本发明涉及锂离子电池风险评估技术领域，具体涉及一种圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法。
背景技术：
随着锂离子电池能量密度的不断提高，正极材料从钴酸锂发展为ncm811或者nca，负极材料由石墨负极到石墨复合硅材料，并且硅材料的添加量不断提升。硅材料在充放电过程中体积膨胀大，导致圆柱结构中极片及极耳承受了较大的应力，而电池如果设计不合理可能造成极片尤其是极耳处断裂造成锂电池的失效，因为与正极极耳相邻处为极片破断强度最低的位置。
圆柱电芯常见为中极耳结构和内极耳结构两种。基于相同的材料体系及电池结构，内极耳相比于中极耳dcr会上升5~10mω，带来一定程度的性能劣化，所以一般在较高性能要求的使用要求下，一般电芯会采用中极耳结构，但与内极耳结构相比，中极耳结构卷芯中，正极耳侧边处极片破断强度最低，发生断裂的风险更高。
cn106405422a中公开了一种锂离子电池极片膨胀断裂的测试方法，其中采用拉力机测试极片和导线的断裂力值，并未考虑卷芯形状对于断裂力值的影响，也并未考虑正极极片各处破断强度高低不一的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法，便于在早期电池开发设计时识别风险。
为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法，包括以下步骤：
s1：顶压件的圆弧面顶压正极极片以及正极极耳，所述圆弧面的延伸方向与所述正极极耳的长度方向一致，拉伸正极极片两端测得正极极片破断强度；
s2：圆柱锂电池卷芯注液封装于铝塑膜中制成铝塑膜电池，将铝塑膜电池套入电池外壳中，所述铝塑膜电池的侧面与电池外壳之间设置薄膜力敏传感器，所述铝塑膜电池充放电循环测试，记录并得出充放电循环次数与所述薄膜力敏传感器所测膨胀力的对应关系；
s3：对比s1正极极片破断强度和s2的膨胀力实测值或者所述对应关系的预测值，对所述圆柱锂电池卷芯装配的圆柱电池正极耳处极片断裂风险进行评估；
所述圆柱电池的电芯入壳比等于所述铝塑膜电池与薄膜力敏传感器的组装件入壳比。
优选的技术方案为，s1中所述圆弧面的半径等于所述圆柱锂电池卷芯中正极极耳与卷芯中心轴的距离。
优选的技术方案为，s1中所述正极极片与顶压件的贴合面圆心角等于或者小于180°。
优选的技术方案为，所述正极极片与顶压件的贴合面圆心角两等分平面与所述正极极耳相交，交线为所述正极极耳的长度方向对称线。
优选的技术方案为，s2中所述薄膜力敏传感器与所述正极极耳重叠设置于所述圆柱锂电池卷芯的中心轴一侧。
优选的技术方案为，所述充放电循环次数与膨胀力的对应关系包括电池材料、电解液、电池设计参数与充放电循环次数以及膨胀力的对应关系。
优选的技术方案为，所述薄膜力敏传感器固定设置于所述铝塑膜电池的表面。
本发明的目的之二在于提供一种正极极片破断强度测试装置，包括拉力机，所述拉力机上设置有极片端部固定件，所述两极片端部固定件之间设置有顶压件，所述顶压件上设置有与正极极片相顶压的圆弧面，所述顶压件与端部固定件之间设置有极片导向轮。
本发明的优点和有益效果在于：
该圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法步骤合理，通过测试外壳中圆柱电芯的正极膨胀挤压力以及正极极片破断强度并对比分析，在电池开发设计初期例如材料筛选时通过实验评估正极极片断裂风险，有助于缩短开发周期，降低产品后期失效风险。
附图说明
图1是实施例1正极极片破断强度测试装置的测试状态结构示意图；
图2是实施例铝塑膜电池的结构示意图；
图中：1、顶压件；2、下夹具；3、上夹具；4、极片导向轮；5、薄膜力敏传感器；a、正极极片；b、正极极耳；c、负极极耳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语“上”“下”“长度方向”“宽度方向”“侧”只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
顶压件
顶压件的整体形状没有特别的限制，需要满足的基本条件为：具有圆弧状的顶压面，圆弧状的顶压面与圆柱锂电池卷芯的圆弧侧面一致，即圆弧面两端面的半径须一致。为了使所测得的顶压状态下正极极片破断强度更趋于精确，进一步的，s1中圆弧面的半径等于圆柱锂电池卷芯中正极极耳与卷芯中心轴的距离。更进一步的，正极极片与顶压件的贴合面圆心角两等分平面与正极极耳相交，交线为正极极耳的长度方向对称线。正极极耳的长度方向与卷芯的轴向一致。与之相对应的，s2中薄膜力敏传感器与正极极耳重叠设置于圆柱锂电池卷芯的中心轴一侧。上述结构能确保模拟的铝塑膜电池正极极片受力状态（因正极材料膨胀产生的膨胀力）与顶压状态下正极极耳处正极极片的受力状态（顶压件的顶压作用力）趋于一致，薄膜力敏传感器的实测值更趋精确。
正极极耳的长度方向是指突出于极片的正极极耳第一端部至与极片固定连接并卷绕在卷芯中的正极极耳第二端部的双向方向。
电池外壳
电池外壳为已知的用于圆柱电池的外壳，包括但不限于已知且常用的钢壳和铝壳。
电芯入壳比是指卷芯的外径与电池外壳的内径之比。由于薄膜力敏传感器设置于铝塑膜电池的侧面与电池外壳之间，因此入壳比中卷芯的外径为铝塑膜电池与薄膜力敏传感器组装件的外径。薄膜力敏传感器与电池外壳或者铝塑膜电池固定连接，或者夹设于电池外壳或者铝塑膜电池之间。更进一步的，为了提高薄膜力敏传感器的检测精度，优选的薄膜力敏传感器与铝塑膜电池的侧面固定连接，更进一步的，固定连接方式优选粘接。
充放电循环次数与膨胀力的对应关系包括电池材料、电解液、电池设计参数与充放电循环次数以及膨胀力的对应关系，上述的电池材料不仅包括正极活性材料，还包括负极活性材料、隔膜、集流体等电池中所有单一部件结构材料。电池设计参数包括但不限于电芯尺寸、外壳尺寸、正极极耳的设置位置等。
实施例
实施例1圆柱锂电池正极极耳处极片断裂评估方法包括以下步骤：
s1：如图1所示，利用正极极片破断强度测试装置检测正极极片破断强度：根据圆柱锂电池卷芯中正极极片a距离卷芯中心轴的长度确定直圆柱状顶压件1的端面半径，正极极片a的正极极耳b段顶压在拉力机下夹具2和上夹具3之间的顶压件1圆弧面上，正极极耳b与顶压件1的位置与正极极耳b在卷芯中的位置一致；
顶压件1与正极极片a的贴合面为圆心角180°的圆弧面，正极极耳b长度方向的对称线与贴合面圆心角的两等分平面相重合；顶压件1的两侧设置有极片导向轮4，极片导向轮4将正极极片a的两端导入拉力机的下夹具2和上夹具3中，向上拉伸上夹具3，直至正极极耳b侧边的正极极片a出现断裂，测得正极极片a破断强度f1；
s2：如图2所示，圆柱锂电池卷芯（图2中虚线所示）注液封装于铝塑膜中制成铝塑膜电池，正极极耳b和负极极耳c引出铝塑膜电池外；将薄膜力敏传感器5粘接在铝塑膜电池的侧面，铝塑膜电池中的正极极耳b与薄膜力敏传感器5重合设置在卷芯中心轴的一侧，将铝塑膜电池套入电池外壳中，铝塑膜电池充放电循环测试，记录薄膜力敏传感器5所测膨胀力实测值f2；更换圆柱锂电池卷芯试样，例如更换卷芯中正极材料，即可测得不同正极材料的膨胀力值；
s3：以充放电循环系数和薄膜力敏传感器所测得的膨胀力之一为横坐标，另一为纵坐标，制作电芯膨胀力与电池充放电循环次数的对应曲线图即对应关系，分析上述对应曲线图，得到随着电池充放电循环次数增加的膨胀力变化（增加）趋势，进而预测出eol（电池综合测试）时的膨胀力值f3；一般情况下膨胀力的增长为线性增长。
s4：将正极极片破断强度f1与膨胀力实测值f2以及预测值f3对比，基于与铝塑膜电池-薄膜力敏传感器组装件相同的入壳比，评估s2中的圆柱锂电池卷芯装配所得圆柱电池的正极极片极耳处的断裂风险，例如不同材料以及不同设计参数正极极片断裂造成电芯失效的风险。具体的：
（1）f2、f3等于或者大于f1，则存在正极极片断裂风险，或者正极极片断裂风险高；
（2）f2、f3小于f1，则正极极片断裂风险低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：顶压件的圆弧面顶压正极极片以及正极极耳，所述圆弧面的延伸方向与所述正极极耳的长度方向一致，拉伸正极极片两端测得正极极片破断强度；
s2：圆柱锂电池卷芯注液封装于铝塑膜中制成铝塑膜电池，将铝塑膜电池套入电池外壳中，所述铝塑膜电池的侧面与电池外壳之间设置薄膜力敏传感器，所述铝塑膜电池充放电循环测试，记录并得出充放电循环次数与所述薄膜力敏传感器所测膨胀力的对应关系；
s3：对比s1正极极片破断强度和s2的膨胀力实测值或者所述对应关系的预测值，对所述圆柱锂电池卷芯装配的圆柱电池正极耳处极片断裂风险进行评估；
所述圆柱电池的电芯入壳比等于所述铝塑膜电池与薄膜力敏传感器的组装件入壳比。
2.根据权利要求1所述的圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法，其特征在于，s1中所述圆弧面的半径等于所述圆柱锂电池卷芯中正极极耳与卷芯中心轴的距离。
3.根据权利要求2所述的圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法，其特征在于，s1中所述正极极片与顶压件的贴合面圆心角等于或者小于180°。
4.根据权利要求1或2所述的圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法，其特征在于，所述正极极片与顶压件的贴合面圆心角两等分平面与所述正极极耳相交，交线为所述正极极耳的长度方向对称线。
5.根据权利要求4所述的圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法，其特征在于，s2中所述薄膜力敏传感器与所述正极极耳重叠设置于所述圆柱锂电池卷芯的中心轴一侧。
6.根据权利要求1所述的圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法，其特征在于，所述充放电循环次数与膨胀力的对应关系包括电池材料、电解液、电池设计参数与充放电循环次数以及膨胀力的对应关系。
7.根据权利要求1所述的圆柱锂电池正极耳处极片断裂评估方法，其特征在于，所述薄膜力敏传感器固定设置于所述铝塑膜电池的表面。
8.一种正极极片破断强度测试装置，其特征在于，包括拉力机，所述拉力机上设置有极片端部固定件，所述两极片端部固定件之间设置有顶压件，所述顶压件上设置有与正极极片相顶压的圆弧面，所述顶压件与端部固定件之间设置有极片导向轮。
技术总结