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鋰電池隔膜質(zhì)量檢測方法

隔膜作為鋰離子電池的一個(gè)核心材料,性能的好壞也直接決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻,進(jìn)而直接影響電池的電性能,那么鋰電池隔膜質(zhì)量檢測方法有哪些呢?

高倍率鋰離子電池

  1. 厚度

隨著電池能量密度的提高,電池的隔膜也越來越薄,測量的精度也要求越來越高,一般企業(yè)測量用千分尺,也有“GB/T 6672-2001塑料薄膜和薄片厚度測定_機(jī)械測量法”這一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測量法,國際上也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量,但這些標(biāo)準(zhǔn)均不是對(duì)隔膜所制定的,所以存在測試范圍寬,精度低等問題,所以要求準(zhǔn)確的企業(yè)一般采用精密測厚儀進(jìn)行測量,但由于隔膜材質(zhì)軟,測量時(shí)候的壓力過大會(huì)導(dǎo)致測量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,所以也有企業(yè)用非接觸式的測厚儀進(jìn)行測量,但是隔膜具有多孔結(jié)構(gòu),采用非接觸的測量時(shí)也會(huì)導(dǎo)致厚度測量不一致的問題,所以在實(shí)際測量過程需要根據(jù)隔膜的種類選擇不同的測試的方法,盡量多測幾個(gè)點(diǎn)保證隔膜厚度的一致性。

  1. 彎曲度

有些企業(yè)也叫拱形度,指隔膜分切后產(chǎn)生的弧形,弧形明顯時(shí)會(huì)造成疊片不齊,卷繞時(shí)產(chǎn)生渦狀,造成極片外露進(jìn)而短路。測試方法為將隔膜條平鋪于桌面上,與鋼板尺邊緣進(jìn)行平行度的對(duì)比,可以得到隔膜的弧度。

  1. 透氣度

隔膜在一定條件下一定體積的空氣通過隔膜所需要的時(shí)間,也稱作Gurley值,其大小對(duì)電池的性能具有一定的影響,一般采用ASTM測試法(ASTM D726 Standard Test Method for Resistance of Nonporous Paper to Passage of Air)

  1. 孔隙率

空隙的體積占整個(gè)體積的比例,測試方法有吸液計(jì)算法以及測試法,吸液計(jì)算法是將隔膜浸潤在已知溶劑中,通過測量隔膜浸潤前后的質(zhì)量差計(jì)算出隔膜被液體占據(jù)的空隙體積,計(jì)算公式如下:

壓汞測試法是利用外力對(duì)隔膜施加壓力將汞壓入隔膜的孔隙之中,然后通過測量壓入汞的體積來計(jì)算隔膜的孔隙率,多次測量后取平均值。

  1. 孔徑分布

也可采用壓汞儀進(jìn)行測量,采用壓汞法即測量汞壓入孔所施壓力計(jì)算出孔徑參數(shù),但需要說明的是壓汞儀測量出來的結(jié)果包含通孔和非通孔,而且干法隔膜在汞浸入是會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力破壞隔膜的微孔結(jié)構(gòu),所以實(shí)際測試時(shí)也會(huì)采用毛細(xì)管流動(dòng)分析儀進(jìn)行測量,采用惰性氣體沖破已潤濕的隔膜,測量氣體流出的壓力值,通過計(jì)算得到孔徑參數(shù)。

  1. 浸潤性

一般采用接觸角測量法,其原理在負(fù)極相關(guān)知識(shí)介紹中已經(jīng)詳細(xì)介紹過,在此不在重復(fù)。

  1. 表面狀態(tài)

通過SEM可以看出隔膜的表面狀態(tài),區(qū)分隔膜的種類。

  1. 機(jī)械性能

1)拉伸強(qiáng)度、延伸率:反映隔膜橫向(TD)和縱向(MD)的機(jī)械性能,拉伸到隔膜直到斷裂為止的力,一般用拉力儀進(jìn)行測量,干法和濕法可以看出有顯著區(qū)別;

2)穿刺強(qiáng)度:評(píng)估外界尖銳物體穿透隔膜時(shí)的力,與電池的安全性能強(qiáng)相關(guān),用專用的測試設(shè)備可以測出。

  1. 熱性能

1)熱收縮率:加熱前后隔膜尺寸的變化率,也分為橫向(TD)和縱向(MD)的收縮率,現(xiàn)在各個(gè)廠家的測試溫度和時(shí)間都是不同的,有85℃2h、90℃24h、105℃2h,130℃0.5h等等,根據(jù)不同的需要可進(jìn)行不同的測試;隨著陶瓷隔膜的應(yīng)用,隔膜的熱收縮率也是越來越低;

2) DSC測試:主要測試隔膜的閉孔以及破膜的溫度,用差式掃描量熱儀進(jìn)行測量。

  1. 電性能

將隔膜和正負(fù)極、電解液組裝到一起進(jìn)行倍率、高低溫、存儲(chǔ)、循環(huán)、內(nèi)阻、安全等測試比較不同隔膜的性能,在此也不在贅述。

作為四大主材之一的隔膜的作用是使電池的正負(fù)極分開,防止正負(fù)極接觸而引發(fā)短路問題,同時(shí),其微孔結(jié)構(gòu)可以使得電解液離子通過的功能。另外,隔膜的縱向以及橫向的拉伸強(qiáng)度保證隔膜在收到一定的外力時(shí)不變形,其熱穩(wěn)定性也能保證電池在高溫失效時(shí)的安全性能。

雖然其組成成分比較單一,但測試的項(xiàng)目還是比較多的,隨著技術(shù)的發(fā)展,陶瓷隔膜已經(jīng)的到了廣泛的應(yīng)用,涂膠隔膜、功能性涂層隔膜、無紡布隔膜等新型隔膜也逐漸應(yīng)用到了鋰離子電池中,相信在不就的將來,更多高安全性、高機(jī)械性能的隔膜也將逐漸走入到鋰離子電池行業(yè)中。

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