[发明专利]包括弯曲夹具的夹具组件及利用其测量弯曲抗张强度的设备和方法

说明书

提供了一种测量电极以与芯部相似的半径弯曲时的抗张强度的夹具组件、包括该夹具组件的测量弯曲抗张强度的设备及利用该测量弯曲抗张强度的设备测量电极以与芯部相似的半径弯曲时的抗张强度的测量弯曲抗张强度的方法。本公开内容的夹具组件包括：固定样品的一个端部的固定单元；和板形状的弯曲夹具，该弯曲夹具在一个端部被固定的样品的纵长方向截面上引起一点弯曲，并且引导样品的另一个端部朝向抗张测试载荷单元。根据本公开内容，在电极被用在实际卷绕应用中之前，可在与卷绕工艺相似的条件下测量电极的抗张强度。

技术领域

本公开内容涉及一种测量抗张强度的设备和方法，更具体地，涉及一种测量作为评估二次电池的电极的新参数的弯曲抗张强度所需的夹具组件、包括该夹具组件的测量弯曲抗张强度的设备及利用该设备来测量弯曲抗张强度的方法。本申请要求于2017年6月29日在韩国提交的韩国专利申请第10-2017-0082738号和2018年6月19日在韩国提交的韩国专利申请第10-2018-0070300号的优先权，这两个韩国专利申请的公开内容通过引用并入本文。

背景技术

一般来说，二次电池可分为电极组件嵌入圆柱形或棱柱形金属罐中的罐型和电极组件嵌入铝层压片的袋型壳体中的袋型，这样的常规二次电池使用片型电极。在它们之中，例如，通过在电池壳体中容纳隔膜插置在片型正极与片型负极之间的卷绕的电极组件并注入电解质溶液来制造包括卷绕型电极组件的二次电池。

图1是通常的圆柱形二次电池的垂直剖面图，其示出了该通常的圆柱形二次电池的主要结构。

参照图1，圆柱形二次电池1包括圆柱形电池壳体10、密封地连接在电池壳体顶部上的盖组件20以及与电解质溶液一起容纳在电池壳体10中的卷绕型电极组件30。通过将正极31和负极33放置成使隔膜32插置在正极31与负极33之间并且将它们卷成圆形来形成电极组件30。

通过在例如铝箔或不锈钢箔的金属箔的正极集流体片的表面上涂覆包括锂钴复合氧化物或锂锰复合氧化物的正极活性材料层，然后进行压缩来形成正极31。通过在例如铜箔或不锈钢箔的金属箔的负极集流体片的表面上涂覆包含石墨或焦炭的负极活性材料层，然后进行压缩来形成负极33。正极31的一部分具有其中未形成正极活性材料的未涂覆区域，并且正极接片40连接到未涂覆区域。负极33的一部分也具有其中未形成负极活性材料的未涂覆区域，并且负极接片50连接到未涂覆区域。正极接片40和负极接片50分别焊接到盖组件20和电池壳体10。

图2是图解制造卷绕型电极组件的方法的图。如图2所示，通过在被卷绕机旋转的芯部60上卷绕层压片35来制造电极组件30，其中层压片35包括片型正极和片型负极以及插置在它们之间的隔膜。

然而，以这种方式制造的电极组件30具有较小的卷绕半径，尤其围绕着芯部60，因此存在正极31和负极33中可能出现裂纹的风险。在此，裂纹包括活性材料层中的裂纹、集流体片中的裂纹以及甚至由此产生的电极的断开(包括部分断开)。其中，断开对电池性能是致命的，对断开的管理很重要。因此，有必要确定不会产生裂纹并且不会不必要地增加电池体积的卷绕半径，特别是芯部60的半径R，因此，还需要确定卷绕张力。

因此，重要的是确定精确的卷绕半径和卷绕张力，但是无法从卷绕之后的电极组件确认卷绕半径和卷绕张力是否合适。这是因为一旦拆卸卷绕的电极组件，就会在拆卸期间出现裂纹，而且难以将这种裂纹与卷绕期间发生的裂纹区分开。

因此，在卷绕电极组件之前，必须确定每个电极的抗张强度，特别是具有与芯部类似的半径的弯曲处的抗张强度，并且确定合适的卷绕半径和卷绕张力。然而，没有在弯曲电极的同时测量抗张强度的尝试，并且没有合适的测量设备或方法。

在本公开内容中待评估的电极具有涂覆在集流体上的活性材料层。用于评估涂层状态的常规方法包括铅笔硬度测试仪、纳米压痕仪和动态机械分析(DMA，DynamicMechanical Analysis)，可以考虑它们用于电极评估的应用。