一种用于检测电池涂层浸润速率的方法与流程

1.本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种用于检测电池涂层浸润速率的方法。


背景技术：

2.随着锂离子二次电池的发展，涂层已成为正极，负极，隔膜不可或缺的部分，其性能直接影响这电池的容量，循环，安全等方面，性能优异的材料对提高锂离子电池综合性能有着重要的意义。
3.涂层的浸润速率是影响电池性能的重要因素之一，浸润速率快，不仅可以缩短电池制造过程中的时间，而且在电池循环过程中也可以迅速的补充电解液缺失的地方，提高电池的循环性能充放电倍率，降低电池的内阻等。
4.目前，检测电池涂层浸润速率一般采用浸渍法或垂条爬坡法，两者均主要是通过将涂层样品裁剪成一定形状，浸入电解液或其他有机溶剂中，并纪录样品达到吸收电解液或其他有机溶剂达到饱和状态和时间，最后通过计算或测量得出结论。但两者方法均存在一定的缺陷：浸渍法在称量过程中容易产生误差并且耗时较长，而垂条爬坡法并不能记录到垂条一开始浸入液体的时电解液爬坡的高度随时间的变化(瞬间变化较快，爬坡高度部明显，不易测量)。
5.中国专利申请(cn109738425a)公开了一种用于检测电池隔膜吸液速率和保液量的垂直检测方法，包括：1)将待测试的电池隔膜截取为预设形状，得到隔膜试样；2)将所述隔膜试样垂直悬挂，并分别在所述隔膜试样的下部和上部划线标记，记作l1和l2；3)往浸润容器注入浸润液和惰性显色剂并充分搅拌，得到测试溶剂；4)将垂直悬挂设置的所述隔膜试样下降，直至所述隔膜试样的底端接触到所述测试溶液，静置所述隔膜试样并记录所述测试溶液爬升至l2所需的时间t；5)待所述隔膜试样吸收所述测试溶液至饱和状态后，将所述隔膜试样取下并截取l1和l2之间的部分，得到浸润试样，并对所述浸润试样进行称重，重量记录为m0；6)对所述浸润试样真空干燥2～4h，得到干燥试样，并对所述干燥试样进行称重，重量记录为m1；分别根据公式v＝(l2-l1)/t和公式n＝(m0-m1)/[(l2-l1)*w]，计算得到电池隔膜的吸液速率v和保液量n，w为所述隔膜试样的宽度。
[0006]
但该方法仍存在以下问题：
[0007]
1)由于测试时是横截面(长/宽*高(隔膜厚度))完全浸入液体中，这种方法接触面积小，液体上升高度受液体本身重力影响大，所以使用(l2-l1)/t这样计算吸液速率是不准确的；
[0008]
2)在实际操作过程中需要截取吸液饱和后的样品称量重量，因爬坡吸液以及截取的过程中都暴露在空气中，并不是一个相对密闭的环境，所以电解液挥发快，无法得到准确质量；
[0009]
3)该垂直检测法是在隔膜的下端放置大量电解液，且处于不是相对密封状态，而随着电解液的挥发，势必对测试结果造成影响；另外大量电解液等有机溶剂暴露在不封闭的环境中，对环境及测试者都存在一定程度的伤害；
[0010]
4)该垂直检测法需要设置两个高度l1和l2，l1为隔膜接触电解液的位置，l2为电解液需要爬升的高度，而这个高度的选择是非常关键的。如高度过低，电解液会迅速爬升到此高度，时间t无法衡量；如高度过高，而电解液爬升隔膜的高度有限，需要很久的时间才能达到，同时伴随着电解液的挥发，所以时间t依旧是无法准确测量的值。
[0011]
有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。


技术实现要素：

[0012]
本发明的目的在于：提供一种用于检测电池涂层浸润速率的方法，解决目前浸渍法或垂条爬坡法操作繁琐、检测不准确、用时较长等问题。本发明提供的检测方法不仅操作简单，且可以快速且准确的出测量结果。
[0013]
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0014]
一种用于检测电池涂层浸润速率的方法，包括以下步骤：
[0015]
s1、将待测试的涂层截取为预设形状，得到涂层试样；
[0016]
s2、将所述涂层试样水平放置在密闭的扩散装置中；
[0017]
s3、将测试溶剂由所述扩散装置的上端垂直滴入所述涂层试样中，并记录所述测试溶剂的滴入量，所述测试溶剂的滴入量为5～15mg；
[0018]
s4、待所述测试溶剂扩散稳定后，取出得到的涂层试样，标记扩散范围，完成电池涂层浸润速率的检测。
[0019]
本发明将涂层试样放置在相对密闭的扩散装置中，并将测试溶剂由上端滴入涂层试样中，然后使其水平扩散，如此不仅避免了因开放空间带来的溶剂挥发快的问题，且从上端定量的滴入水平放置的涂层试样中，电解液并不会有向上爬坡的趋势，受重力影响极小，同时因避开了高度的影响，对于溶剂的扩散更容易控制，实现了设定一定量的溶剂即可精准测量出溶剂的滴加量，从而对比出不同涂层对溶剂的扩散性能。本发明操作简单，检测准确更高，用时更短。
[0020]
优选的，所述测试溶剂的滴入量为7～10mg。如滴加的测试溶剂量太少，则精度会下降，而如滴加的测试溶剂量太多，会造成溶剂淤积，无法快速扩散开，且过多的溶剂也会存在滴落的情形，从而无法测试出准确的扩散面积。更优选的，所述测试溶剂的滴入量为7～8mg。
[0021]
优选的，所述测试溶剂为电解液用有机溶剂、乙醇、十八烷、甲醇、异丙醇、环己烷、己烷和甘油中的至少一种。
[0022]
优选的，所述电解液用有机溶剂为ec、dc、dec、dmc、pc中的至少一种。选用电解液用有机溶剂更能准确判断在电池中涂层吸收电解液的情况，具有高浸润速率的涂层不仅可以缩短电池制造过程中的时间，且在电池循环过程中也可以迅速补充电解液缺失的地方，提高电池的循环性能充放电倍率，降低电池的内阻。更优选的，所述电解液用有机溶剂为ec：pc:dec:dmc，质量比为2:2:3:3。
[0023]
优选的，所述测试溶剂还包括惰性显色剂。该惰性显色剂可为染料，在溶剂中加入惰性显色剂可以更加方便实验者判断涂层的浸润情况，辨别不同样本之间的显著差异，进一步提高测试的时效性。
[0024]
优选的，所述扩散装置中的测试环境：温度为22～28℃，气压为101.1～101.5pa。
因即使是本发明的测试处于密闭环境中，但也无法完全排除测试溶剂的挥发对数据造成的影响，保持其处于该测试环境中，可以更大程度的减少电解液的挥发，以更大程度的保证测试结果的准确性。更优选的，测试环境的温度为23～25℃。
[0025]
优选的，步骤s3中，所述测试溶剂滴入所述涂层试样前，所述测试溶剂与所述涂层试样的垂直距离大于或等于10mm。在实际生产中，至少10mm的高度差可以更好的控制测试溶剂的滴落，如太过靠近涂层试样，则有可能造成溶剂液体滴下时直接与样品接触，不仅使得溶剂过于集中在滴落点，且还会造成滴加的液体量超出需要滴加的范围，导致无法准确判断涂层的浸润情况。
[0026]
更优选的，所述测试溶剂与所述涂层试样的垂直距离为10～20mm。
[0027]
优选的，步骤s4中，所述测试溶剂扩散稳定的时间为1～5min。由于本发明测试方法对于溶剂滴落的精准把控、对于测试环境的调节控制等，一般而言，在1min时即可测试出结果，避免了测试时间过长而加大电解液的挥发，从而降低测试结果的精确度。而就目前的传统的浸渍法，样品测试一般需要浸泡1h以上，然后取出擦去表面液体，再称量前后的质量差，测试时间长，结果不精确。而对比文件1的垂条爬坡法则需要等到溶剂液体爬升到l2值后才可以测量，受重力的影响，溶剂的后期爬升速率会明显下降，受l2的高度影响明显；此外还需要真空干燥2～4h，同时存在时间过长，测试结果不准确的问题。
[0028]
更优选的，步骤s4中，所述测试溶剂扩散稳定的时间为1～2min。
[0029]
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
[0030]
1)本发明的检测方法利用的扩散面是涂层试样的水平面，测试溶剂并不存在向上爬坡的趋势，避开了重力的影响，测试结果更为准确。此外，因避开了高度这一影响因素，使得本发明的实验操作更加简单，对实验者的要求低，更有利于企业的实际生产检测。
[0031]
2)本发明的检测方法设置在相对密封空间中，且测试溶剂的滴加量可以更为精准的测量，大大避免了因测试溶剂挥发带来的影响，不仅保证了实验的结果，也保证了实验者的身心健康。
[0032]
3)本发明的检测方法用时短，只需要1～5min即可扩散稳定，大大缩短了实验时间，可以快速测量出结果。
附图说明
[0033]
图1为本发明的检测流程图。
[0034]
图2为本发明用扩散装置的结构示意图。
[0035]
图3为本发明用扩散装置的俯视图。
[0036]
图中：1-底座；11-称量器；2-密闭容器；21-侧门；3-溶剂存储器；4-样品台；41-锁扣；5-涂层试样。
具体实施方式
[0037]
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0038]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械
连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0039]
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
[0040]
如图1～3所示，一种用于检测电池涂层浸润速率的方法，包括以下步骤：
[0041]
s1、将待测试的涂层截取为预设形状，得到涂层试样；
[0042]
s2、将涂层试样水平放置在密闭的扩散装置中；
[0043]
s3、将测试溶剂由扩散装置的上端垂直滴入涂层试样中，并记录所述测试溶剂的滴入量，测试溶剂的滴入量为5～15mg；
[0044]
s4、待测试溶剂扩散稳定后，取出得到的涂层试样，标记扩散范围，完成电池涂层浸润速率的检测。
[0045]
进一步地，测试溶剂的滴入量为7～10mg。如滴加的测试溶剂量太少，则精度会下降，而如滴加的测试溶剂量太多，会造成溶剂淤积，无法快速扩散开，且过多的溶剂也会存在滴落的情形，从而无法测试出准确的扩散面积。更优选的，所述测试溶剂的滴入量为7～8mg。
[0046]
进一步地，测试溶剂为电解液用有机溶剂、乙醇、十八烷、甲醇、异丙醇、环己烷、己烷和甘油中的至少一种。
[0047]
进一步地，电解液用有机溶剂为ec、dc、dec、dmc、pc中的至少一种。选用电解液用有机溶剂更能准确判断在电池中涂层吸收电解液的情况，具有高浸润速率的涂层不仅可以缩短电池制造过程中的时间，且在电池循环过程中也可以迅速补充电解液缺失的地方，提高电池的循环性能充放电倍率，降低电池的内阻。更优选的，所述电解液用有机溶剂为ec：pc:dec:dmc，质量比为2:2:3:3。
[0048]
进一步地，测试溶剂还包括惰性显色剂。该惰性显色剂可为染料，在溶剂中加入惰性显色剂可以更加方便实验者判断涂层的浸润情况，辨别不同样本之间的显著差异，进一步提高测试的时效性。
[0049]
进一步地，扩散装置中的测试环境：温度为22～28℃，气压为101.1～101.5pa。因即使是本发明的测试处于密闭环境中，但也无法完全排除测试溶剂的挥发对数据造成的影响，保持其处于该测试环境中，可以更大程度的减少电解液的挥发，以更大程度的保证测试结果的准确性。更优选的，测试环境的温度为23～25℃。
[0050]
进一步地，步骤s3中，测试溶剂滴入所述涂层试样前，测试溶剂与涂层试样的垂直距离大于或等于10mm。在实际生产中，至少10mm的高度差可以更好的控制测试溶剂的滴落，如太过靠近涂层试样，则有可能造成溶剂液体滴下时直接与样品接触，不仅使得溶剂过于集中在滴落点，且还会造成滴加的液体量超出需要滴加的范围，导致无法准确判断涂层的浸润情况。更优选的，测试溶剂与涂层试样的垂直距离为10～20mm。
[0051]
进一步地，步骤s4中，测试溶剂扩散稳定的时间为1～5min。由于本发明测试方法对于溶剂滴落的精准把控、对于测试环境的调节控制等，一般而言，在1min时即可测试出结
果，避免了测试时间过长而加大电解液的挥发，从而降低测试结果的精确度。而就目前的传统的浸渍法，样品测试一般需要浸泡1h以上，然后取出擦去表面液体，再称量前后的质量差，测试时间长，结果不精确。而对比文件1的垂条爬坡法则需要等到溶剂液体爬升到l2值后才可以测量，受重力的影响，溶剂的后期爬升速率会明显下降，受l2的高度影响明显；此外还需要真空干燥2～4h，同时存在时间过长，测试结果不准确的问题。更优选的，步骤s4中，所述测试溶剂扩散稳定的时间为1～2min。
[0052]
具体的，本发明用扩散装置，包括：底座1、密闭容器2和溶剂存储器3，底座1设置有称量器22；密闭容器2安装于底座1；溶剂存储器3设置在密闭容器2的上端，且一端插入密闭容器2内；其中，密闭容器2内设置有用于放置电池涂层的样品台，且溶剂存储器3的至少一端位于密闭容器2内且设置在样品台4的垂直上方。
[0053]
此外，该密闭容器2具有至少一个可打开和关闭的侧门21，可更加灵活方便的取出样品台4，以利于后续电池涂层的安装和检测。当然，该密闭容器2也可采用与底座1采用活动安装，在安装电池涂层时，直接取下整个密闭容器2即可，此处不做过多的限定。
[0054]
该称量器11的最大量程为200～1000g，精确度为0.001～0.0001g。优选的，称量器11的最大量程为300～500g，精确度为0.0001g。精确度越高，越能精准判断测试溶剂的滴入量。该称量器11还设置有清零按钮。利用该清零按钮可以更为准确检测滴加的测试溶剂。
[0055]
该样品台4用于放置电池涂层的上表面为中间镂空。将中间设置为镂空状，当电池涂层铺设在样品台上表面后，中间的电池涂层底下没有支撑力，但因裁剪测试的电池涂层面积较小，测试溶剂滴入电池涂层中反而更容易扩散开来，能够快速且准确地出测量结果。
[0056]
进一步地，样品台4上表面的内圈直径为50～100mm，样品台4上表面的外圈直径为60～120mm；样品台4的高度大于5mm；样品台4的质量为100～500g。优选的，样品台4上表面的内圈直径为50～80mm，样品台4上表面的外圈直径为60～100mm；样品台4的高度为5～10mm；样品台4的质量为100～120g。在实际电池涂层的检测中，裁剪电池涂层样品的预设定长度应大于样品台4的长度，宽度也应大于样品台4的宽度，具体电池涂层样品的长度和宽度可根据样品台4上表面的外圈直径而确定，样品的长度和宽度均可设定为60～120mm，优选的，样品的长度和宽度均可设定为60～80mm。
[0057]
进一步地，样品台4上还设置有锁扣41，用于固定电池涂层。该锁扣41可安装在样品台4上表面的外圈上，可在外圈均匀的设置多个锁扣41。在实际测试过程中，先将样品台4取出，放置电池涂层，然后利用锁扣41固定电池涂层，以保证电池涂层处于中间位置，保持水平平整不晃动。
[0058]
该溶剂存储器3为带有滴液开关的滴液管，滴液管的滴液端插入密闭容器2内。先在滴液管中预先加入测试溶剂，待电池涂层放置好后，打开滴液管的开关，测试溶液顺着滴液管的滴液管道垂直滴入电池涂层中，优选的，滴液管滴液端的最下端与样品台的上表面的距离大于或等于10mm，如此，一方面可保证测试溶液滴入时不因太过靠近电池涂层而造成与电池涂层直接接触，另一方面可以更好的控制测试溶剂的滴落量，不会造成滴加的溶剂量超出需要滴加的范围，导致无法准确判断涂层的浸润情况。更优选的，滴液管滴液端的最下端与样品台的上表面的距离为10～20mm。
[0059]
结合上述扩散装置的具体结构，本发明用于检测电池涂层浸润速率的方法，包括以下步骤：
[0060]
s1、将待测试的涂层截取为预设形状，得到涂层试样5；
[0061]
s2、打开密闭容器2的侧门21，将样品台4取出，
[0062]
s3、将涂层试样5置于样品台4中央，并利用锁扣41锁住样品台4，固定涂层试样5；
[0063]
s4、将样品台4放回密闭容器2中，关闭侧门21；
[0064]
s5、往溶剂存储器3中加入测试溶剂；
[0065]
s6、打开本装置开关，并按清零按钮；
[0066]
s7、打开溶剂存储器3的滴液开关阀门，测试溶剂顺着滴液管道垂直滴入涂层试样5中，记录测试溶剂的滴加量；
[0067]
s7、待扩散稳定后，取出涂层试样5，标记扩散范围，完成电池涂层浸润速率的检测。
[0068]
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。