一种检测锂电池极片中涂敷层材料粒度分布的方法与流程

本发明涉及一种检测锂电池极片中涂敷层材料粒度分布的方法。

背景技术

锂电池作为当下主流储能电源之一，具有高能量密度、高额定电压、低自放电率、循环寿命长、高低温适应性强和绿色环保等优点，并广泛应用于消费类电子产品、电动汽车以及储能工程等领域。

电池极片的性能优劣直接影响整个锂电池成品的电化学性能。锂电池极片分为浆料涂敷层和集流体层，极片中涂敷层的结构和性能是极片性能关键之所在。正/负极活性物质材料和导电剂通过粘结剂粘合在一起形成极片中的涂敷层，因此，极片中涂敷层的材料是由各种形状不同的微纳固体颗粒物质组成。

电池极片中的微纳固体颗粒的形状和大小直接影响着电池在充放电过程中锂离子的脱嵌距离和脱嵌速度，从而对电池极片结构和性能具有十分重要的影响作用。尤其是现在锂电池的材料向着纳米以及二次纳米结构发展，这些材料的颗粒大小和形状对材料的电化学性能起着决定性的作用。同时，研究表明，电池极片中正/负极活性物质材料和导电剂的颗粒形态优良、平均粒度适中、粒度分布均匀有利于电池极片制备过程中的浆料涂覆加工。

由于锂电池极片中的材料是混合物质，虽然直接检测正/负极活性物质材料和导电剂原材料的粒度分布易操作，但却无法直接体现出极片中材料真实的粒度分布状况。因此，基于电池极片性能评估预测以及电池生产工艺的调试需求，锂电池极片中材料粒度分布的检测具有十分重要的意义。

粉体原材料(在电池制备前的正/负极活性物质材料和导电剂)粒径分布的检测容易实现。然而，当电极活性物质材料、导电剂和粘结剂及溶剂共混涂覆在集流体上，再经过烘烤以及挤压形成极片后，形成了振实的膜状结构让检测极片中材料的粒径分布情况变得困难，同时极片中粘结剂的存在加剧了颗粒间的团聚从而加大了检测的难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有检测技术的缺点与不足，提供一种检测锂电池极片中涂敷层材料粒度分布的方法，解决了检测成品锂电池极片中涂敷层材料粒度分布情况的难题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种检测锂电池极片中涂敷层材料粒度分布的方法，包括以下步骤：

(1)拆解电池获取电池极片：将电池拆解，取出电池正负极极片，用碳酸二甲酯将极片表面残留的电解液洗净；

(2)选择浸渍溶剂：用n-甲基吡咯烷酮或去离子水擦拭极片的涂覆层，能够将涂覆层从集流体上擦除干净的，则选定为该类型锂电池的浸渍溶剂；

一般而言，n-甲基吡咯烷酮和去离子水都可以去除极片中的粘结剂；但是，不同的锂电池，其粘结剂的成分各不相同，n-甲基吡咯烷酮和去离子水对其去除能力也所有差别，因为需要有该步骤，用预备实验选定浸渍溶剂；

(3)去除涂敷层中的粘结剂：将极片涂覆层从集流体上刮下，加入涂覆层5倍质量的浸渍溶剂，研磨1h以上；再加入浸渍溶剂，超声清洗0.5h以上，搅拌均匀后过滤，截留到的固体用乙醇和浸渍溶剂交替清洗3次以上，然后烘干，得到去除粘结剂后的电池极片涂敷层材料；

步骤(3)所述的烘干是在80～120℃下烘烤6～24h；

(4)粒度分析测试：取步骤(3)得到的涂敷层材料，按1g∶100ml的比例加入去离子水，超声分散0.5h以上，然后利用粒度分布检测设备进行粒度分布测试；

步骤(4)所述的粒度分布测试，遮光率为10～20％。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明提供一种锂电池极片中涂敷层材料粒度分布的检测方法，适用于多种成品锂电池中极片材料粒度分布的检测，包括软包锂电，铝壳锂电，动力锂电池电芯等。

(2)本发明提供一种锂电池极片中涂敷层材料粒度分布的检测方法，采用的湿法研磨配合超声分散及磁力搅拌的前处理方法，能够增加极片涂覆层材料与浸渍溶剂的有效接触，在便于去除粘结剂成分的同时，也提高了涂覆层材料的分散度，有利于实现后续粒度分布的检测。

(3)本发明提供一种锂电池极片中涂敷层材料粒度分布的检测方法，易操作，对仪器的要求不高。检测出的粒度分布结果能真实反映出电池极片中材料的粒度分布情况，便于相关技术研发人员展开电池极片性能评估预测以及电池生产工艺的调试。

附图说明

图1是实施例中的电极片涂敷层材料的扫描电镜图；其中，a-活性物质材料部分，b-导电剂材料部分。

图2是涂敷层材料的粒度测试结果；其中，a-对比实验组的粒度分布图，b-本发明方法。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

铝壳电池正极材料的粒度分布测试，包括以下步骤：

将铝壳电池在通风橱中用尖嘴钳和陶瓷剪刀进行拆解，取出电池正极片。用棉签蘸取浸渍溶剂(n-甲基吡咯烷酮和去离子水中的一种)，擦拭极片的涂覆层，使用n-甲基吡咯烷酮能将该极片上的涂覆层从集流体上擦除干净，将n-甲基吡咯烷酮选为该极片涂覆层的浸渍溶剂。

用碳酸二甲酯将极片表面残留的电解液洗净后用刮刀将该正极片涂覆层从集流体上刮出。

取0.5g刮出的涂覆层材料放置于烧杯中加入50ml的去离子水，置于超声波细胞粉碎机中超声分散0.5h。在粒度分布检测设备的样品池中加入去离子水，取上述混合液滴加入样品池中，调整遮光率为10％，进行粒度分布测试，作为对比实验组。

另取1g刮出的涂覆层材料，加入5ml的n-甲基吡咯烷酮溶剂，将两者在玛瑙研钵中进行湿法研磨1h后转入烧杯。在上述烧杯中加入100ml的n-甲基吡咯烷酮溶剂，置于超声波清洗器中超声0.5h，转入磁力搅拌1～3h后过滤，并用乙醇和浸渍溶剂交替清洗3次。取出过滤后得到的材料，置于烘箱中于80℃烘干6h，得到去除粘结剂后的电池极片材料。取0.5g上述过滤后得到的电池极片材料放入烧杯中，加入50ml的去离子水，置于超声波细胞粉碎机中超声分散0.5h。在粒度分布检测设备的样品池中加入去离子水，取上述混合液滴加入上述样品池中，调整遮光率为10％，进行粒度分布测试。

从图1可见该正极片中活性物质材料的颗粒大小约为1～6μm，导电剂材料的颗粒直径小于0.1μm。

图2为对比实验组测得的粒度分布图和本发明中方法测得的粒度分布图。从图2(a)可见，直接测试刮出的涂覆层材料粒径分布集中在7～30μm之间。从图2(b)可见，用本发明中的粒度分布方法测试的电极材料粒径分布集中在0.01～0.1μm以及1～10μm。

对比图2(a)和图2(b)可见，图2(a)中的大峰是由于粘结剂的存在，极片中材料颗粒聚集导致的结果，无法真实反映实际材料颗粒的粒径分布状况。图2(b)中0.01～0.1μm的峰反映了导电剂成分的粒径分布情况，1～10μm的峰反应了电极片中活性物质的粒径分布情况，与图1表现的扫面电镜的直观情况相一致。

对比可见，本专利中提出的电极极片中粒度分布检测方法能有效检测出电池极片中材料的粒度分布情况，从而有利于相关技术研发人员展开电池极片性能评估预测以及电池生产工艺的调试。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。