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锂离子电池的隔膜检测手段和方法

   

作为锂离子电池另外一个核心材料的隔膜,它性能的好坏也直接决定了电池的界面结构、内阻,进而直接影响电池的电性能。众所周知,隔膜的作用是使电池的正负极分开,防止正负极接触而引发安全问题,同时,其微孔结构可以使得电解液离子通过的功能。另外,隔膜的纵向以及横向的拉伸强度保证隔膜在收到一定的外力时不变形,其热稳定性也能保证电池在高温失效时的安全性能。本系列的第二篇将从隔膜的测试原理和方法入手,对锂离子电池的隔膜进行一个深入浅出的认识。

   

1. 厚度:

 

随着电池能量密度的提高,电池的隔膜也越来越薄,测量的精度也要求越来越高,一般企业测量用千分尺,也有“GB/T 6672-2001塑料薄膜和薄片厚度测定_机械测量法”这一个标准测量法,国际上也有相应的标准进行测量,但这些标准均不是对隔膜所制定的,所以存在测试范围宽,精度低等问题,所以要求准确的企业一般采用精密测厚仪进行测量,但由于隔膜材质软,测量时候的压力过大会导致测量的数据不准确,所以也有企业用非接触式的测厚仪进行测量,但是隔膜具有多孔结构,采用非接触的测量时也会导致厚度测量不一致的问题,所以在实际测量过程需要根据隔膜的种类选择不同的测试的方法,尽量多测几个点保证隔膜厚度的一致性。

 

 

2. 弯曲度:

 

有些企业也叫拱形度,指隔膜分切后产生的弧形,弧形明显时会造成叠片不齐,卷绕时产生涡状,造成极片外露进而短路。测试方法为将隔膜条平铺于桌面上,与钢板尺边缘进行平行度的对比,可以得到隔膜的弧度。

 

3. 透气度:

 

隔膜在一定条件下一定体积的空气通过隔膜所需要的时间,也称作Gurley值,其大小对电池的性能具有一定的影响,一般采用ASTM测试法(ASTM D726 Standard Test Method for Resistance of Nonporous Paper to Passage of Air)

 

 

4. 孔隙率:

 

空隙的体积占整个体积的比例,测试方法有吸液计算法以及测试法,吸液计算法是将隔膜浸润在已知溶剂中,通过测量隔膜浸润前后的质量差计算出隔膜被液体占据的空隙体积,计算公式如下:

 

压汞测试法是利用外力对隔膜施加压力将汞压入隔膜的孔隙之中,然后通过测量压入汞的体积来计算隔膜的孔隙率,多次测量后取平均值。

 

 

5. 孔径分布:

 

也可采用压汞仪进行测量,采用压汞法即测量汞压入孔所施压力计算出孔径参数,但需要说明的是压汞仪测量出来的结果包含通孔和非通孔,而且干法隔膜在汞浸入是会产生应力破坏隔膜的微孔结构,所以实际测试时也会采用毛细管流动分析仪进行测量,采用惰性气体冲破已润湿的隔膜,测量气体流出的压力值,通过计算得到孔径参数。

 

6. 浸润性:

 

一般采用接触角测量法,其原理在负极相关知识介绍中已经详细介绍过,在此不在重复。

 

 

7. 表面状态:

 

通过SEM可以看出隔膜的表面状态,区分隔膜的种类。

 

 

8. 机械性能

 

1)拉伸强度、延伸率:反映隔膜横向(TD)和纵向(MD)的机械性能,拉伸到隔膜直到断裂为止的力,一般用拉力仪进行测量,干法和湿法可以看出有显著区别;

 

 

2)穿刺强度:评估外界尖锐物体穿透隔膜时的力,与电池的安全性能强相关,用专用的测试设备可以测出。

 

 

9. 热性能

 

1)热收缩率:加热前后隔膜尺寸的变化率,也分为横向(TD)和纵向(MD)的收缩率,现在各个厂家的测试温度和时间都是不同的,有85℃2h、90℃24h、105℃2h,130℃0.5h等等,根据不同的需要可进行不同的测试;随着陶瓷隔膜的应用,隔膜的热收缩率也是越来越低;

 

2) DSC测试:主要测试隔膜的闭孔以及破膜的温度,用差式扫描量热仪进行测量。

 

 

10. 电性能

 

将隔膜和正负极、电解液组装到一起进行倍率、高低温、存储、循环、内阻、安全等测试比较不同隔膜的性能,在此也不在赘述。

 

小结:

 

作为四大主材之一的隔膜,虽然其组成成分比较单一,但测试的项目还是比较多的,随着技术的发展,陶瓷隔膜已经的到了广泛的应用,涂胶隔膜、功能性涂层隔膜、无纺布隔膜等新型隔膜也逐渐应用到了锂离子电池中,相信在不就的将来,更多高安全性、高机械性能的隔膜也将逐渐走入到锂离子电池行业中。

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