材料

40 绝缘卷绕棒

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中术语“电极材料”是指用于电池实现充放电的“正极材料和/或负极材料的统称”，本领域技术人员通过对电池的了解，能够清楚的知晓这种“正极材料和/或负极材料”的作用及可选原料，在此不再赘述。

本发明的发明人为了开发一种可以快速测试电极正负极内阻的方法，进行了大量的研究实验，并提出了一种用于测试电极材料相对内阻的测试样品，如图1和图2所示，该测试样品包括绝缘隔膜10以及固定在所述绝缘隔膜10两侧的两个极片20，所述极片20包括与所述绝缘隔膜10相贴设置的电极材料层21以及位于外侧的集流体层22。

本发明所提供的这种用于测试电极材料相对内阻的测试样品，不需要复杂的电池制作设备，不需要耗时较长的电池制作流程，能够大量的节省人工费用和材料费用，而且本发明所提供的这种用于测试电极材料相对内阻的测试样品的测试环境简单，仅需要放置电解液中采用内阻测试仪就能够快速测 试电极正负极内阻。

根据本发明上述用于测试电极材料相对内阻的测试样品，固定在所述绝缘隔膜10两侧的两个极片20可以模拟电池形态制成一个正极极片和一个负极极片，以测量极片的内阻。然而，在本发明中优选地，固定在所述绝缘隔膜10两侧的两个极片20材料相同。在本发明中通过将两个极片设置为相同极片，即同时为相同材料制备的正极极片或负极极片，这样的设置方式能够直接获得正极或负极的欧姆内阻，以便于分析电池的内阻组成。

根据本发明上述用于测试电极材料相对内阻的测试样品，对于所制备的极片20并没有特殊要求，其可以参照本领域常规制备正极或负极的方法制备即可。优选地，在本发明测试样品的极片20中电极材料层21与相同材料制备的电池正极/负极具有相同的压实密度。例如电极活性材料为磷酸铁锂时，极片的压实密度为1.8-2.6g/cm³；又例如电极活性材料为钴酸铁锂时，极片的压实密度为3.2-4.3g/cm³。通过调整极片20中电极材料层21的压实密度，有利于更准确地测试出待测电极材料的内阻。

根据本发明上述用于测试电极材料相对内阻的测试样品，只要将两个极片20紧密的固定在绝缘隔膜10的两侧即可。在本发明的一种优选实施方式中。如图3所述，优选所述测试样品具有卷绕结构，其是通过将两个极片20固定在绝缘隔膜10的两侧形成复合材料30，再将所述复合材料30由一端向另一端卷绕形成。在本发明中通过形成具有卷绕结构的测试样品，一方面能够使得两个极片20与绝缘隔膜结构的更为紧密，另一方面有利于缩小测试样品的尺寸，以便于减小存放有电解液的器皿的尺寸。

根据本发明上述用于测试电极材料相对内阻的测试样品，优选地，所述测试样品还包括绝缘卷绕棒40，所述绝缘卷绕棒40位于所述卷绕结构的中心，所述复合材料缠绕在所述绝缘卷绕棒40上。在本发明中绝缘卷绕棒40的设置一方面便于测试样品卷绕结构的形成，另一方面赋予测试样品一定的 立体结构，便于后续测试过程中测试样品的取放。

根据本发明上述用于测试电极材料相对内阻的测试样品，在实际操作中可以采用任意常规方式将两个电极的集流体层22与内阻测试仪的接线端相连，在本发明为了便于简化后续测试流程，便于集流体层22与外部电源相连，优选地，所述极片中集流体层22的一端相对所述电极材料层21的边缘向外延伸形成极耳23。更优选地，所述测试样品具有卷绕结构，所述集流体层22中形成有极耳23的一侧位于所述卷绕结构的卷绕末端，并所述极耳23裸露在所述卷绕结构之外。

根据本发明上述用于测试电极材料相对内阻的测试样品，优选地，所述测试样品还包括固定材料，所述固定材料用于将极片20固定在绝缘隔膜10的两侧，和/或用于固定由复合材料30卷绕形成的卷绕结构。优选地，所述固定材料为粘结剂或胶布。

根据本发明上述用于测试电极材料相对内阻的测试样品，优选地，所述绝缘隔膜10和所述极片20均具有长方形结构，且所述绝缘隔膜10的宽度大于所述极片20的宽度，所述极片固定在所述绝缘隔膜10宽度方向的中间区域。将所述极片固定在所述绝缘隔膜10宽度方向的中间区域，以避免造成因两个极片直接接触所产生的测量误差。

根据本发明上述用于测试电极材料相对内阻的测试样品，优选地，所述绝缘隔膜10的厚度为10-50μm，所述极片中电极材料层21的厚度为50-250μm，集流体层22的厚度为8-30μm。

同时，在本发明中还提供了一种用于测试电极材料相对内阻的测试方法，该测试方法包括以下步骤：S1、分别取对照用电极材料和待测电极材料，将两者在相同的条件下制备测试样品，各所述测试样品分别包括绝缘隔膜电极10电极以及固定在所述绝缘隔膜10两侧的两个极片20，所述极片20包括与所述绝缘隔膜电极10电极相贴设置的电极材料层21以及位于外侧的集流 体层22；S2、使用相同的内阻测试仪在相同的电解液中，分别测量含有对照用电极材料的测试样品和含有待测电极材料的测试样品的内阻值，即可得知所述待测电极材料的相对内阻。

本发明所提供的这种方法，不需要复杂的电池制作设备，不需要耗时较长的电池制作流程，能够大量的节省人工费用和材料费用，而且本发明所提供的这种用于测试电极材料相对内阻的测试样品的测试环境简单，仅需要放置电解液中采用内阻测试仪就能够快速测试电极正负极内阻。

根据本发明用于测试电极材料相对内阻的测试方法，优选地，各所述测试样品中固定在所述绝缘隔膜10两侧的两个极片20材料相同。在本发明中通过将两个极片设置为相同极片，即同时为相同材料的正极极片或负极极片，这样的设置方式能够直接获得正极或负极的欧姆内阻，以便于分析电池的内阻组成。

根据本发明用于测试电极材料相对内阻的测试方法，优选地，制备所述测试样品的步骤包括：S11、取电极材料制备极片20，所述极片20包括集流体层22和形成在所述集流体层22上的电极材料层21；S12、取绝缘隔膜10和两个所述极片，将所述极片以电极材料层21面向所述绝缘隔膜10的方式设置在所述绝缘隔膜10的两侧形成复合材料，固定所述复合材料得到测试样品。

在本发明上述用于测试电极材料相对内阻的测试方法中，对于极片20的制备方法并没有特殊要求，其可以参照现有技术中常规正极/负极的制备方法。在本发明一种优选实施方式中，上述所述S11中制备极片20的步骤包括：将电极材料(例如磷酸铁锂材料)与导电剂(例如导电炭黑，super-p Li)、粘结剂(例如聚偏氟乙烯，PVDF HSV900)按比例(例如重量比91:4:5)加入到溶剂(例如N-甲基吡咯烷酮，NMP)中形成(固含量为35wt％-60wt％的)电极浆料，再将所制备的电极浆料涂覆在集流体(正极例如铝箔，负极 例如铜箔)上，并加热(优选地加热温度为50-180℃，加热时间为3-30min)脱除浆料中溶剂以形成电极材料预备层，再对所述电极材料预备层施压以获得所需压实密度(可参照相同材料制备正极/负极时的常规压实密度，例如磷酸铁锂材料的压实密度为1.8-2.6g/cm³，钴酸铁锂材料的压实密度为3.2-4.3g/cm³)的所述电极材料层21

本发明上述用于测试电极材料相对内阻的测试方法的重点在于，将对照用电极材料和待测电极材料在相同的条件下制备测试样品，并在相同的条件下进行内阻测试，以便于形成直观的对比。其中，对于所采用的正极/负极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂均没有特殊要求，对于各原料的重量比以及后续加热处理的温度和时间也均没有特殊要求，其均可以参照本领域的常规技术选择，在此不再赘述。同时，在本发明中对绝缘隔膜10的选择也并没有特殊要求，其可以任意能够用于液体电池的隔膜10，也可以是任意简化的具有一定孔隙的绝缘材料，例如滤纸。

根据本发明用于测试电极材料相对内阻的测试方法，优选地，所述S11中制备极片20的步骤中，保留所述集流体层22一端的部分表面，使其裸露在电极材料层21的外侧形成极耳。

根据本发明用于测试电极材料相对内阻的测试方法，优选地，所述S12中固定所述复合材料30的步骤包括：将所述复合材料由一端向另一端卷绕形成卷绕结构后固定形成所述测试样品。

根据本发明用于测试电极材料相对内阻的测试方法，优选地，所述S12中固定所述复合材料30的步骤中，取绝缘卷绕棒，以绝缘卷绕棒为中心缠绕所述复合材料形成具有卷绕结构的所述测试样品。

根据本发明用于测试电极材料相对内阻的测试方法，优选地，所述S12中固定所述复合材料30的步骤中，所述集流体层22中形成有极耳23的一侧位于所述卷绕结构的卷绕末端，且所述极耳23裸露在所述卷绕结构之外。

根据本发明用于测试电极材料相对内阻的测试方法，对于测试过程中所采用的电解液并没有特殊要求，其可以是任意适用于作为电池电解液的采用，在本发明为了降低原料成本，简化电解液的配置过程，优选地，所述S2中所采用的电解液为0.1-2mol/L的硫酸锂盐水溶液。

以下将结合具体实施例和对比例进一步说明本发明用于测试电极材料相对内阻的测试样品以及用于测试电极材料相对内阻的测试方法的有益效果。

在如下实施例和对比例中所采用的电极材料(正极材料)如下：

对照用正极材料：商购自南方化工公司的磷酸铁锂产品P2(碳包覆的LiFePO₄材料，产品中碳的重量含量为2wt％)；

待测样品一：商购自安达科技能源股份有限公司公的磷酸铁锂产品A1(碳包覆的LiFePO₄材料，产品中碳的重量含量为3.8wt％)；

待测样品二：商购自安达科技能源股份有限公司公司的磷酸铁锂产品A2(碳包覆的LiFePO₄材料，产品中碳的重量含量为1.8wt％)；

在如下实施例和对比例中所采用的原料及厂家如下：

导电剂：商购自特米高公司的导电炭黑产品super p-Li(简称SP)；

粘结剂：商购自阿科玛公司的聚偏氟乙烯产品PVDF HSV900；

溶剂：商购自濮阳光明化工公司的电池级N-甲基吡咯烷酮产品NMP；

绝缘隔膜：商购自沧州明珠公司的产品ND2542。

对比例1

采用现有技术中制备电池的方法测量电极材料的内阻，具体方法如下：

(1)正极的制备：分别将对照用正极材料、待测样品一和待测样品二与导电剂(SP)、粘结剂(HSV900)按照重量比91：4：5加入到溶剂(NMP) 中搅拌形成(固含量为42％的)浆料，再将所制备的浆料用鑫辉公司生产的(12米长)涂布机(温度110-130℃递增)涂覆在厚度为20μm的集流体铝箔的两侧表面上形成电极材料预备层，得到总厚度为180μm的正极中间体；用对辊机辊压所述正极中间体，得到电极材料层的压实密度为2.15g/cm³的对照正极、待测正极一和待测正极二。

(2)负极的制备：以杉杉人工石墨FSN-4为负极材料，将其与导电剂(SP)、增稠剂CMC和粘结剂SBR按照重量比95：1：1.5:2.5加入到溶剂(去离子水)中搅拌形成(固含量为48％的)浆料，再将所制备的浆料用用鑫辉公司生产的(12米长)涂布机(温度110-130℃递增)涂覆在厚度为20μm的集流体铜箔的两侧表面上形成电极材料预备层，得到总厚度为140μm负极中间体，用对辊机辊压所述负极中间体，得到电极材料层的压实密度为1.45g/cm³的负极。

(3)电池的制备：分别采用前述制备的对照正极、待测正极一和待测正极二作为电池的正极，采用前述制备的负极作为电池的负极，采用ND2542作为电池隔膜，采用六氟磷酸锂有机电解液，1mol/L的LiPF₆/(EC+DMC)(其中LiPF6为六氟磷酸锂，EC为碳酸乙烯酯，DMC为碳酸二甲酯，EC与DMC的体积比为1:1)作为电池电解液，在相同的制程条件下制成20AH型号的电池。

(4)内阻测试所采用的装置：HIOKI-3554电池内阻测试仪测内阻。

(5)内阻测试的结果：A1(0.8mΩ)<P2(1.2mΩ)<A2(1.22mΩ)。

实施例1

用于说明本发明用于测试电极材料相对内阻的测试样品以及用于测试电极材料相对内阻的测试方法。

(1)分别将对照用正极材料、待测样品一和待测样品二制备测试样品， 具体步骤如下：

分别将对照用正极材料、待测样品一和待测样品二与导电剂(SP)、粘结剂(HSV900)按照重量比91：4：5加入到溶剂NMP中搅拌形成(固含量为42％的)浆料，再将所制备的浆料涂覆在厚度为20μm的集流体铝箔上，并在120℃烘烤5min脱除溶剂以形成厚度为80μm电极材料预备层，得到极片中间体，用对辊机辊压所述极片中间体，得到电极材料层的压实密度为2.15g/cm³的极片，经剪裁得到16cm×4cm的对照极片，极片一和极片二。

分别取上述制备的对照极片，极片一和极片二制备测试样品，每个测试样品的制备方法为，取相同的两个极片，电极材料层向内，且对称的贴合在厚度为20μm的绝缘隔膜(滤纸)的两侧形成复合材料，取绝缘卷绕棒，以绝缘卷绕棒为中心将所述复合材料缠绕在所述绝缘卷绕棒上形成具有卷绕结构，用胶带固定所述卷号结构得到所述测试样品。

(2)内阻测试方法：制备浓度为1mol/L的硫酸锂盐溶液作为电解液，将前述所制备的各测试样品中两个极片的集流体分别与HIOKI-3554电池内阻测试仪测内阻的测试接口相连。

(3)内阻测试的结果：A1(124mΩ)<P2(162mΩ)<A2(169mΩ)。

由对比例1和实施例1的对比结果可知：采用本发明所提供的用于测试电极材料相对内阻的测试方法的测试结果与对比例1中通过制备电池以测量正极材料的内阻测试结果趋势相同，均为A1<P2<A2。由此可见，采用本发明所提供的测试样品以及测试方法能够测试电极材料相对内阻。

此外，本发明所提供的这种用于测试电极材料相对内阻的测试样品，不需要复杂的电池制作设备，不需要耗时较长的电池制作流程，能够大量的节省人工费用和材料费用，而且本发明所提供的这种用于测试电极材料相对内阻的测试样品的测试环境简单，仅需要放置电解液中采用内阻测试仪就能够快速测试电极正负极内阻。

在本发明中通过将两个极片设置为相同极片，即同时为相同材料的正极极片或负极极片，这样的设置方式能够直接获得正极或负极的欧姆内阻，以便于分析电池的内阻组成。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。