鋰電池隔膜基本性能檢測(cè)分析與解決方案

　　近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)消費(fèi)和移動(dòng)等IT領(lǐng)域終端產(chǎn)品的飛速增長(zhǎng)，可充電的鋰電池早已成為手機(jī)、筆記本、PDA等移動(dòng)消費(fèi)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(guó)唯一還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自給的鋰電池關(guān)鍵材料。然，隔膜性能的優(yōu)異卻對(duì)國(guó)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(cè)指標(biāo)”做綜合分析。

　　濟(jì)南賽成科技作為包裝材料檢測(cè)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(cè)試方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)隔膜的力學(xué)性能指標(biāo)主要指隔膜的厚度測(cè)試，隔膜的透氣度，拉伸強(qiáng)度，穿刺強(qiáng)度等指標(biāo)。下面，小編將結(jié)合我公司針對(duì)鋰電池隔膜的不同的測(cè)試解決方案進(jìn)行一一講解。

一、隔膜的厚度測(cè)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(huì)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(guò)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(duì)鋰電池隔膜厚度均勻性指標(biāo)的檢測(cè)，參考GB/T 6672—1986《塑料薄膜和薄片厚度的測(cè)定機(jī)械測(cè)量法》，運(yùn)用機(jī)械接觸式的方法進(jìn)行檢測(cè)?；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(cè)厚儀”。該儀器在測(cè)試精度上完全可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.1um，同時(shí)測(cè)量頭可自動(dòng)升降，有效避免了人為因素造成的系統(tǒng)誤差，且自動(dòng)進(jìn)樣，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，兼具自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和打印等多項(xiàng)實(shí)用功能，極大方便了用戶操作以及對(duì)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(cè)量時(shí)應(yīng)盡力減小測(cè)量的壓力。濟(jì)南賽成研發(fā)的這款測(cè)厚儀就可很好的控制與隔膜的接觸面積，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)。

對(duì)隔膜的厚度測(cè)試，還可通過(guò)非接觸式測(cè)厚儀。但是非接觸式測(cè)厚儀盡管測(cè)量速度快、對(duì)樣品無(wú)損傷，但由于非接觸式測(cè)厚儀多采用光學(xué)原理，為點(diǎn)測(cè)量，而隔膜又是多孔的結(jié)構(gòu)，因此對(duì)測(cè)量結(jié)果的波動(dòng)十分大，反而更不利于厚度均勻性的測(cè)定。

  二、隔膜透氣度測(cè)試

透氣度是反映隔膜透過(guò)率能力的指標(biāo)，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(nèi)部孔結(jié)構(gòu)綜合因素影響的結(jié)果。目前，國(guó)內(nèi)的隔膜廠家基本以透氣度、孔隙度指標(biāo)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(xiàn)行主要參考標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 458—2008《紙和紙板透氣度的測(cè)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(shí)測(cè)定隔膜的氣體透過(guò)率、溶解度系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)，三腔均值保證三個(gè)試樣同時(shí)測(cè)試，而且寬范圍、高精度的溫濕度控制，可滿足各種試驗(yàn)條件下的測(cè)試，跟共提供比例和模糊的雙重試驗(yàn)過(guò)程判斷模式，因此可在短時(shí)間內(nèi)有效判斷鋰電池隔膜的透氣度。

　 三、隔膜的拉伸強(qiáng)度測(cè)試

隔膜的拉伸強(qiáng)度與制膜的工藝相關(guān)聯(lián)，因此實(shí)時(shí)監(jiān)控其拉伸強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度主要是指縱向強(qiáng)度要達(dá)到100MP以上，橫向強(qiáng)度不能太大，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致橫向收縮率增大，而這種收縮會(huì)加大鋰電池正、負(fù)極接觸的幾率?！?/p>

　 目前，對(duì)鋰電池隔膜拉伸強(qiáng)度指標(biāo)的檢測(cè)參考標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 1040《塑料拉伸性能的測(cè)試》?；诖?，本文使用濟(jì)南賽成研發(fā)的“XLW-Ｈ智能電子拉力機(jī)”，該儀器可憑借0.5級(jí)超高精度，有效保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)1000MM的超長(zhǎng)行程可滿足各超大變形率材料的測(cè)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(tái)儀器還集拉伸、穿刺、剝離、撕裂等其中獨(dú)立測(cè)試程序，方便用戶的不同測(cè)試需求。

四、隔膜穿刺強(qiáng)度測(cè)試

鋰電池隔膜的抗穿刺強(qiáng)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(shì)。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(qiáng)度。正常情況下，抗穿刺強(qiáng)度值一般在300—500g。

考慮到隔膜穿刺強(qiáng)度的測(cè)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(yàn)方法》?；诖耍疚耐扑]使用濟(jì)南賽成研發(fā)的“XLW－Ｈ智能電子拉力機(jī)”，該儀器不僅可滿足上述拉伸強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)試，只需配備一特殊的穿刺夾具，就可完成對(duì)隔膜穿刺強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。這樣一來(lái)，用戶可謂在同一臺(tái)儀器上測(cè)試不同的項(xiàng)目指標(biāo)-同上面提到的隔膜的拉伸強(qiáng)度測(cè)試。，在確保0.5級(jí)測(cè)試精度的同時(shí)，還為企業(yè)節(jié)約了一大筆經(jīng)費(fèi)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(wú)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(shí)所極力避開的，將對(duì)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(duì)隔膜熱收縮率指標(biāo)的測(cè)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(yàn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中是將樣品至于高嶺土床上進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)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(yàn)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(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(wěn)定的測(cè)試環(huán)境，又兼具自動(dòng)計(jì)時(shí)功能，從而最大限度保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

鋰電池隔膜物理性能測(cè)試總結(jié)：本文通過(guò)對(duì)鋰電池隔膜厚度、透氣度、拉伸強(qiáng)度、穿刺強(qiáng)度、熱收縮率物性指標(biāo)的測(cè)試分析，在專業(yè)儀器的幫助下，廠家可以通過(guò)試驗(yàn)得出的精確數(shù)據(jù)從而找到對(duì)提高鋰電池隔膜性能的方向和方法，具有一定的積極意義。