鋰電池隔膜基本性能檢測分析與解決方案

　　近年來(lái)，隨著(zhù)國內消費和移動(dòng)等IT領(lǐng)域終端產(chǎn)品的飛速增長(cháng)，可充電的鋰電池早已成為手機、筆記本、PDA等移動(dòng)消費電子的標準配置電源。隔膜作為鋰電池結構中至為關(guān)鍵的內層組件之一，其物理、化學(xué)性能的優(yōu)劣將直接決定著(zhù)電池的界面結構、內阻等，進(jìn)而影響電池整體的容量、循環(huán)以及安全性能等。但是材料是中國唯一還沒(méi)有實(shí)現自給的鋰電池關(guān)鍵材料。然，隔膜性能的優(yōu)異卻對國內鋰電池隔膜的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。本文將主要圍繞鋰電池隔膜的“物理檢測指標”做綜合分析。

　　濟南賽成科技作為包裝材料檢測領(lǐng)域中的老牌企業(yè)，在鋰電池隔膜的物理力學(xué)性能測試方面積累了豐富的經(jīng)驗。對隔膜的力學(xué)性能指標主要指隔膜的厚度測試，隔膜的透氣度，拉伸強度，穿刺強度等指標。下面，小編將結合我公司針對鋰電池隔膜的不同的測試解決方案進(jìn)行一一講解。

一、隔膜的厚度測試：

厚度是鋰電池隔膜最基本的特性之一，其要求的厚度均勻性與所有薄膜生產(chǎn)企業(yè)如出一轍，可謂永恒追求的質(zhì)量指標，會(huì )直接影響隔膜卷的外觀(guān)質(zhì)量以及內在性能，因此是生產(chǎn)過(guò)程中需嚴加控制的質(zhì)量指標之一。隔膜厚度的均勻性包括縱向厚度的均勻和橫向厚度的均勻，但比較而言，橫向厚度均勻性更為重要，一般必須控制在1um以?xún)取?/p>

對鋰電池隔膜厚度均勻性指標的檢測，參考GB/T 6672—1986《塑料薄膜和薄片厚度的測定機械測量法》，運用機械接觸式的方法進(jìn)行檢測?；谠摌藴实囊幎?，本文使用濟南賽成研發(fā)的“CHY—CA薄膜測厚儀”。該儀器在測試精度上完全可達到標準規定的0.1um，同時(shí)測量頭可自動(dòng)升降，有效避免了人為因素造成的系統誤差，且自動(dòng)進(jìn)樣，數據實(shí)時(shí)顯示，兼具自動(dòng)統計和打印等多項實(shí)用功能，極大方便了用戶(hù)操作以及對結果的分析。

需要注意的是，由于電池隔膜的材料較軟，所以在測量時(shí)應盡力減小測量的壓力。濟南賽成研發(fā)的這款測厚儀就可很好的控制與隔膜的接觸面積，確保測量數據的精準。

對隔膜的厚度測試，還可通過(guò)非接觸式測厚儀。但是非接觸式測厚儀盡管測量速度快、對樣品無(wú)損傷，但由于非接觸式測厚儀多采用光學(xué)原理，為點(diǎn)測量，而隔膜又是多孔的結構，因此對測量結果的波動(dòng)十分大，反而更不利于厚度均勻性的測定。

  二、隔膜透氣度測試

透氣度是反映隔膜透過(guò)率能力的指標，可用在一定時(shí)間和壓力下，通過(guò)隔膜氣體的量的多少來(lái)表征，以此來(lái)反映鋰離子透過(guò)隔膜的通暢性。而隔膜透過(guò)性的大小是隔膜孔隙率、孔徑、孔的形狀及孔曲折度等隔膜內部孔結構綜合因素影響的結果。目前，國內的隔膜廠(chǎng)家基本以透氣度、孔隙度指標來(lái)衡量隔膜的透氣性。

透氣率是指特定的空氣在一定的壓力條件下，通過(guò)1平方英寸面積的隔膜所需要的時(shí)間，用Gurley值來(lái)表示。由于“透氣度”的概念主要來(lái)源于造紙行業(yè)，所以現行主要參考標準為GB/T 458—2008《紙和紙板透氣度的測定》?；谠摌藴?，本文推薦使用濟南賽成研發(fā)的“GPT-201B壓差法氣體滲透儀”。該儀器可同時(shí)測定隔膜的氣體透過(guò)率、溶解度系數、擴散系數，三腔均值保證三個(gè)試樣同時(shí)測試，而且寬范圍、高精度的溫濕度控制，可滿(mǎn)足各種試驗條件下的測試，跟共提供比例和模糊的雙重試驗過(guò)程判斷模式，因此可在短時(shí)間內有效判斷鋰電池隔膜的透氣度。

　 三、隔膜的拉伸強度測試

隔膜的拉伸強度與制膜的工藝相關(guān)聯(lián)，因此實(shí)時(shí)監控其拉伸強度，有利于提高鋰電池隔膜的綜合性能。一般行業(yè)中有單軸拉伸和雙軸拉伸，采用單軸拉伸，膜在拉伸方向上與垂直方向強度不同；而采用雙軸拉伸，隔膜在兩個(gè)方向上一致性相接近。一般拉伸強度主要是指縱向強度要達到100MP以上，橫向強度不能太大，過(guò)大會(huì )導致橫向收縮率增大，而這種收縮會(huì )加大鋰電池正、負極接觸的幾率?！?/p>

　 目前，對鋰電池隔膜拉伸強度指標的檢測參考標準為GB/T 1040《塑料拉伸性能的測試》?；诖?，本文使用濟南賽成研發(fā)的“XLW-Ｈ智能電子拉力機”，該儀器可憑借0.5級超高精度，有效保證了測試結果的準確性，同時(shí)1000MM的超長(cháng)行程可滿(mǎn)足各超大變形率材料的測試，還提供定伸應力、彈性模量、應力應變等數據分析。此外，一臺儀器還集拉伸、穿刺、剝離、撕裂等其中獨立測試程序，方便用戶(hù)的不同測試需求。

四、隔膜穿刺強度測試

鋰電池隔膜的抗穿刺強度是指施加在給定針行物上用來(lái)戳穿隔膜樣本的質(zhì)量，主要用來(lái)表示隔膜在裝配過(guò)程中發(fā)生短路的趨勢。由于隔膜是被夾在凹凸不平的正、負極片中間，需要承受很大的壓力。因此為了防止短路，所以要求隔膜必須具備一定的抗穿刺強度。正常情況下，抗穿刺強度值一般在300—500g。

考慮到隔膜穿刺強度的測試結果與穿刺針的規格、穿刺速率、下夾具孔的尺寸有關(guān)，目前行業(yè)主要參考ASTM D3763《塑料高速穿刺試驗方法》?；诖?，本文推薦使用濟南賽成研發(fā)的“XLW－Ｈ智能電子拉力機”，該儀器不僅可滿(mǎn)足上述拉伸強度指標的測試，只需配備一特殊的穿刺夾具，就可完成對隔膜穿刺強度進(jìn)行測定。這樣一來(lái)，用戶(hù)可謂在同一臺儀器上測試不同的項目指標-同上面提到的隔膜的拉伸強度測試。，在確保0.5級測試精度的同時(shí)，還為企業(yè)節約了一大筆經(jīng)費開(kāi)支，兩全其美。

五、熱收縮率

鋰電池隔膜的熱收縮率是指隔膜加熱前后的尺寸變化率。我們都知道，一旦隔膜橫向拉伸增大，必然導致隔膜熱收縮率的增大，從而也就無(wú)形中增加了鋰電池正、負極接觸的幾率。而這一現象，恰恰是廠(chǎng)家在生產(chǎn)時(shí)所極力避開(kāi)的，將對鋰電池整體性能的發(fā)揮有重要意義。

目前，行業(yè)內針對隔膜熱收縮率指標的測定，主要參考標準為GB/T 2027—2004《塑料 薄膜和薄片 加熱尺寸變化率試驗方法》和UL SUBJECT 2591—2009《電池隔膜》。這兩種方法主要不同點(diǎn)在于，國家標準中是將樣品至于高嶺土床上進(jìn)行測試，而UL標準采用兩塊鋼板將隔膜夾在其中，并施加一定的壓力進(jìn)行測試。由于該壓力更接近隔膜在電池中所受壓力，進(jìn)而也就更接近于隔膜在電池中的真實(shí)情況，因此所測數據更有意義?；谏鲜鰳藴?，本文推薦使用濟南賽成研發(fā)的“RSY-01 熱縮試驗儀”。該儀器采用數字P.I.D控溫監控技術(shù)，在確?？焖龠_到設定溫度的同時(shí)，還能有效避免溫度波動(dòng)。且為液體介質(zhì)的加熱提供了穩定的測試環(huán)境，又兼具自動(dòng)計時(shí)功能，從而最大限度保證了測試數據的準確性。

鋰電池隔膜物理性能測試總結：本文通過(guò)對鋰電池隔膜厚度、透氣度、拉伸強度、穿刺強度、熱收縮率物性指標的測試分析，在專(zhuān)業(yè)儀器的幫助下，廠(chǎng)家可以通過(guò)試驗得出的精確數據從而找到對提高鋰電池隔膜性能的方向和方法，具有一定的積極意義。