一種鋰離子電池隔膜閉孔溫度和破膜溫度的測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種鋰離子電池隔膜閉孔溫度和破膜溫度的測試裝置，包括烘箱和隔膜樣品，所述烘箱內(nèi)部設(shè)有一端開口、另一端封閉的管道，所述管道的開口端通過隔膜樣品將其封閉；管道的封閉端通過氣管與氣瓶連接；所述烘箱外表面設(shè)有溫度顯示面板，所述溫度顯示面板通過導(dǎo)線與設(shè)于隔膜樣品底端的熱電偶連接顯示隔膜樣品的受熱溫度。本實(shí)用新型中的測試裝置使用簡單便捷，不包含復(fù)雜精密部件，不使用內(nèi)阻儀等電學(xué)測試設(shè)備，實(shí)用性更強(qiáng)、使用成本低。
【專利說明】
一種鋰離子電池隔膜閉孔溫度和破膜溫度的測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池隔膜閉孔溫 度和破膜溫度的測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隔膜是組成鋰離子電池的四大關(guān)鍵性材料之一，主要用于隔絕正、負(fù)極材料防止 形成內(nèi)部短路且允許鋰離子自由通過的。因此隔膜的特性對于鋰離子電池的性能，例如倍 率性能、循環(huán)性能和安全性能等都有重要的影響。
[0003] 閉孔溫度和破膜溫度是隔膜的重要特性之一，也是應(yīng)用于鋰離子電池保障安全性 的首要考慮指標(biāo)。為了保障鋰離子的自由通過，能夠商業(yè)化使用的隔膜都具有大量貫通的 微孔結(jié)構(gòu)，電池內(nèi)部短路時(shí)由于劇烈的電化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生大量的焦耳熱，當(dāng)溫度達(dá)到隔膜 的閉孔溫度時(shí)，隔膜會通過收縮閉孔阻礙鋰離子的通過，從而使得電池內(nèi)阻急劇上升并避 免了進(jìn)一步熱失控的發(fā)生，因此選用具有合適的閉孔溫度的隔膜對保障電池安全性有重要 意義。當(dāng)電池內(nèi)部溫度超過隔膜閉孔溫度后進(jìn)一步升高時(shí)，一旦達(dá)到隔膜的熔化溫度，隔膜 會熔化破裂導(dǎo)致正負(fù)極直接接觸短路，有可能發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)，可見提升隔膜的破膜溫度 也是保障鋰離子電池安全性的必然要求。總之，隔膜的閉孔溫度和破膜溫度都是關(guān)系到鋰 離子電池安全性的重要指標(biāo)。
[0004] 目前一般使用電阻突變法測試隔膜的閉孔溫度和破膜溫度，例如公開號為CN 101625271A的專利公開使用隔膜樣品制作扣式電池，然后測試該扣式電池在升溫條件下的 電阻變化，利用溫度-電阻變化曲線上的電阻突變點(diǎn)判斷隔膜的閉孔溫度和破膜溫度;公開 號為CN 101221140A的專利報(bào)道使用特殊的測試裝置將隔膜樣品固定并用電解液將其潤 濕，然后再測試該裝置在升溫條件下的電阻變化，同樣利用電阻突變點(diǎn)判斷隔膜的閉孔溫 度和破膜溫度。盡管電阻突變法具有可行性但其局限性也非常明顯，因?yàn)闉榱藴y試隔膜電 阻，不可避免地要使用電解液潤濕隔膜，電解液組成的不同以及在測試過程中的揮發(fā)性都 會影響到測試結(jié)果的對比性和重復(fù)性。此外該法需要制作電池或使用特殊的測試裝置，需 要使用精密的內(nèi)阻儀測量內(nèi)阻，測試成本較高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種簡單便捷的鋰離子電池隔膜 閉孔溫度和破膜溫度的測試裝置。
[0006] 本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思想是：
[0007] 鋰離子電池中的隔膜必須能夠阻止電子通過和允許鋰離子自由通過，一般都具有 貫通的微孔狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)具有一定初始壓力的氣體通過隔膜時(shí)會產(chǎn)生一定的壓降并保持恒定 的壓力。當(dāng)隔膜持續(xù)受熱，溫度上升并達(dá)到其閉孔溫度時(shí)，隔膜的孔徑會收縮變小甚至徹底 閉塞，此時(shí)壓降變小，通過隔膜的氣體壓力會突然上升；當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，達(dá)到隔膜熔斷 溫度后，隔膜破裂使得氣體可以直接迅速通過，此時(shí)壓降變大，通過隔膜的氣體壓力會突然 下降。基于氣體通過隔膜時(shí)的這種特性，本實(shí)用新型利用烘箱模擬溫度上升過程，獲取溫 度-氣體壓力變化曲線，利用氣體壓力突變點(diǎn)可以判斷出隔膜的閉孔溫度和破膜溫度。
[0008] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：
[0009] -種鋰離子電池隔膜閉孔溫度和破膜溫度的測試裝置，包括烘箱和隔膜樣品，所 述烘箱內(nèi)部設(shè)有一端開口、另一端封閉的管道，所述管道的開口端通過隔膜樣品將其封閉； 管道的封閉端通過氣管與氣瓶連接;所述烘箱外表面設(shè)有溫度顯示面板，所述溫度顯示面 板通過導(dǎo)線與設(shè)于隔膜樣品底端的熱電偶連接顯示隔膜樣品的受熱溫度。
[0010]進(jìn)一步方案，所述隔膜樣品通過固定夾具固定在管道的開口端。
[0011] 進(jìn)一步方案，所述固定夾具包括相互對稱設(shè)置有凹、凸槽邊緣的左固定圈和右固 定圈，所述左固定圈、右固定圈將隔膜樣品夾持在中間并通過凹、凸槽邊緣進(jìn)行扣合，扣合 后的固定夾具外圈套設(shè)有密封圈使其嵌在管道的內(nèi)壁中并進(jìn)行密封。
[0012] 進(jìn)一步方案，所述熱電偶與所述固定夾具接觸，用于檢測隔膜樣品的溫度，然后將 溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度，最終顯示的溫度顯 示面板上，從而能直觀觀察到隔膜樣品的溫度。
[0013] 進(jìn)一步方案，所述氣管上設(shè)有減壓閥，所述減壓閥的出口端設(shè)有用于檢測進(jìn)入管 道內(nèi)氣流氣壓的氣壓計(jì)。
[0014] 本檢測裝置在使用時(shí)，先根據(jù)固定夾具來剪裁大小適宜的隔膜樣品，并將其置于 固定夾具的左固定圈和右固定圈中間，其中左、右固定圈均為中間開孔的圓狀結(jié)構(gòu)，其直徑 與管道的內(nèi)徑相配合，左固定圈的邊緣設(shè)有一圈凹槽，而右固定圈的邊緣設(shè)有與所述左固 定圈的凹槽相配合扣合的凸槽。將隔膜樣品夾在左固定圈和右固定圈中間并進(jìn)行扣合成一 整體。然后將固定夾具嵌入到管道開口端中間，并使用密封圈進(jìn)行密封固定，以確保進(jìn)入管 道內(nèi)的氣體全部經(jīng)過隔膜樣品的孔隙而排出管道。然后分別檢測同時(shí)段的氣壓和溫度，繪 制出溫度-壓力變化曲線;再根據(jù)溫度-壓力變化曲線，則氣壓數(shù)值隨溫度變化時(shí)突然上升 和突然下降的點(diǎn)所對應(yīng)的溫度值分別為隔膜樣品的閉孔溫度和破膜溫度。
[0015] 本實(shí)用新型提出使用壓力突變法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電阻突變法測量隔膜的閉孔溫度和 破膜溫度，不涉及使用電解液和復(fù)雜的電學(xué)測試裝置和設(shè)備，能夠簡單便捷地對隔膜樣品 本身進(jìn)行測量，排除了其它因素的影響，實(shí)用性更強(qiáng)。
[0016] 所以本實(shí)用新型的有益效果是：
[0017] (1)本實(shí)用新型利用壓力突變法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電阻突變法測試隔膜的閉孔溫度和破 膜溫度，不需要制作扣式電池或使用電解液潤濕隔膜，測試結(jié)果影響因素較少，重復(fù)性和對 比性好；
[0018] (2)本實(shí)用新型中的測試裝置使用簡單便捷，不包含復(fù)雜精密部件，不使用內(nèi)阻儀 等電學(xué)測試設(shè)備，實(shí)用性更強(qiáng)、使用成本低。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實(shí)用新型的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是本實(shí)用新型中固定夾具的拆分圖；
[0021 ]圖3是實(shí)施例1測試隔膜的溫度-壓力變化曲線圖；
[0022]圖中：1-氣瓶；2-減壓閥；3-烘箱;4-固定夾具；5-溫度顯示面板;6-熱電偶；7-管 道;9-氣管;41-左固定圈；42-右固定圈；43-密封圈。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，但實(shí)施例并不限制本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 如圖1所示，一種鋰離子電池隔膜閉孔溫度和破膜溫度的測試裝置，包括烘箱3和 隔膜樣品，所述烘箱3內(nèi)部設(shè)有一端開口、另一端封閉的管道7,所述管道7的開口端通過隔 膜樣品將其封閉；管道7的封閉端通過氣管9與氣瓶1連接;所述烘箱3外表面設(shè)有溫度顯示 面板5,所述溫度顯示面板5通過導(dǎo)線與設(shè)于隔膜樣品底端的熱電偶6連接顯示隔膜樣品的 受熱溫度。
[0026] 進(jìn)一步方案，所述隔膜樣品通過固定夾具4固定在管道7的開口端。
[0027] 進(jìn)一步方案，所述熱電偶6與所述固定夾具4接觸。
[0028] 進(jìn)一步方案，所述氣管9上設(shè)有減壓閥2,所述減壓閥2的出口端設(shè)有用于檢測進(jìn)入 管道7內(nèi)氣流氣壓的氣壓計(jì)。
[0029]如圖1、2所示，固定夾具4包括相互對稱設(shè)置有凹、凸槽邊的左固定圈41和右固定 圈42,所述左固定圈41、右固定圈42將隔膜樣品夾持在中間并通過凹、凸槽邊進(jìn)行扣合，扣 合后的固定夾具4外圈套設(shè)有密封圈43使其嵌在管道7的內(nèi)壁中并進(jìn)行密封。
[0030] 本檢測裝置在使用時(shí)，先根據(jù)固定夾具4的大小來剪裁大小適宜的隔膜樣品，并將 其置于固定夾具4的左固定圈41和右固定圈42中間，通過其凹、凸槽邊進(jìn)行扣合，然后將固 定夾具4嵌入到管道7的開口端中間，并使用密封圈將其密封固定在管道7中，以確保氣瓶1 中氣體通過氣客9進(jìn)入管道7后全部經(jīng)過隔膜樣品的孔隙而排出管道7。然后分別通過氣壓 計(jì)和熱電偶6分別檢測同時(shí)段的通過隔膜樣品的氣體的氣壓和溫度，減壓閥2是為了保證氣 體以恒定壓力、勻速地通過隔膜樣品。然后繪制出溫度-壓力變化曲線，從而根據(jù)溫度-壓力 變化曲線，則氣壓數(shù)值隨溫度變化時(shí)突然上升和突然下降的點(diǎn)所對應(yīng)的溫度值分別為隔膜 樣品的閉孔溫度和破膜溫度。
[0031] 其測試隔膜的溫度-壓力變化曲線圖如圖3所示，該隔膜樣品的閉孔溫度為130.1 °C、破膜溫度為145.2°C。
[0032] 實(shí)施例1
[0033]采用本實(shí)用新型的測試裝置分別對聚乙烯基隔膜、聚丙烯基隔膜、聚乙烯/聚丙烯 復(fù)合隔膜進(jìn)行閉孔溫度和破膜溫度測試。在加熱升溫前，氣體勻速通過隔膜的壓力分別保 持在0.2MPa、0.1 MPa、0.5MPa，重復(fù)取樣測定三次后取平均值，具體測試數(shù)據(jù)見表1:
[0034] 表1不同隔膜樣品測試結(jié)果
[0036] 從上表1可以看出，聚乙烯基隔膜的破膜溫度較低，聚丙烯基隔膜的閉孔溫度較 高，它們的安全性能較差；而聚乙烯/聚丙烯復(fù)合隔膜樣品的閉孔溫度較低而破膜溫度較 高，因此在高溫條件下能夠迅速閉孔并保持結(jié)構(gòu)完整性，其安全性能相對更好。
[0037] 應(yīng)當(dāng)指出，對于使本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的 前提下，是能夠?qū)崿F(xiàn)對這些實(shí)施例的多種修改的，而這些修改也應(yīng)視為本實(shí)用新型應(yīng)該保 護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋰離子電池隔膜閉孔溫度和破膜溫度的測試裝置，包括烘箱（3)和隔膜樣品 (8)，其特征在于:所述烘箱(3)內(nèi)部設(shè)有一端開口、另一端封閉的管道(7)，所述管道(7)的 開口端通過隔膜樣品（8)將其封閉；管道(7)的封閉端通過氣管(9)與氣瓶（1)連接;所述烘 箱(3)外表面設(shè)有溫度顯示面板(5)，所述溫度顯示面板(5)通過導(dǎo)線與設(shè)于隔膜樣品（8)底 端的熱電偶(6)連接顯示隔膜樣品(8)的受熱溫度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于:所述隔膜樣品（8)通過固定夾具(4)固 定在管道(7)的開口端。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測試裝置，其特征在于:所述固定夾具(4)包括相互對稱設(shè)置 有凹、凸槽邊緣的左固定圈（41)和右固定圈（42)，所述左固定圈（41)、右固定圈（42)將隔膜 樣品（8)夾持在中間并通過凹、凸槽邊緣進(jìn)行扣合，扣合后的固定夾具(4)外圈套設(shè)有密封 圈(43)使其嵌在管道(7)的內(nèi)壁中并進(jìn)行密封。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測試裝置，其特征在于:所述熱電偶(6)與所述固定夾具(4)接 觸。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于:所述氣管(9)上設(shè)有減壓閥（2)，所述 減壓閥（2)的出口端設(shè)有用于檢測進(jìn)入管道(7)內(nèi)氣流氣壓的氣壓計(jì)。
【文檔編號】G01N25/12GK205643215SQ201620317154
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】梁大宇, 包婷婷, 衛(wèi)友亮
【申請人】合肥國軒高科動力能源有限公司