本發(fā)明屬于鋰離子電池
技術領域：
，具體涉及一種鋰離子電池極片孔隙率的測試方法。
背景技術：
：鋰離子電池由于具有高比能量、高比功率以及環(huán)境友好等特點，被視為最有效的電化學儲能系統(tǒng)之一。鋰離子電池是由正負極片和電解液構(gòu)成，其中極片孔隙率為極片內(nèi)部微小空隙總體積與該極片總體積的比值，其中，有效孔隙率為極片內(nèi)互相聯(lián)通的微小空隙總體積與該極片外表體積的比值，是影響電解液傳輸性能的重要參數(shù)，且孔隙率大小直接反應材料密實程度。如果孔隙率偏大，有助于電解液滲透，但會導致極片的導電網(wǎng)絡變差，電池的內(nèi)阻變大。而極片孔隙率偏小，將會導致電解液難以浸潤，致使電池倍率性能與循環(huán)性能變差。因此，極片孔隙率的大小是電池設計過程中非常重要的參數(shù)之一，對最終電池性能的好壞具有指導意義，而極片孔隙率的測試對電池的電性能起著至關重要的作用，目前，測試極片孔隙率最有效的方法為壓汞儀進行測試，其原理為通過加壓使汞進入固體中，進入固體孔中的孔體積增量所需的能量等于外力所做的功，即等于處于相同熱力學條件下的汞-固界面下的表面自由能。它是基于汞對固體表面具有不可潤濕性，在壓力的作用下，汞擠入多孔材料的孔隙中，孔徑越小，所需要的壓力就越大，根據(jù)施加壓力的大小，可求出對應的孔徑尺寸，再通過汞的壓入量可求出對應尺寸的孔體積，便可算出孔體積隨孔徑大小變化的曲線，從而得出多孔材料的孔徑分布，得到孔隙率。該測試方法成本較高，操作困難且污染嚴重。另外，國內(nèi)已有使用極片浸入溶液后取出稱重，根據(jù)質(zhì)量變化計算極片空隙率的方法(CN103134744B)，但該方法忽略了極片浸泡過程中極片體積膨脹引起的空隙變大，也忽略了極片取出后浸入溶液的揮發(fā)導致的質(zhì)量降低，從而影響了極片的真實孔隙率。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種鋰離子電池極片孔隙率的測試方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種鋰離子電池極片孔隙率的測試方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)取規(guī)則形狀的鋰離子電池極片，測量其體積V0；(2)將極片懸掛于電子彈簧秤上，得極片的重量G0；(3)將懸掛于電子彈簧秤上的極片全部浸沒于浸潤型溶液中，于不小于2小時后讀取電子彈簧秤的數(shù)值F1；(4)根據(jù)公式ε＝1-(G0-F1)/ρgV0×100％，計算出該極片的孔隙率ε；式中ρ為浸潤型溶液在常溫下的密度，g為重力加速度。作為優(yōu)選地，所述步驟(1)規(guī)則形狀的鋰離子電池極片為長方形或圓形的正、負極極片。更優(yōu)選地，所述正極極片包括磷酸鐵鋰、三元、鈷酸鋰、鎳酸鋰、鎳錳酸鋰或磷酸鐵錳，所述負極極片包括鈦酸鋰、硅碳或石墨。優(yōu)選地，所述步驟(2)中極片懸掛方式為折疊或卷繞，使其在浸沒于浸潤型溶液的過程中接觸不到容器。優(yōu)選地，所述步驟(3)中浸潤型溶液為氣液接觸角小于90°的溶液。更優(yōu)選地，所述氣液接觸角小于90°的溶液優(yōu)選為水、乙二醇、十六烷或氮甲基吡咯烷酮。其中極片體積V0是根據(jù)極片的形狀分別測其長、寬、厚、半徑等來計算，如長方形的極片的V0＝長(L)×寬(m)×厚(d)，圓形的極片的V0＝πr2×厚度(d)。下面對本發(fā)明技術方案及計算過程進行完整、清楚地描述如下：1、取規(guī)則形狀的鋰電極片，測其極片厚度，計量出極片的體積V0。2、將所取極片懸掛于電子彈簧秤上，讀取極片重量G0，則G0＝M0g，其中M0為極片的質(zhì)量，g為當?shù)刂亓铀俣取?、將懸掛于電子彈簧秤上極片置于盛有浸潤型溶液的容器中，并浸沒在溶液中，浸泡一定時間后，讀取電子彈簧秤數(shù)值F1，根據(jù)F1+ρgV1＝(M0+M1)g，可推出M1＝(F1+ρgV1–G0)/g，其中ρ為浸潤溶液的密度，V1為浸泡后極片體積，M1為浸入之極片內(nèi)的溶液質(zhì)量，g為當?shù)刂亓铀俣?；則浸入之極片孔隙內(nèi)的溶液體積為：V液＝(F1+ρgV1–G0)/ρg；其中V液為浸入之極片內(nèi)的溶液體積，其包括原先極片孔隙體積及極片膨脹產(chǎn)生的孔隙體積；根據(jù)V增＝V1-V0，V孔＝V液-V增，其中V孔為極片孔隙體積，V增為極片膨脹產(chǎn)生的孔隙體積；則可推出：V孔＝V液-V增＝V0+(F1-G0)/ρg則極片的孔隙率ε＝V孔/V0＝1-(G0-F1)/ρgV0×100％。所以本發(fā)明采用的測試方法具有操作簡單、測試效率高、測量成本低等優(yōu)點，不僅避免了壓汞儀復雜的操作過程，減少了汞對環(huán)境的污染與操作人員的危害；而且考慮了測試過程中極片浸泡在浸潤型溶液中孔隙體積的變化，直接采用原位測量極片吸液后的重量變化，可有效地降低浸泡后取片稱重引起的溶液揮發(fā)導致的偏差，會進一步提高極片孔隙率測試準確性。具體實施方式為了便于本
發(fā)明內(nèi)容的理解，下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，以下實施例僅為本發(fā)明的某一種實施例。實施例1(1)取長方形磷酸鐵鋰正極片，測量該極片的長、寬和厚度，根據(jù)V0＝長(L)×寬(m)×厚(d)，得出其體積V0＝3.982×10-5m3；(2)將該極片懸掛于電子彈簧秤上，讀取極片的重量G0＝0.8124N；(3)將懸掛于電子彈簧秤上極片置于盛有乙二醇溶液的容器中，使乙二醇完全浸沒磷酸鐵鋰正極片，浸泡2小時后，讀取電子彈簧秤數(shù)值F1＝0.6190N；(4)根據(jù)公式ε＝1-(G0-F1)/ρgV0×100％，得出該極片的孔隙率ε＝38.52％。實施例2(1)取圓形石墨負極片，測量該極片的半徑和厚度，然后根據(jù)V0＝πr2×厚度(d)，得出其體積V0＝1.287×10-5m3；(2)將所取極片懸掛于電子彈簧秤上，讀取極片重量G0＝0.3510N；(3)將懸掛于電子彈簧秤上極片置于盛有蒸餾水溶液的容器中，使蒸餾水完全浸沒石墨負極片，浸泡2小時后，讀取電子彈簧秤數(shù)值F1＝0.2698N；(4)根據(jù)公式ε＝1-(G0-F1)/ρgV0×100％，得出該極片的孔隙率ε＝36.94％。將以上實施例1、2所測試的極片分別采用壓汞儀方法和十六烷浸泡質(zhì)量差法再進行測定其孔隙率，其數(shù)據(jù)對比如下：測試方法壓汞儀測試十六烷浸泡質(zhì)量差法本發(fā)明測試磷酸鐵鋰正極片36.89％40.12％38.52％石墨負極片34.56％38.65％36.94％其中壓汞儀測試原理：通過加壓使汞進入固體樣品中，進入固體孔中的孔體積增量所需的能量等于外力所做的功，在壓力的作用下，汞被擠入多孔材料的孔隙中，孔徑越小，所需要的壓力就越大，根據(jù)施加壓力的大小，可求出對應的孔徑尺寸，由水銀壓入量可求出對應尺寸的孔體積，便可算出孔體積隨孔徑大小變化的曲線，從而得出多孔材料的孔徑分布，得到孔隙率。從上表對比數(shù)據(jù)可看出：壓汞儀適合大孔，且各個測試儀器精度不一，一般空隙30nm以上用壓汞儀測試，測試值跟壓汞儀操作壓力也有一定關系,一般小于30nm以下的空隙在有限的壓力條件下無法準確測試，致使測試數(shù)值偏低。十六烷測試孔隙率時，極片浸泡過程中極片體積膨脹而引起空隙變大和溶液的揮發(fā)等，從而影響了極片的真實孔隙率，其測量結(jié)果偏大。而本發(fā)明考慮了測試過程中極片浸泡過程的體積變化，原位測量極片吸液后的重量變化，可有效地降低浸泡后取片稱重引起的溶液揮發(fā)導致的偏差，會進一步提高極片孔隙率測試準確性。所以本發(fā)明測試方法操作簡單、測試效率高、測量成本低，避免了壓汞儀復雜的操作過程，減少了汞對環(huán)境的污染與操作人員的危害，且測試結(jié)果接近壓汞儀測試結(jié)果；十六烷浸泡質(zhì)量差法忽略了極片浸泡體積變化和取片稱重引起的溶液揮發(fā)，導致孔隙率測量偏大。本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。當前第1頁1 2 3