锂电池隔膜基本性能检测分析与解决方案
发布时间:2018/08/13 10:01编辑:赛成科技


近年来,随着国内消费和移动等IT领域终端产品的飞速增长,可充电的锂电池早已成为手机、笔记本、PDA等移动消费电子的标准配置电源。隔膜作为锂电池结构中至为关键的内层组件之一,其物理、化学性能的优劣将直接决定着电池的界面结构、内阻等,进而影响电池整体的容量、循环以及安全性能等。但是材料是中国唯一还没有实现自给的锂电池关键材料。然,隔膜性能的优异却对国内锂电池隔膜的质量产生重要影响。本文将主要围绕锂电池隔膜的“物理检测指标做综合分析。

锂电池隔膜基本性能如何测试


济南赛成科技作为包装材料检测领域中的老牌企业,在锂电池隔膜的物理力学性能测试方面积累了丰富的经验。对隔膜的力学性能指标主要指隔膜的厚度测试,隔膜的透气度,拉伸强度,穿刺强度等指标。下面,小编将结合我公司针对锂电池隔膜的不同的测试解决方案进行一一讲解。

 

    一、隔膜的厚度测试:

 

  厚度是锂电池隔膜最基本的特性之一,其要求的厚度均匀性与所有薄膜生产企业如出一辙,可谓永恒追求的质量指标,会直接影响隔膜卷的外观质量以及内在性能,因此是生产过程中需严加控制的质量指标之一。隔膜厚度的均匀性包括纵向厚度的均匀和横向厚度的均匀,但比较而言,横向厚度均匀性更为重要,一般必须控制在1um以内。

  锂电池隔膜厚度测试仪器

 

  对锂电池隔膜厚度均匀性指标的检测,参考GB/T 6672—1986《塑料薄膜和薄片厚度的测定机械测量法》,运用机械接触式的方法进行检测。基于该标准的规定,本文使用济南赛成研发的“CHY—CA薄膜测厚仪”。该仪器在测试精度上完全可达到标准规定的0。1um,同时测量头可自动升降,有效避免了人为因素造成的系统误差,且自动进样,数据实时显示,兼具自动统计和打印等多项实用功能,极大方便了用户操作以及对结果的分析。

 

  需要注意的是,由于电池隔膜的材料较软,所以在测量时应尽力减小测量的压力。济南赛成研发的这款测厚仪就可很好的控制与隔膜的接触面积,确保测量数据的精准。

  对隔膜的厚度测试,还可通过非接触式测厚仪。但是非接触式测厚仪尽管测量速度快、对样品无损伤,但由于非接触式测厚仪多采用光学原理,为点测量,而隔膜又是多孔的结构,因此对测量结果的波动十分大,反而更不利于厚度均匀性的测定。

 

 

    二、隔膜透气度测试

 

  透气度是反映隔膜透过率能力的指标,可用在一定时间和压力下,通过隔膜气体的量的多少来表征,以此来反映锂离子透过隔膜的通畅性。而隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。目前,国内的隔膜厂家基本以透气度、孔隙度指标来衡量隔膜的透气性。

 

 透气率是指特定的空气在一定的压力条件下,通过1平方英寸面积的隔膜所需要的时间,用Gurley值来表示。由于“透气度”的概念主要来源于造纸行业,所以现行主要参考标准为GB/T 458—2008《纸和纸板透气度的测定》。基于该标准,本文推荐使用济南赛成研发的“GPT—301压差法气体渗透仪”。该仪器可同时测定隔膜的气体透过率、溶解度系数、扩散系数,三腔均值保证三个试样同时测试,而且宽范围、高精度的温湿度控制,可满足各种试验条件下的测试,跟共提供比例和模糊的双重试验过程判断模式,因此可在短时间内有效判断锂电池隔膜的透气度。

 锂电池气体隔膜阻隔性能测试仪


    三、隔膜的拉伸强度测试

 

  隔膜的拉伸强度与制膜的工艺相关联,因此实时监控其拉伸强度,有利于提高锂电池隔膜的综合性能。一般行业中有单轴拉伸和双轴拉伸,采用单轴拉伸,膜在拉伸方向上与垂直方向强度不同;而采用双轴拉伸,隔膜在两个方向上一致性相接近。一般拉伸强度主要是指纵向强度要达到100MP以上,横向强度不能太大,过大会导致横向收缩率增大,而这种收缩会加大锂电池正、负极接触的几率。

 

 目前,对锂电池隔膜拉伸强度指标的检测参考标准为GB/T 1040《塑料拉伸性能的测试》。基于此,本文使用济南赛成研发的“XLW(PC)智能电子拉力机”,该仪器可凭借0.5级超高精度,有效保证了测试结果的准确性,同时1000MM的超长行程可满足各超大变形率材料的测试,还提供定伸应力、弹性模量、应力应变等数据分析。此外,一台仪器还集拉伸、穿刺、剥离、撕裂等其中独立测试程序,方便用户的不同测试需求。


    四、隔膜穿刺强度测试

 锂电池隔膜的抗穿刺强度是指施加在给定针行物上用来戳穿隔膜样本的质量,主要用来表示隔膜在装配过程中发生短路的趋势。由于隔膜是被夹在凹凸不平的正、负极片中间,需要承受很大的压力。因此为了防止短路,所以要求隔膜必须具备一定的抗穿刺强度。正常情况下,抗穿刺强度值一般在300—500g。


  考虑到隔膜穿刺强度的测试结果与穿刺针的规格、穿刺速率、下夹具孔的尺寸有关,目前行业主要参考ASTM D3763《塑料高速穿刺试验方法》。基于此,本文推荐使用济南赛成研发的“XLW(PC)智能电子拉力机”,该仪器不仅可满足上述拉伸强度指标的测试,只需配备一特殊的穿刺夹具,就可完成对隔膜穿刺强度进行测定。这样一来,用户可谓在同一台仪器上测试不同的项目指标-同上面提到的隔膜的拉伸强度测试。,在确保0.5级测试精度的同时,还为企业节约了一大笔经费开支,两全其美。

 

    五、热收缩率

  锂电池隔膜的热收缩率是指隔膜加热前后的尺寸变化率。我们都知道,一旦隔膜横向拉伸增大,必然导致隔膜热收缩率的增大,从而也就无形中增加了锂电池正、负极接触的几率。而这一现象,恰恰是厂家在生产时所极力避开的,将对锂电池整体性能的发挥有重要意义。

 

 目前,行业内针对隔膜热收缩率指标的测定,主要参考标准为GB/T 2027—2004《塑料 薄膜和薄片 加热尺寸变化率试验方法》和UL SUBJECT 2591—2009《电池隔膜》。这两种方法主要不同点在于,国家标准中是将样品至于高岭土床上进行测试,而UL标准采用两块钢板将隔膜夹在其中,并施加一定的压力进行测试。由于该压力更接近隔膜在电池中所受压力,进而也就更接近于隔膜在电池中的真实情况,因此所测数据更有意义

  基于上述标准,本文推荐使用济南赛成研发的“RSY—R2薄膜热缩试验仪”。该仪器采用数字P.I.D控温监控技术,在确保快速达到设定温度的同时,还能有效避免温度波动。且为液体介质的加热提供了稳定的测试环境,又兼具自动计时功能,从而最大限度保证了测试数据的准确性。

 

  锂电池隔膜物理性能测试总结:

  本文通过对锂电池隔膜厚度、透气度、拉伸强度、穿刺强度、热收缩率物性指标的测试分析,在专业仪器的帮助下,厂家可以通过试验得出的精确数据从而找到对提高锂电池隔膜性能的方向和方法,具有一定的积极意义。


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