一种干法制膜过程中纤维化程度的监控方法与流程

本发明属于电池材料检测，具体涉及一种干法制膜过程中纤维化程度的监控方法。

背景技术：

1、近年来，随着全球能源短缺和日益严重的环境污染，寻求可以替代石油能源可持续和可降解生物质能源已成为全球共识。近年来新能源汽车，特别是电动汽车，由于具有低排放、高效率和环保的优点，得到迅速发展。目前从材料研究到电芯体系开发都都有一个共同目标降低成本。现电池正负极均采用湿法涂布工艺制备，经过优化改善，其工艺已经比较成熟，但仍存在匀浆、烘烤、nmp回收等工序维护成本高和人力投入大。

2、相对湿法涂布工艺，干法电极制备工艺吸引力很多公司及科研院校的目光。干法电极制备技术利用粘接剂的纤维化作用实现活性物质的粘连，粉体材料制备自支撑膜，与箔材辊压后制备成电极。干法制膜工艺无需nmp溶剂，简化了电极制备工序，降低成本、环保。

3、而干法制膜工艺中粘结剂的纤维化程度是影响干法制膜工艺的重要因素。现有粘结剂纤维化的表征方法不完善，缺乏有效的技术手段来监控粘结剂的纤维化程度，只能凭借经验判断，该方式存在误差大、易出错、效率低、不能补救等缺陷，不适于量产质量监控。因此，如何快速高效监控粘结剂纤维化程度成为本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的问题，公开了一种干法制膜过程中纤维化程度的监控方法，所述监控方法通过二次元影像技术监控干法电极纤维化程度，该监控方法具有简单、高效、准确、可控的优势，方便选用粘结剂充分纤维化的物料进行极片制备，解决了现有技术难以监控粘结剂纤维化程度的问题。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种干法制膜过程中纤维化程度的监控方法，所述监控方法通过干法制膜物料在纤维化过程中二次元影像的色差比例变化来监控粘结剂的纤维化程度；

4、所述干法制膜物料为用于膜制备的干法制膜物料，包括活性材料，导电剂和可纤维化粘结剂。

5、二次元影像技术在采集图像时具有实时性和便捷性，本发明根据色差比例的变化来监控粘结剂的纤维化水平具有简单、高效、准确、可控的优势，方便选用粘结剂纤维化适合的物料进行极片制备，提高了极片的加工性能和电芯的电性能。

6、所述色差比例的变化是指物料在纤维化前、以及纤维化过程中不同时间下测得的二次元影像中的色差比例随时间的变化。

7、作为一些优选的示例，以t表示物料进行纤维化处理的时间，以rt表示物料在t时测得的二次元影像中的色差比例，r0表示纤维化前测得的初始色差比例，r终表示完全纤维化后的色差比例，其中r0>rt，r0为90％≥r0≥5％，2％≥r终≥0％，优选1％≥r终≥0％，20min≥t＞0。

8、作为一些优选的示例，所述干法制膜物料包括干法正极制膜物料和干法负极制膜物料。

9、正极制膜物料中正极活性材料包括氧化物钠电正极材料、三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂中的一种或多种混合物，导电剂包括super-p、碳纳米管、乙炔黑、科琴黑的任意一种或多种混合物，粘结剂包括聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯和聚乙烯、乙烯、醋酸乙烯共聚物(eva)中的任意一种或多种的混合物。

10、负极制膜物料中负极活性材料包括石墨、硅、氧化亚硅、锂硅合金、锂粉中的任意一种或多种混合物，导电剂包括乙炔黑、super-p、碳纳米管、碳纤维、科琴黑、石墨导电剂、石墨烯中的任意一种或多种混合物，粘结剂包括聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯和聚乙烯、乙烯、醋酸乙烯共聚物(eva)中的任意一种或多种的混合物。

11、作为一些优选的示例，所述纤维化的处理方式包括机械搅拌法，静电喷涂法，粉末挤压成型法中的一种；其中，机械搅拌法的转速r≥500rad/min。该方法具备操作简单、成本较低、易于控制等优点，且适用于本发明中所使用的干法制膜物料的均匀混合。

12、作为一些优选的示例，物料的二次元影像的色差比例由下述方法获得：将物料在恒定压力p下持续进行压实，压实时间为t，压实完成后再对物料进行二次元影像测试。

13、申请人发现，物料利用二次元图像色差比例判断粘结剂纤维化的程度具有取样技术影响。因取样物料不一致和不紧密将导致二次元图像色差比例不准确，尤其是取样后物料样品的不紧密状态容易引入更多的白色背底，导致色差比例误差加大。经恒定压力下的压实处理能够确保物料测试前的一致性和紧密性，提升了利用色差比例监控纤维化进程的准确性。

14、具体的，将物料放入直径为r(单位：厘米)的模具中，采用p(单位：吨)的压力将其压实的时间为t1(单位：分钟)，然后进行二次元影像测试。所有测试物料都采用此方法进行预处理，可以保证测试物料的一致性和紧密性。

15、优选地，所述直径5＞r＞0厘米，可选自1厘米、2厘米、3厘米、4厘米和5厘米，优选直径为1厘米。

16、优选地，所述压力10＞p＞0吨，可选自0.5吨，1吨，2吨、4吨、8吨和10吨，优选压力为1吨。

17、优选地，所述时间5＞t1＞0分钟，可选自0.5分钟，1分钟、2分钟，4分钟和5分钟，优选时间为1分钟。

18、本发明采用合适范围内的模具直径和压力可以避免测试物料产生边缘效应，保证测试物料的均匀性和紧密性。

19、作为一些优选的示例，二次元影像包括但不限于通过光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、共焦显微镜等设备获取样品表面的二维图像。本发明使用的是对粘结剂聚四氟乙烯具有更高分辨率的扫描电子显微镜。

20、作为一些优选的示例，对色差比例的计算方法，包括photoshop、python、delta e,matlab中的一种。

21、第二方面，本发明提供了一种干法制膜方法，所述干法制膜方法包括以下步骤：将干法制膜物料干法混合后进行纤维化处理，通过第一方面所述的监控方法得到所需的纤维化程度的干法制膜物料后，进行开炼后辊压至预设厚度，得到干法膜片。

22、本发明通过开炼的方式将所需纤维化程度的物料成型制备成厚的膜片，易于后续辊压进料及压薄，使得制备干法膜片更加简单容易，同时，开炼提高了膜片均匀性，提高了膜片的性能。

23、作为一些优选的示例，辊压可以一次或多次辊压中的一种。

24、需要说明的是，第一方面的监控方法可以适用于第二方面的干法制膜方法，也可以适用于本领域常用的其他干法制膜方法，本发明不作具体限定。

25、第三方面，本发明提供了一种干法电极片，具有所述第二方面的干法制膜方法获得的干法电极膜。

26、作为一些优选的示例，所述干法电极片可由热压法，层压法，静电喷涂法等方法获得。

27、需要说明的是，对干法制膜方法不作限定，制膜过程中通过第一方面所述的监控方法得到所需的纤维化程度的干法制膜物料即可，可以是第二方面的干法制膜方法，也可以是现有技术中公开的其他干法制膜方法。

28、第四方面，本发明提供了一种电池，所述电池包括第三方面所述的干法电极片。

29、本发明的特点和有益效果为：

30、(1)本发明的监控方法具有高效便捷的优点，通过测试二次元影像图片中的色差比例，根据色差比例的变化来监控粘结剂的纤维化水平，从而便于选用粘结剂充分纤维化的物料来制备膜片(例如正极膜或负极膜)，该方法操作简单，数据准确，易于推广，解决了现有技术中干法电极制备工艺中粘结剂纤维化程度难以监控的问题。该监控方法适用于干法制备电极膜过程中纤维化程度的监控，通过测试二次元影像图片中的色差比例随时间的变化可以监控粘结剂的纤维化程度，达到实时监控物料纤维化情况的目的，方便选用粘结剂充分纤维化的物料进行极片制备，减少废品率，提高良率，提高了极片的加工性能和电芯的电性能。

31、(2)本发明在进行监控色差比例变化时通过限定一定的压力和时间来得到压实的样品，可以避免因取样不一致带来的数据误差，保证待测样品的一致性和样品紧密性，有利于更准确的判断粘结剂的纤维化程度。

32、(3)本发明的干法制膜方法通过开炼机开炼的方式先制备厚的膜片，再进行辊压减薄至所需厚度。通过开炼的方式将纤维化后的物料成型制备成厚的膜片，易于后续辊压进料及压薄，使得制备干法膜片更加简单容易，同时，开炼提高了膜片均匀性，提高了膜片的性能。