锂电池碳包压实密度在线测试方法及测试装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010067382.5 (22)申请日 2020.01.20 (71)申请人 惠州亿纬锂能股份有限公司 地址 516006 广东省惠州市仲恺高新区惠 风七路38号 (72)发明人 钟秀文张旭陈泽彬曹浪 祝媛袁中直刘建华刘金成 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 胡彬 (51)Int.Cl. G01N 9/04(2006.01) (54)发明名称 一种锂电池碳包压实密度在线测试方法及 测试装置 (57)摘要 本发明公开一种锂电池碳包压实密度在线。

2、 测试方法及测试装置， 其中， 锂电池碳包压实密 度在线测试方法为： 提供检测模具和可对检测模 具进行称重的压实密度测试台， 检测模具的尺寸 与生产线上的生产模具的尺寸一致， 使压实密度 测试台安装于生产线上， 使检测模具固定在压实 密度测试台上， 生产线依次对检测模具进行灌料 和压实处理， 获得压实密度测试台上的重量数 据， 根据重量数据计算出检测模具内的碳包的压 实密度。 本发明的锂电池碳包压实密度在线测试 方法操作简单， 能在生产线上进行压实密度检 测， 可以测出电芯制成中的真实压实密度， 检测 精度高。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 111141638 A 2020.05。

3、.12 CN 111141638 A 1.一种锂电池碳包压实密度在线测试方法， 其特征在于： 提供检测模具和可对所述检 测模具进行称重的压实密度测试台， 所述检测模具的尺寸与生产线上的生产模具的尺寸一 致， 使所述压实密度测试台安装于所述生产线上， 使所述检测模具固定在所述压实密度测 试台上， 所述生产线依次对所述检测模具进行灌料和压实处理， 获得所述压实密度测试台 上的重量数据， 根据所述重量数据计算出所述检测模具内的碳包的压实密度。 2.根据权利要求1所述的锂电池碳包压实密度在线测试方法， 其特征在于， 在所述检测 模具经所述压实处理后， 先利用所述压实密度测试台测得所述检测模具内的所述碳。

4、包的整 体重量， 然后将所述检测模具内的所述碳包分割为至少三个体积相同的碳包段， 测得每个 所述碳包段的重量数据， 根据所述重量数据计算出每个所述碳包段的压实密度。 3.根据权利要求2所述的锂电池碳包压实密度在线测试方法， 其特征在于， 在所述检测 模具上预留出N个切口， 其中， N2， N个所述切口沿竖直方向等间距分布， 用于将所述检测 模具内的空间分为N+1等份， 在所述检测模具经压实处理后， 在所述切口内插入切刀将所述 检测模具内的所述碳包分切出等体积的N+1个所述碳包段。 4.根据权利要求3所述的锂电池碳包压实密度在线测试方法， 其特征在于， 所述切口数 量为2个。 5.根据权利要求3。

5、所述的锂电池碳包压实密度在线测试方法， 其特征在于， 所述切口的 尺寸小于碳包颗粒的尺寸。 6.根据权利要求1至5任一项所述的锂电池碳包压实密度在线测试方法， 其特征在于， 所述压实密度测试台在与所述检测模具组装前开启， 安装所述检测模具后先进行重量清 零， 然后再进行灌料和压实处理； 或， 预先对所述检测模具进行称重， 记录所述检测模具的初始重量， 在所述检测模具经压 实处理后再启动所述压实密度测试台进行称重得到组合重量， 所述碳包的重量为所述组合 重量与所述初始重量的差值。 7.一种测试装置， 其特征在于， 应用于如权利要求1至6任一项所述的锂电池碳包压实 密度在线测试方法， 包括压实密度。

6、测试台和检测模具， 所述压实密度测试台具有称重面， 所 述称重面上设置有卡座， 所述检测模具的一端卡接在所述卡座内， 另一端延伸至所述卡座 外， 所述检测模具的尺寸与生产线上的生产模具的尺寸一致。 8.根据权利要求7所述的测试装置， 其特征在于， 所述检测模具上沿其轴线方向间隔设 置N个切口， 其中N2， 所述切口连通所述检测模具内的容纳腔， N个所述切口将容纳腔分割 为N+1个体积相等的子腔体。 9.根据权利要求7所述的测试装置， 其特征在于， 所述检测模具包括可拆卸连接的第一 模具和第二模具， 所述第一模具和所述第二模具之间具有容纳碳包的容纳腔。 10.根据权利要求9所述的测试装置， 其特。

7、征在于， 所述第一模具连接所述第二模具的 侧面上凸出设置有插接凸部， 所述第二模具连接所述第一模具的侧面上凸出设置有插接凹 槽， 所述插接凸部与所述插接凹槽插接， 以使所述第一模具与所述第二模具组装为一体。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111141638 A 2 一种锂电池碳包压实密度在线测试方法及测试装置 技术领域 0001 本发明涉及电池技术领域， 尤其涉及一种锂电池碳包压实密度在线测试方法及测 试装置。 背景技术 0002 碳包的压实密度与碳包的孔隙率有密切的联系， 碳包的孔隙率又决定着电解液吸 收量与反应物质的传递快慢。 因此， 电芯中碳包的真实压实密度是评估电芯性能的重要指 标。

8、之一。 目前测试正极碳包压实密度主要通过以下两种方式： 第一种、 通过振实堆积密度代 替压实密度测试， 即规定条件下， 经振实除去碳颗粒之间的空隙后， 容器中的碳颗粒测得单 位容积的质量。 这个测试方法复杂， 存在人为读取体积大小等误差问题， 与真实的压实密度 相差较大， 同时， 该密度测试方法对碳颗粒大小有一定要求， 无法测试大的碳颗粒或挤出一 体型碳包。 第二种、 使用单独的模具， 经过一定的压力， 将颗粒压至一定体积测试压实密度。 此测试方法由于采用的模具与碳包生产线上的模具不一致， 因此不能应用于碳包生产线 上， 该模具只能反映出碳包的理论压实密度， 忽略了实际制成对压实密度造成的影响。

9、， 不能 反映碳颗粒在电芯制成中的真实压实密度。 发明内容 0003 本发明实施例的一个目的在于： 提供一种锂电池碳包压实密度在线测试方法， 其 操作简单， 能在生产线上进行压实密度检测， 可以测出电芯制成中的真实压实密度， 检测精 度高。 0004 本发明实施例的另一个目的在于： 提供一种测试装置， 其结构简单， 可以应用于生 产线上实现在线检测压实密度。 0005 为达此目的， 本发明实施例采用以下技术方案： 0006 第一方面， 提供一种锂电池碳包压实密度在线测试方法， 提供检测模具和可对所 述检测模具进行称重的压实密度测试台， 所述检测模具的尺寸与生产线上的生产模具的尺 寸一致， 使所。

10、述压实密度测试台安装于所述生产线上， 使所述检测模具固定在所述压实密 度测试台上， 所述生产线依次对所述检测模具进行灌料和压实处理， 获得所述压实密度测 试台上的重量数据， 根据所述重量数据计算出所述检测模具内的碳包的压实密度。 0007 作为锂电池碳包压实密度在线测试方法的一种优选方案， 在所述检测模具经所述 压实处理后， 先利用所述压实密度测试台测得所述检测模具内的所述碳包的整体重量， 然 后将所述检测模具内的所述碳包分割为至少三个体积相同的碳包段， 测得每个所述碳包段 的重量数据， 根据所述重量数据计算出每个所述碳包段的压实密度。 0008 作为锂电池碳包压实密度在线测试方法的一种优选方。

11、案， 在所述检测模具上预留 出N个切口， 其中， N2， N个所述切口沿竖直方向等间距分布， 用于将所述检测模具内的空 间分为N+1等份， 在所述检测模具经压实处理后， 在所述切口内插入切刀将所述检测模具内 的所述碳包分切出等体积的N+1个所述碳包段。 说明书 1/6 页 3 CN 111141638 A 3 0009 作为锂电池碳包压实密度在线测试方法的一种优选方案， 所述切口数量为2个。 0010 作为锂电池碳包压实密度在线测试方法的一种优选方案， 所述切口的尺寸小于碳 包颗粒的尺寸。 0011 作为锂电池碳包压实密度在线测试方法的一种优选方案， 所述压实密度测试台在 与所述检测模具组装前。

12、开启， 安装所述检测模具后先进行重量清零， 然后再进行灌料和压 实处理； 或， 0012 预先对所述检测模具进行称重， 记录所述检测模具的初始重量， 在所述检测模具 经压实处理后再启动所述压实密度测试台进行称重得到组合重量， 所述碳包的重量为所述 组合重量与所述初始重量的差值。 0013 第二方面， 提供一种测试装置， 包括压实密度测试台和检测模具， 所述压实密度测 试台具有称重面， 所述称重面上设置有卡座， 所述检测模具的一端卡接在所述卡座内， 另一 端延伸至所述卡座外， 所述检测模具的尺寸与生产线上的生产模具的尺寸一致。 0014 作为测试装置的一种优选方案， 所述检测模具上沿其轴线方向间。

13、隔设置N个切口， 其中N2， 所述切口连通所述检测模具内的容纳腔， N个所述切口将容纳腔分割为N+1个体 积相等的子腔体。 0015 作为测试装置的一种优选方案， 所述检测模具包括可拆卸连接的第一模具和第二 模具， 所述第一模具和所述第二模具之间具有容纳碳包的容纳腔。 0016 作为测试装置的一种优选方案， 所述第一模具连接所述第二模具的侧面上凸出设 置有插接凸部， 所述第二模具连接所述第一模具的侧面上凸出设置有插接凹槽， 所述插接 凸部与所述插接凹槽插接， 以使所述第一模具与所述第二模具组装为一体。 0017 本发明实施例的有益效果为： 通过将检测模具的尺寸设置为与生产线上的生产模 具的尺寸。

14、一致， 可以使检测模具直接在生产线上进行测量， 生产线按照正常的生产过程对 检测模具进行灌料和压实处理， 使得检测模具内的碳包能够完全体现出碳包正常制造过程 中的状态， 提升检测精度， 而且， 压实密度测试台直接与检测模具组装， 可以在检测模具压 实处理后直接读取到重量数据， 通过计算就能得出碳包的真实的压实密度， 整个过程操作 简单， 测试精度高。 附图说明 0018 下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。 0019 图1为本发明实施例的测试装置的结构示意图。 0020 图2为本发明实施例的检测模具和卡座的组装立体图。 0021 图3为本发明实施例的检测模具和卡座的组装俯视图。 00。

15、22 图4为图2的A处放大示意图。 0023 图中： 0024 1、 检测模具； 11、 切口； 12、 容纳腔； 13、 第一模具； 14、 第二模具； 15、 插接凸部； 16、 插接凹槽； 2、 压实密度测试台； 3、 卡座； 31、 基板； 32、 第一挡板； 33、 第二挡板。 具体实施方式 0025 为使本发明解决的技术问题、 采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚， 下面 说明书 2/6 页 4 CN 111141638 A 4 将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述， 显然， 所描述的实施例仅仅 是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例，。

16、 本领域技术人员在 没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0026 在本发明的描述中， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “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。 0027 在本发明中， 除非另有明确的规定和限定， 第一特征在第二特征之 “上” 或之 “下” 可以包括第。

17、一和第二特征直接接触， 也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它 们之间的另外的特征接触。 而且， 第一特征在第二特征 “之上” 、“上方” 和 “上面” 包括第一特 征在第二特征正上方和斜上方， 或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。 第一特征在 第二特征 “之下” 、“下方” 和 “下面” 包括第一特征在第二特征正下方和斜下方， 或仅仅表示 第一特征水平高度小于第二特征。 0028 参照图1至4所示， 本发明实施例的锂电池碳包压实密度在线测试方法为： 提供检 测模具1和可对所述检测模具1进行称重的压实密度测试台2， 所述检测模具1的尺寸与生产 线上的生产模具的尺寸一致， 使所述压实。

18、密度测试台2安装于所述生产线上， 使所述检测模 具1固定在所述压实密度测试台2上， 所述生产线依次对所述检测模具1进行灌料和压实处 理， 获得所述压实密度测试台2上的重量数据， 根据所述重量数据计算出所述检测模具1内 的碳包的压实密度。 通过将检测模具1的尺寸设置为与生产线上的生产模具的尺寸一致， 可 以使检测模具1直接在生产线上进行测量， 生产线按照正常的生产过程对检测模具1进行灌 料和压实处理， 使得检测模具1内的碳包能够完全体现出碳包正常制造过程中的状态， 提升 检测精度， 而且， 压实密度测试台2直接与检测模具1组装， 可以在检测模具1压实处理后直 接读取到重量数据， 通过计算就能得出。

19、碳包的真实的压实密度， 整个过程操作简单， 测试精 度高。 0029 碳包的压实密度 m/v0， 其中， m为碳包的重量， v0为碳包已知的下料体积， 也就是 检测模具1的容纳腔12的体积。 具体地， 所述压实密度测试台2在与所述检测模具1组装前开 启， 安装所述检测模具1后先进行重量清零， 然后再进行灌料和压实处理， 这样后续压实处 理后在压实密度测试台2上读取到的重量数据为碳包实际的重量m。 此操作方式简单， 无需 重量计算就能得出准确的碳包的重量。 0030 当然， 在其他实施例中， 还可以预先对所述检测模具1进行称重， 记录所述检测模 具1的初始重量， 在所述检测模具1经压实处理后再启。

20、动所述压实密度测试台2进行称重得 到组合重量， 所述碳包的重量m为所述组合重量与所述初始重量的差值。 此操作方式使得重 量测量更加精确， 在压实处理后再启动所述压实密度测试台2进行称重， 可以避免在灌料和 压实处理过程中对压实密度测试台2的测量产生影响， 提升测量数据的精度。 0031 一实施例中， 在所述检测模具1经所述压实处理后， 先利用所述压实密度测试台2 测得所述检测模具1内的所述碳包的整体重量， 然后将所述检测模具1内的所述碳包分割为 至少三个体积相同的碳包段， 测得每个所述碳包段的重量数据， 根据所述重量数据计算出 每个所述碳包段的压实密度。 将碳包沿竖直方向分割为三个体积相同的碳。

21、包段， 可以得到 说明书 3/6 页 5 CN 111141638 A 5 检测模具1内不同高度位置的碳包段的压实密度， 进而评估出整个碳包的压实密度的一致 性。 优选地， 检测模具1内沿竖直方向分割为至少三个体积相同的碳包段。 0032 进一步地， 在所述检测模具1上预留出N个切口11， 其中， N2， N个所述切口11沿竖 直方向等间距分布， 用于将所述检测模具1内的空间分为N+1等份， 在所述检测模具1经压实 处理后， 在所述切口11内插入切刀将所述检测模具1内的所述碳包分切出等体积的N+1个所 述碳包段。 预先在检测模具1上设置切口11， 便于在碳包压实处理后进行等体积切割， 有效 地。

22、降低了操作难度， 提升了操作速度。 0033 具体地， 所述切口11数量为2个， 对应地， 检测模具1内的空间(即容纳腔12)被分为 上中下三段， 检测模具1内的碳包在分割后， 可以取出位于上中下三段的体积相同的碳包 段。 当然， 切口11的数量不限于为2个， 还可以为3个或者3个以上， 根据实际碳包的长度来选 择合适的切口11的数量。 0034 优选地， 所述切口11的尺寸小于碳包颗粒的尺寸。 此设计可以防止检测模具1在灌 料和压实处理过程中， 碳包颗粒卡在切口11内或者从切口11落入到检测模具1的外部， 提升 检测精度。 0035 本发明还提供一种测试装置， 应用于如上任意实施例的锂电池碳。

23、包压实密度在线 测试方法， 测试装置包括压实密度测试台2和检测模具1， 所述压实密度测试台2具有称重面 21， 所述称重面21上设置有卡座3， 所述检测模具1的一端卡接在所述卡座3内， 另一端延伸 至所述卡座3外， 所述检测模具1的尺寸与生产线上的生产模具的尺寸一致。 本方案的测试 装置可以实现碳包压实密度及一致性的在线检测， 可以第一时间反映碳包制成工位的情 况， 协助生产人员评估碳包性能、 该工位装备或调试后生产线的性能， 找到电芯性能一致性 优异的影响因素， 检测模具1的尺寸与生产线上的生产模具的尺寸一致， 便于实现上线， 实 时监测制成的碳包实际的压实密度。 0036 具体地， 称重面。

24、21上并位于卡座3的一侧设置有重量显示屏。 0037 在本实施例中， 所述检测模具1上沿其轴线方向间隔设置2个切口11， 所述切口11 连通所述检测模具1内的容纳腔12， 2个所述切口11将容纳腔12分割为N+1个体积相等的子 腔体。 0038 所述检测模具1包括可拆卸连接的第一模具13和第二模具14， 所述第一模具13和 所述第二模具14之间具有容纳碳包的容纳腔12。 通过将检测模具1设置为分体结构， 在灌料 和压实处理后可以便于碳包或者切割后的碳包段与检测模具1分离。 0039 进一步地， 第一模具13和第二模具14均为半圆形板， 第一模具13和第二模具14对 扣后形成贯通式的通孔， 通孔。

25、为圆孔， 此通孔为容纳碳包的容纳腔12。 在其他实施例中， 第 一模具13和第二模具14不限于为半圆形板， 还可以为方形板或者其他形状的板， 二者组装 后形成的通孔不限于为圆孔， 还可以为方形孔、 三角形孔或者多边形孔等， 以适应于不同截 面要求的碳包的制造。 0040 在本实施例中， 切口11设置在第一模具13上， 切口11为弧形， 其长度不大于第一模 具13的横截面的弧度。 当然， 不限于在第一模具13上设置此切口11， 还可以在第二模具14上 设置切口11， 或者在第一模具13和第二模具14上均设置此切口11。 0041 所述第一模具13连接所述第二模具14的侧面上凸出设置有插接凸部15。

26、， 所述第二 模具14连接所述第一模具13的侧面上凸出设置有插接凹槽16， 所述插接凸部15与所述插接 说明书 4/6 页 6 CN 111141638 A 6 凹槽16插接， 以使所述第一模具13与所述第二模具14组装为一体。 0042 在本实施例中， 插接凸部15的长度沿第一模具13的长度方向延伸， 其两端与第一 模具13长度方向的两端平齐。 0043 插接凸部15与插接凹槽16的位置还可以互换， 即插接凸部15设置在第二模具14 上， 插接凹槽16设置在第一模具13上。 0044 卡座3包括基板31和间隔设置在基板31上的第一挡板32和第二挡板33， 所述基板 31上并位于所述第一挡板3。

27、2与所述第二挡板33之间设置有与所述检测模具1的尺寸相匹配 的插接槽， 所述检测模具1的端部插接于所述插接槽内， 基板31通过螺钉固定在压实密度测 试台2的称重面上。 0045 所述基板31上沿其长度方向间隔设置至少两个所述插接槽， 每个所述插接槽内均 设置一个所述检测模具1。 0046 本发明的测试装置不仅可以在成熟生产线上测试碳包的压实密度的一致性， 还可 以对新的生产线进行碳包压实密度检测， 进而对生产线进行统一调试。 0047 以下以ER14505碳包生产线为例进行示例： 0048 对于成熟的生产线， 在此生产线上完成碳包的压实密度的一致性的检测， 具体步 骤如下： 0049 步骤S1。

28、00、 将检测模具1与压实密度测试台2组装， 然后放置在ER14505生产线上； 0050 步骤S200、 通过ER14505生产线对检测模具1进行灌料和压实处理； 0051 步骤S300、 读取压实密度测试台2的数据， 得到碳包的重量0.5g， 碳包的体积为 0.901cm2， 测得压实密度为0.555g/cm2； 0052 步骤S400、 利用刀片将碳包分切为三段， 每段碳包的体积为0.303cm2； 0053 步骤S500、 用镊子将碳包段取出， 并分别测得上段与中段的碳包段的重量为 0.152g和0.193g， 计算后， 上段的碳包段的压实密度为0.502g/cm2,中段的碳包段的压实。

29、密 度为0.638g/cm2,下段的碳包段的压实密度为0.512g/cm2。 0054 0055 表1正极压实密度结果总结 0056 由表1可以得出： 经振实的方式制造得到的正极碳包的振实密度为0.323g/cm2， 与 实际的压实密度0.555g/cm2相差较远， 结果非常不准确， 而采用本方案的在线方式测得的 压实密度更接近于实际压实密度。 0057 对于新的生产线， 在此生产线上通过碳包的压实密度测试对生产线进行调试， 具 体步骤如下： 0058 步骤S10、 将检测模具1与压实密度测试台2组装， 然后放置在ER14505生产线上； 0059 步骤S20、 通过新的ER14505碳包生产。

30、线对检测模具1进行灌料和压实处理制得碳 包； 0060 步骤S30、 读取碳包重量0.630g， 碳包体积为1.08cm2， 测得压实密度为0.583g/cm2； 0061 与正极压实密度标准0.580g/cm20.650g/cm2对比， 压实密度符合要求， 证明机器 说明书 5/6 页 7 CN 111141638 A 7 安装调试成功。 0062 于本文的描述中， 需要理解的是， 术语 “上” 等方位或位置关系为基于附图所示的 方位或位置关系， 仅是为了便于描述和简化操作， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。 0。

31、063 在本说明书的描述中， 参考术语 “一实施例” 等的描述意指结合该实施例的具体特 征、 结构、 材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。 在本说明书中， 对上述 术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。 0064 此外， 应当理解， 虽然本说明书按照实施方式加以描述， 但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案， 说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见， 本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体， 各实施例中的技术方案也可以适当组合， 形成本领域技术人员可 以理解的其他实施方式。 0065 以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。 这些描述只是为了解释本发明的 原理， 而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。 基于此处的解释， 本领域的技术 人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式， 这些方式都将落入 本发明的保护范围之内。 说明书 6/6 页 8 CN 111141638 A 8 图1 图2 说明书附图 1/2 页 9 CN 111141638 A 9 图3 图4 说明书附图 2/2 页 10 CN 111141638 A 10 。