鋰電池隔膜基本性能檢測分析與解決方案

　　近年來，隨著國內(nèi)消費和移動等IT領(lǐng)域終端產(chǎn)品的飛速增長，可充電的鋰電池早已成為手機、筆記本、PDA等移動消費電子的標(biāo)準(zhǔn)配置電源。隔膜作為鋰電池結(jié)構(gòu)中至為關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，其物理、化學(xué)性能的優(yōu)劣將直接決定著電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)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有實現(xiàn)自給的鋰電池關(guān)鍵材料。然，隔膜性能的優(yōu)異卻對國內(nèi)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(biāo)”做綜合分析。

　　濟(jì)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(biāo)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(biāo)。下面，小編將結(jié)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(biāo)，會直接影響隔膜卷的外觀質(zhì)量以及內(nèi)在性能，因此是生產(chǎn)過程中需嚴(yán)加控制的質(zhì)量指標(biāo)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以內(nèi)。

對鋰電池隔膜厚度均勻性指標(biāo)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?biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，本文使用濟(jì)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.1um，同時測量頭可自動升降，有效避免了人為因素造成的系統(tǒng)誤差，且自動進(jìn)樣，數(shù)據(jù)實時顯示，兼具自動統(tǒng)計和打印等多項實用功能，極大方便了用戶操作以及對結(jié)果的分析。

需要注意的是，由于電池隔膜的材料較軟，所以在測量時應(yīng)盡力減小測量的壓力。濟(jì)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(shù)據(jù)的精準(zhǔn)。

對隔膜的厚度測試，還可通過非接觸式測厚儀。但是非接觸式測厚儀盡管測量速度快、對樣品無損傷，但由于非接觸式測厚儀多采用光學(xué)原理，為點測量，而隔膜又是多孔的結(jié)構(gòu)，因此對測量結(jié)果的波動十分大，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率能力的指標(biāo)，可用在一定時間和壓力下，通過隔膜氣體的量的多少來表征，以此來反映鋰離子透過隔膜的通暢性。而隔膜透過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(nèi)部孔結(jié)構(gòu)綜合因素影響的結(jié)果。目前，國內(nèi)的隔膜廠家基本以透氣度、孔隙度指標(biāo)來衡量隔膜的透氣性。

透氣率是指特定的空氣在一定的壓力條件下，通過1平方英寸面積的隔膜所需要的時間，用Gurley值來表示。由于“透氣度”的概念主要來源于造紙行業(yè)，所以現(xiàn)行主要參考標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 458—2008《紙和紙板透氣度的測定》?；谠摌?biāo)準(zhǔn)，本文推薦使用濟(jì)南賽成研發(fā)的“GPT-201B壓差法氣體滲透儀”。該儀器可同時測定隔膜的氣體透過率、溶解度系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)，三腔均值保證三個試樣同時測試，而且寬范圍、高精度的溫濕度控制，可滿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程判斷模式，因此可在短時間內(nèi)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)，因此實時監(jiān)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(dá)到100MP以上，橫向強度不能太大，過大會導(dǎo)致橫向收縮率增大，而這種收縮會加大鋰電池正、負(fù)極接觸的幾率?！?/p>

　 目前，對鋰電池隔膜拉伸強度指標(biāo)的檢測參考標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 1040《塑料拉伸性能的測試》?；诖耍疚氖褂脻?jì)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(jié)果的準(zhǔn)確性，同時1000MM的超長行程可滿足各超大變形率材料的測試，還提供定伸應(yīng)力、彈性模量、應(yīng)力應(yīng)變等數(shù)據(jù)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戳穿隔膜樣本的質(zhì)量，主要用來表示隔膜在裝配過程中發(fā)生短路的趨勢。由于隔膜是被夾在凹凸不平的正、負(fù)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(jié)果與穿刺針的規(guī)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(jì)南賽成研發(fā)的“XLW－Ｈ智能電子拉力機”，該儀器不僅可滿足上述拉伸強度指標(biāo)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，用戶可謂在同一臺儀器上測試不同的項目指標(biāo)-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，還為企業(yè)節(jié)約了一大筆經(jīng)費開支，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(dǎo)致隔膜熱收縮率的增大，從而也就無形中增加了鋰電池正、負(fù)極接觸的幾率。而這一現(xiàn)象，恰恰是廠家在生產(chǎn)時所極力避開的，將對鋰電池整體性能的發(fā)揮有重要意義。

目前，行業(yè)內(nèi)針對隔膜熱收縮率指標(biāo)的測定，主要參考標(biāo)準(zhǔn)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在于，國家標(biāo)準(zhǔn)中是將樣品至于高嶺土床上進(jìn)行測試，而UL標(biāo)準(zhǔn)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情況，因此所測數(shù)據(jù)更有意義。基于上述標(biāo)準(zhǔn)，本文推薦使用濟(jì)南賽成研發(fā)的“RSY-01 熱縮試驗儀”。該儀器采用數(shù)字P.I.D控溫監(jiān)控技術(shù)，在確保快速達(dá)到設(shè)定溫度的同時，還能有效避免溫度波動。且為液體介質(zhì)的加熱提供了穩(wěn)定的測試環(huán)境，又兼具自動計時功能，從而最大限度保證了測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

鋰電池隔膜物理性能測試總結(jié)：本文通過對鋰電池隔膜厚度、透氣度、拉伸強度、穿刺強度、熱收縮率物性指標(biāo)的測試分析，在專業(yè)儀器的幫助下，廠家可以通過試驗得出的精確數(shù)據(jù)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。