锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和低自放电率等优点,广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和储能系统等领域。在锂离子电池的结构中,隔膜是关键的内层组件之一,其主要作用是隔离正负极以防止短路,同时允许锂离子通过以完成充放电过程。聚烯烃隔膜是锂离子电池中隔膜材料之一,具有良好的化学稳定性和机械性能。为了确保隔膜的质量和性能,GB/T 36363-2018《锂离子电池用聚烯烃隔膜》标准对隔膜的物理性能测试方法进行了详细规定。
一、取样方法
取样的隔膜包装应完好无损。在膜卷上去掉表面三层,沿隔膜的宽度切割取样,作外观、尺寸、物理性能及电性能测试。待测定的隔膜应密封包装,防止受潮和受污染。
二、试样状态调节和试验的标准环境
1. 试样状态调节
试样应按GB/T 2918-1998规定的下列条件进行状态调节:
温度:(23±2)℃
相对湿度:(50±10)%
持续时间:不少于4h
2. 试验的标准环境条件
试验的标准环境条件如下:
温度:(23±2)℃
相对湿度:(50±10)%
三、厚度及偏差
厚度是锂离子电池隔膜最基本的特性之一,会直接影响隔膜卷的外观质量以及内在性能。隔膜厚度的均匀性包括纵向厚度的均匀和横向厚度的均匀,但横向厚度均匀性更为重要,一般必须控制在1μm以内。由于锂离子电池隔膜的材料较软,所以在测量时应尽力减小测量的压力。
使用CHY-02H测厚仪进行测量,其分辨率为0.1μm。测量厚度的位置点,沿横向方向等距离测试不少于3组,在纵向方向上每隔200mm测一组,共测试5组,计算平均值作为所测隔膜的厚度及厚度偏差。
四、拉伸强度、断裂伸长率
锂离子电池隔膜的拉伸强度与制膜的工艺相关联,实时监控其拉伸强度有利于提高锂离子电池隔膜的综合性能。一般行业中有单轴拉伸和双轴拉伸,采用单轴拉伸,膜在拉伸方向上与垂直方向强度不同;而采用双轴拉伸,隔膜在两个方向上一致性相接近。
使用ETT-01薄膜拉力试验机进行测试,采用宽为(15±0.1)mm的2型试样,夹具间的初始距离为(100±5)mm,试验速度为(250±10)mm/min。
五、穿刺强度
锂离子电池隔膜的穿刺试验是评价隔膜抗穿刺强度的最主要方法。将锂电池隔膜平展于ETT-01薄膜拉力试验机夹具中并夹紧,以(100±10)mm/min的速率进行穿刺,完毕后取出试样,按照GB/T 6672-2001的规定,在针孔的四周进行4点厚度的测试,取平均值,并按照公式计算穿刺强度。
六、热收缩率
在膜卷的纵向方向上裁取100mm×100mm的正方形隔膜3块,切取隔膜时应使一个边缘与隔膜的纵向边缘平行,最大偏离角度不应超过5°,并做好纵向横向的标识。若隔膜宽度小于100mm,则取样大小为100mm×隔膜宽度。
将试样平放入两个嵌有金属网的框架间,确保两金属网间距离保持在1~3mm,以保证试样的自由收缩。
根据测试需求,设定好试验的温度和时间。确保加热槽中已加入适量的传热介质(如甘油),且温度已达到设定值并稳定。
将装有试样的框架迅速浸入设定温度的恒温介质中,开始计时。
取出试样后,将其浸入备用的常温浴中冷却一段时间(如5秒),然后取出水平静置。
七、透气度
透气度测试是在测试温湿度、常压环境中,透气度测试仪施加1.21kPa压力下,测量100mL空气通过面积为6.45cm?的隔膜所需要的时间。这个时间反映了隔膜的透气性能。
使用WYPT-02透气度测试仪,该仪器采用体积法测试原理,具有高精度、自动化和安全性的特点。
结论
GB/T 36363-2018标准对锂离子电池用聚烯烃隔膜的物理性能测试方法进行了详细规定,包括取样方法、试样状态调节、厚度及偏差、拉伸强度、穿刺强度、热收缩率和透气度等。通过这些测试方法,可以全面评估隔膜的性能,确保其在锂离子电池中的可靠性和安全性。使用专业的测试仪器,如CHY-02H测厚仪、HSRT-02热缩试验仪和WYPT-02透气度测试仪,可以提高测试的准确性和效率。
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