箔材抗膨胀强度测试装置的制作方法

1.本实用新型属于箔材测试技术领域，尤其涉及一种箔材抗膨胀强度测试装置。


背景技术：

2.随着电动汽车及各类电子消费品的快速增长，锂电池的使用量也同步的高速增长。锂电池的正负极的集流体分别用铝箔和铜箔，即正负极中都含有箔材，目前箔材的性能一般都是用抗拉强度来表征，通常是使用拉力测试机对箔材进行纵向或横向的单向拉伸，这可得到箔材在不同方向上的抗拉强度及延伸率，以此反应箔材抗拉强度。
3.锂电池在充放电过程中，随着锂离子在正负极之间嵌入与脱出，锂电池正负极会相应的发生体积的膨胀与收缩，特别是充电态的石墨或含硅石墨体系负极体积膨胀明显，在这一过程中箔材受到由内向外的径向膨胀应力，由于受到终止胶及钢壳的约束，这种膨胀应力变转化为环向拉伸应力。因此目前的抗拉强度表征仅能说明箔材自身的性能，而不能说明箔材在锂离子电池的实际使用过程中的抗膨胀能力，也无法直接通过测量来判断箔材的抗膨胀能力。
4.因此，亟需一种箔材抗膨胀强度测试装置，以解决现有技术问题的不足。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种箔材抗膨胀强度测试装置，该测试装置可高度模拟箔材卷绕时的受力状态，进而可准确地测试箔材在锂离子电池的实际使用过程中的抗膨胀能力。
6.为实现以上目的，本实用新型提供了一种箔材抗膨胀强度测试装置，包括膨胀装置、压力传感器和若干相同形状的扇环柱体，若干扇环柱体相互组合形成中心具有空腔的柱体，膨胀装置嵌入空腔中并与空腔的壁面相贴合，压力传感器设于膨胀装置上，柱体的外周壁用于供待测试的箔材卷绕。
7.与现有技术相比，本实用新型的箔材抗膨胀强度测试装置包括膨胀装置、压力传感器和若干相同形状的扇环柱体，若干扇环柱体相互组合形成中心具有空腔的柱体，膨胀装置嵌入空腔中并与空腔的壁面相贴合，压力传感器设于膨胀装置上，采用该测试装置测试箔材的抗膨胀强度，首先将箔材卷绕于柱体的外周壁上，然后启动膨胀装置，随着膨胀装置的膨胀，若干扇环柱体沿着径向同步移动，这使得箔材受到由内向外的径向膨胀应力，由于箔材被约束，这种径向膨胀应力会转化为环向拉伸应力，直至箔材断裂，膨胀装置关闭，通过压力传感器可知箔材的环向拉应力值，同时通过膨胀前后柱体的半径变化可知箔材的延伸率，由于整个测试过程可高度模拟箔材卷绕时的受力状态，进而可准确地测试箔材在锂离子电池的实际使用过程中的抗膨胀能力。
8.另，在实际使用中，限制于焊接极耳的设计，在与箔材不同位置可能会有不同厚度极耳存在，在其边缘处由于箔材膨胀收缩的过程，同样会产生剪切应力，会导致在循环过程中极耳割裂极片的问题。因此，本实用新型的箔材抗膨胀强度测试装置还可测试焊接有极
耳的箔材的抗膨胀能力，具体地，将焊接有极耳的箔材卷绕于柱体的外周壁上，然后启动膨胀装置测试，整个测试过程还可模拟极耳处的断裂失效，评估剪切力存在下箔材的抗拉伸能力。
9.较佳地，本实用新型的扇环柱体为四个，四个扇环柱体呈中心对称设置，该设置可使得整个箔材更均匀地受到由内向外的径向膨胀应力，进而可准确地测试箔材在锂离子电池的实际使用过程中的抗膨胀能力。当然，本实用新型的扇环柱体也可为两个、三个、五个等，因此本实用新型的扇环柱体的数量并不仅限于四个。
10.较佳地，本实用新型的压力传感器包括电阻应变片，电阻应变片借由胶层粘贴于膨胀装置上。更具体地，电阻应变片与外部设备电连接。
11.较佳地，本实用新型的膨胀装置包括液压膨胀管和液压螺杆，液压膨胀管嵌入空腔，液压膨胀管具有一端开口的容置腔，容置腔内装有液压类介质，液压螺杆与开口呈螺纹连接，旋转液压螺杆使得液压螺杆向容置腔内移动以调整容置腔内的液压力从而使得液压膨胀管膨胀。
12.较佳地，本实用新型的膨胀装置包括膨胀体和连接杆，膨胀体包括膨胀段和连接部，连接部与连接杆呈螺纹连接，膨胀段嵌入空腔，向膨胀段方向旋转连接杆以调整对膨胀段内壁的施加作用力从而使得膨胀段膨胀。
13.较佳地，本实用新型的膨胀装置包括两膨胀体和两连接杆，两膨胀段分别嵌入空腔的两端。
14.较佳地，本实用新型的膨胀段和连接杆中的一者呈锥形状，膨胀段和连接杆中的另一者呈圆柱状。
附图说明
15.图1为本实用新型的箔材抗膨胀强度测试装置的结构示意图。
16.图2为本实用新型的柱体的结构示意图。
17.图3为本实用新型的膨胀装置的结构示意图。
18.图4为本实用新型的膨胀装置的另一结构示意图。
具体实施方式
19.为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、实现的技术效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
20.请参看图1～图2，本实用新型的箔材抗膨胀强度测试装置100包括膨胀装置11、压力传感器(图1中未示出)和若干相同形状的扇环柱体12，若干扇环柱体12相互组合形成中心具有空腔13的柱体14，膨胀装置11嵌入空腔13中并与空腔13的壁面相贴合，压力传感器设于膨胀装置11上，柱体14的外周壁141用于供待测试的箔材200卷绕。采用箔材抗膨胀强度测试装置100测试箔材200的抗膨胀能力，首先将箔材200卷绕于柱体14的外周壁141上，然后启动膨胀装置11，随着膨胀装置11的膨胀，若干扇环柱体12沿着径向同步移动，这使得箔材200受到由内向外的径向膨胀应力，由于箔材200被约束，这种径向膨胀应力会转化为环向拉伸应力，直至箔材200断裂，膨胀装置11关闭，通过压力传感器可知箔材200的环向拉伸应力值，同时通过柱体14膨胀前后半径的变化可知箔材200的延伸率，由于整个测试过程
可高度模拟箔材200卷绕时受力状态，进而可准确地测试箔材200在锂离子电池的实际使用过程中的抗膨胀能力。本实用新型的箔材抗膨胀强度测试装置100还可测试焊接有极耳21的箔材200的抗膨胀能力，从而模拟极耳21处的断裂失效，评估剪切力存在下箔材200的抗拉伸能力。
21.更具体地，可通过测试箔材200的环向拉伸应力值和延伸率以评价箔材200的抗膨胀能力。请继续参看图1，采用本实用新型的箔材抗膨胀强度测试装置100测试箔材200的环向拉应力值和延伸率的具体步骤包括：1.准备长度为l的待测试的箔材200，其中l值大于等于大于柱体14膨胀前的周长；2.根据设计要求在箔材200内部焊接极耳21，极耳21伸出箔材200的边缘；3.将箔材200围绕着柱体14的外周壁141卷绕一圈或多圈(设圈数为n)，并采用终止胶22将箔材200固定，柱体14膨胀前的半径r1＝l/2nπ；4.启动膨胀装置11，记录箔材200断裂时压力传感器测得的膨胀压应力值，同时根据结构力学知识可知，由于箔材200的厚度是远远小于箔材抗膨胀强度测试装置100，所以压力传感器测得的膨胀压应力值与箔材200的环向拉伸应力值相等；并测量柱体14膨胀后的半径为r2，根据下式可计算箔材200的延伸率。值得注意的是，箔材200断裂时，若干相同形状的扇环柱体12需仍能够相互组合形成柱体14，具体地，可通过调整扇环柱体12的扇径来保证柱体14在膨胀过程中具有恒保持柱体状的稳定性。
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请继续参看图1～图2，本实用新型的扇环柱体12为四个，四个扇环柱体12呈中心对称设置，该设置可使得整个箔材200更均匀地受到由内向外的径向膨胀应力，进而可准确地测试箔材200在锂离子电池的实际使用过程中的抗膨胀能力。当然，本实用新型的扇环柱体12也可为两个、三个、五个等，因此本实用新型的扇环柱体12的数量并不仅限于四个。更具体地，压力传感器包括电阻应变片，电阻应变片借由胶层粘贴于膨胀装置11上,电阻应变片与外部设备电连接。
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请参看图3，本实用新型的膨胀装置11包括液压膨胀管111和液压螺杆112，液压膨胀管111嵌入空腔13，液压膨胀管111具有一端开口113的容置腔114，容置腔114内装有液压类介质115，液压螺杆112与开口113呈螺纹连接，旋转液压螺杆112使得液压螺杆112向容置腔114内移动以调整容置腔114内的液压力从而使得液压膨胀管111膨胀。
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请参看图4，本实用新型的膨胀装置11还可包括膨胀体111’和连接杆112’，膨胀体111’包括膨胀段1111’和连接部1112’，连接部1112’与连接杆112’呈螺纹连接，膨胀段1111’嵌入空腔13，向膨胀段1111’方向旋转连接杆112’以调整对膨胀段1111’内壁的施加作用力从而使得膨胀段1111’膨胀。为了进一步地使整个箔材200更均匀地受到由内向外的径向膨胀应力，膨胀装置11具体地包括两膨胀体111’和两连接杆112’，两膨胀段1111’分别嵌入空腔13的两端。较佳地，本实用新型的膨胀段1111’和连接杆112’中的一者呈锥形状，膨胀段1111’和连接杆112’中的另一者呈圆柱状，如图4中所示的膨胀段1111’呈锥形状，而连接杆112’呈圆柱状，这样可使得连接杆112’向膨胀段1111’逐渐移动时，膨胀段1111’逐渐径向扩张，进而使得膨胀体111’形成大的压力，即箔材200受到由内向外的径向膨胀应力。
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以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新
型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。