锂离子电池隔膜
关键性能测试
Labthink兰光
概 述
锂离子电池，由正负极片、电解液和隔膜组装而成，目前广泛应用于新能源汽车、储能设备、电子产品等领域。其中，隔膜是一种微孔结构薄膜，在隔离电池正负极的同时为锂离子在两极之间的往复传输提供通道，其安全性与锂电池的安全密不可分。理想的安全、高性能隔膜应具备优异的透气性，良好的力学性能和良好的热稳定性。
1
透气性
隔膜的微孔结构为锂离子的流动提供了“天然的通道”，但其流动的通畅性亦受到隔膜厚度、孔径大小、孔径分布、孔隙率、孔曲折度以及涂覆改性工艺的综合影响。我们一般用“透气度”表征隔膜的透气性，间接反映锂离子透过隔膜的通畅性。
透气度测试，是一项借助透气性测试仪进行的简单快速试验。按照GB/T 36363-2018的要求，将具有代表性的、平整无缺陷的隔膜材料裁切成大小适宜的3片样片，放入仪器测试腔的中心位置，设置压力等参数，仪器自动测定在1.21 kPa压力下隔膜样品的试验面积区域透过100 mL空气所需要的时间。测试采用C190H透气性测试仪，其测试范围可达30～1500 s/100mL，并支持s/100mL、um/(Pa·s)多单位显示，满足不同标准的要求。
相较于传统采用手动滑筒式气体体积测定方法的旧式仪器，Labthink新型C190H透气性测试仪采用“全自动气体体积测定法”,体积精度可达1%，空气流通量的控制更加精准可靠。仪器采用“全自动高精度压力控制技术”，压力精度优于0.01kPa，并支持用户在0～2 kPa压力范围内自由设定。测试过程中，操作人员只需将样品放入测试腔，仪器气动夹紧试样，三套独立的测试腔同时测试，在快速试验模式下，三腔总测试时间可缩短至1分钟。
2
力学性能
在实际应用中，锂电池隔膜需要具备良好的力学性能来保障电池装配和使用安全。
其一、是足够的拉伸强度和断裂伸长率，意味着隔膜具有良好的韧性和延展性，能承受电池组装外力和电极表面的摩擦与压力。根据GB/T 36363-2018标准要求，测试方法参照《GB/T 1040.3-2006塑料 拉伸性能的测定》标准进行：
将隔膜样品按标准要求尺寸制取，夹持在智能电子拉力机试验机上下夹具中，夹具的初始距离保持（100±5）mm，以250±10mm/min的速度进行拉伸。样品断裂后，仪器自动计算样品的拉伸强度值和断裂伸长率。根据样品的方向以及拉伸工艺的不同，不同类型的隔膜材料应符合标准要求。
此项测试，尤其注意制备试样时避免褶皱、毛边等缺陷问题，这一因素将极大影响测试结果的精准度。
其二，为穿刺强度，即隔膜单位厚度的耐穿刺力值。相较拉伸强度，隔膜的耐穿刺性更具有实际意义。锂离子电池过冲时，正极过多的锂离子脱嵌运动到负极，但负极嵌入不及时，锂离子便以金属锂的形式沉积在负极表面，形成树枝状结晶——锂枝晶，极易刺穿隔膜发生短路。故优异的穿刺强度是锂电池隔膜重要的安全指标之一。
根据GB/T 36363-2018标准规定，穿刺强度试验借助智能电子拉力机试验机和配套穿刺夹具完成。隔膜样品裁切为尺寸适宜的样片，平展夹持在样品固定夹具中央，装配在拉力机上的穿刺针以100±10 mm/min的速率对其进行穿刺。测后，按照GB/T 6672-2001的规定，测试穿刺孔周围四点的厚度并取平均值，按照公式计算穿刺强度。
根据样品的方向以及拉伸工艺的不同，不同类型的隔膜材料应符合标准要求。
以上隔膜力学性能测试均采用的是Labthink C610系列智能电子拉力试验机，它具有优于0.5级的力值精度，用户通过选择不同量程的传感器，可获得出色的测试精准度和重复性。仪器创新性采用全球知名品牌的伺服运行系统，搭配精密滚珠丝杠多轴定位技术，不仅运行平稳、定位准确，更带来无极调速、限位保护、过载保护、自动回位等多项便利功能。Labthink C610系列智能电子拉力试验机集成了拉伸、剥离、撕裂、热封、定伸抗拉、下压等专业独立的测试程序，方便用户一机实现多种试验项目。
C610H拉力试验机
C610M拉力试验机
3
厚度均匀性
隔膜的厚度与透气性、力学性能、热稳定性等物理性能息息相关，当厚度均匀性较差时，将导致隔膜整体性能的不稳定。
根据GB/T 36363-2018标准规定，采用厚度偏差来表征隔膜的厚度均匀性。参照GB/T 6672-2001的要求，选用具有代表性的、无折皱、缺陷、破损的隔膜样品，沿TD方向和MD方向等距离测试15个点的厚度值，计算平均值作为测试隔膜的厚度。
按照公式分别计算“厚度平均值偏差”、“厚度上偏差”和“厚度下偏差”，所测结果应符合标准要求。
推荐仪器：Labthink C640测厚仪
当前，Labthink已与新能源行业众多企事业单位以及科研院校携手，积极发挥在仪器研发制造和测试领域的经验优势，聚焦锂离子电池产业，开展深入合作，共同推进新能源行业的快速创新发展。
END
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