鋰離子電池隔膜關(guān)鍵性能測(cè)試方案

鋰離子電池，由正負(fù)極片、電解液和隔膜組裝而成，目前廣泛應(yīng)用于新能源汽車、儲(chǔ)能設(shè)備、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。其中，隔膜是一種微孔結(jié)構(gòu)薄膜，在隔離電池正負(fù)極的同時(shí)為鋰離子在兩極之間的往復(fù)傳輸提供通道，其安全性與鋰電池的安全密不可分。理想的安全、高性能隔膜應(yīng)具備優(yōu)異的透氣性，良好的力學(xué)性能和良好的熱穩(wěn)定性。

一、透氣性

　　隔膜的微孔結(jié)構(gòu)為鋰離子的流動(dòng)提供了“天然的通道”，但其流動(dòng)的通暢性亦受到隔膜厚度、孔徑大小、孔徑分布、孔隙率、孔曲折度以及涂覆改性工藝的綜合影響。我們一般用“透氣度”表征隔膜的透氣性，間接反映鋰離子透過隔膜的通暢性。

透氣度測(cè)試，是一項(xiàng)借助透氣性測(cè)試儀進(jìn)行的簡(jiǎn)單快速試驗(yàn)。按照GB/T 36363-2018的要求，將具有代表性的、平整無(wú)缺陷的隔膜材料裁切成大小適宜的3片樣片，放入儀器測(cè)試腔的中心位置，設(shè)置壓力等參數(shù)，儀器自動(dòng)測(cè)定在1.21 kPa壓力下隔膜樣品的試驗(yàn)面積區(qū)域透過100 mL空氣所需要的時(shí)間。測(cè)試采用C190H透氣性測(cè)試儀，其測(cè)試范圍可達(dá)30～1500 s/100mL，并支持s/100mL、um/(Pa·s)多單位顯示，滿足不同標(biāo)準(zhǔn)的要求。

相較于傳統(tǒng)采用手動(dòng)滑筒式氣體體積測(cè)定方法的舊式儀器，Labthink新型C190H透氣性測(cè)試儀采用“全自動(dòng)氣體體積測(cè)定法”,體積精度可達(dá)1%，空氣流通量的控制更加精準(zhǔn)可靠。儀器采用“全自動(dòng)高精度壓力控制技術(shù)”，壓力精度優(yōu)于0.01kPa，并支持用戶在0～2 kPa壓力范圍內(nèi)自由設(shè)定。測(cè)試過程中，操作人員只需將樣品放入測(cè)試腔，儀器氣動(dòng)夾緊試樣，三套獨(dú)立的測(cè)試腔同時(shí)測(cè)試，在快速試驗(yàn)?zāi)Ｊ较?，三腔總測(cè)試時(shí)間可縮短至1分鐘。

二、力學(xué)性能

在實(shí)際應(yīng)用中，鋰電池隔膜需要具備良好的力學(xué)性能來保障電池裝配和使用安全。

其一、是足夠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，意味著隔膜具有良好的韌性和延展性，能承受電池組裝外力和電極表面的摩擦與壓力。

根據(jù)GB/T 36363-2018標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)試方法參照《GB/T 1040.3-2006塑料 拉伸性能的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：將隔膜樣品按標(biāo)準(zhǔn)要求尺寸制取，夾持在智能電子拉力機(jī)試驗(yàn)機(jī)上下夾具中，夾具的初始距離保持（100±5）mm，以250±10mm/min的速度進(jìn)行拉伸。樣品斷裂后，儀器自動(dòng)計(jì)算樣品的拉伸強(qiáng)度值和斷裂伸長(zhǎng)率。

根據(jù)樣品的方向以及拉伸工藝的不同，不同類型的隔膜材料應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。此項(xiàng)測(cè)試，尤其注意制備試樣時(shí)避免褶皺、毛邊等缺陷問題，這一因素將極大影響測(cè)試結(jié)果的精準(zhǔn)度。

其二，為穿刺強(qiáng)度，即隔膜單位厚度的耐穿刺力值。相較拉伸強(qiáng)度，隔膜的耐穿刺性更具有實(shí)際意義。鋰離子電池過沖時(shí)，正極過多的鋰離子脫嵌運(yùn)動(dòng)到負(fù)極，但負(fù)極嵌入不及時(shí)，鋰離子便以金屬鋰的形式沉積在負(fù)極表面，形成樹枝狀結(jié)晶——鋰枝晶，極易刺穿隔膜發(fā)生短路。故優(yōu)異的穿刺強(qiáng)度是鋰電池隔膜重要的安全指標(biāo)之一。

根據(jù)GB/T 36363-2018標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，穿刺強(qiáng)度試驗(yàn)借助智能電子拉力機(jī)試驗(yàn)機(jī)和配套穿刺夾具完成。隔膜樣品裁切為尺寸適宜的樣片，平展夾持在樣品固定夾具中央，裝配在拉力機(jī)上的穿刺針以100±10 mm/min的速率對(duì)其進(jìn)行穿刺。測(cè)后，按照GB/T 6672-2001的規(guī)定，測(cè)試穿刺孔周圍四點(diǎn)的厚度并取平均值，按照公式計(jì)算穿刺強(qiáng)度。

根據(jù)樣品的方向以及拉伸工藝的不同，不同類型的隔膜材料應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

以上隔膜力學(xué)性能測(cè)試均采用的是Labthink C610H智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，它具有優(yōu)于0.5級(jí)的力值精度，用戶通過選擇不同量程的傳感器，可獲得出色的測(cè)試精準(zhǔn)度和重復(fù)性。儀器創(chuàng)新性采用全球知(分隔)名品牌的伺服運(yùn)行系統(tǒng)，搭配精密滾珠絲杠多軸定位技術(shù)，不僅運(yùn)行平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確，更帶來無(wú)極調(diào)速、限位保護(hù)、過載保護(hù)、自動(dòng)回位等多項(xiàng)便利功能。Labthink C610H智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)集成了拉伸、剝離、撕裂、熱封、定伸抗拉、下壓等專業(yè)獨(dú)立的測(cè)試程序，方便用戶一機(jī)實(shí)現(xiàn)多種試驗(yàn)項(xiàng)目。

三、厚度均勻性

隔膜的厚度與透氣性、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等物理性能息息相關(guān)，當(dāng)厚度均勻性較差時(shí)，將導(dǎo)致隔膜整體性能的不穩(wěn)定。

根據(jù)GB/T 36363-2018標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用厚度偏差來表征隔膜的厚度均勻性。參照GB/T 6672-2001的要求，選用具有代表性的、無(wú)折皺、缺陷、破損的隔膜樣品，沿TD方向和MD方向等距離測(cè)試15個(gè)點(diǎn)的厚度值，計(jì)算平均值作為測(cè)試隔膜的厚度。

按照公式分別計(jì)算“厚度平均值偏差”、“厚度上偏差”和“厚度下偏差”，所測(cè)結(jié)果應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

當(dāng)前，Labthink已與新能源行業(yè)眾多企事業(yè)單位以及科研院校攜手，積極發(fā)揮在儀器研發(fā)制造和測(cè)試領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，聚焦鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，開展深入合作，共同推進(jìn)新能源行業(yè)的快速創(chuàng)新發(fā)展。