[发明专利]一种锂电复合隔膜的陶瓷涂层的孔隙率测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂电复合隔膜的陶瓷涂层的孔隙率测试方法。

技术背景

隔膜是锂离子电池电芯构件的关键组成部件之一，其主要作用是隔离正、负极极片，防止电池发生短路，且易于锂离子的导通。前期用于锂离子电池的隔膜材质主要为聚烯烃类高分子聚合物如聚乙烯烃(PE)和聚丙烯烃(PP)隔膜，尽管此类隔膜具有较优异的力学及电化学稳定性，但在高温环境下聚烯烃隔膜易收缩，会导致电池正、负极大面积接触并迅速产生大量热量而引起热失控，从而使得电池发生燃烧或爆炸。

目前，为了进一步提高锂电隔膜电池的耐高温安全性能，通常在聚烯烃隔膜单面或者双面涂覆一层较薄的无机陶瓷涂层，使得在突发高温异常情形时，隔膜基材与电池正负极之间存在一层耐高温陶瓷涂层进行隔离，从而提高了电池极片本身的热安全性能。但在复合隔膜涂覆或生产使用过程中不能对涂覆的陶瓷涂层的性能优劣进行判断，由于隔膜表面涂覆的陶瓷涂层的孔隙率会影响到电池内部离子的导通性能，从而影响到电池的内阻及电化学性能。因此在将复合隔膜应用到产品之前必须准确评价隔膜表面涂覆的陶瓷涂层本身的孔隙率，目前并没有一种可靠的测试方法可以采用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电复合隔膜陶瓷涂层的孔隙率测试方法，该测试方法能准确、有效地测量锂电池复合隔膜涂覆陶瓷涂层后陶瓷涂层本身的孔隙率，为复合隔膜的使用提供了可靠的评价技术。

其技术方案是：

一种锂电复合隔膜的陶瓷涂层的孔隙率测试方法，包括以下步骤：

(1)将陶瓷涂层浆料均匀涂覆在基材膜的单面或双面，通过悬浮式烘箱进行烘烤，得到锂电复合隔膜；

(2)利用圆形打孔机在经步骤(1)制备出的锂电复合隔膜上冲出半径为R的试样；

(3)对试样进行称重，得平均质量为m；

(4)将试样放置在差示扫描量热仪上进行热失重测试，根据热失重测试数据得出复合隔膜上的陶瓷涂层占复合隔膜总质量的质量比ω；

(5)利用高精度千分尺分别测试出步骤(2)中试样的总厚度h1和步骤(1)中基材膜的厚度h2；

(6)将上述步骤(2)-(5)得出的数据推导出陶瓷涂层的孔隙率的计算公式，则得出经步骤(1)制备的锂电复合隔膜上的陶瓷涂层的孔隙率，其孔隙率计算公式具体如下：

式中：δ为陶瓷涂层的孔隙率，单位为％；

m为试样的平均质量；

ω为陶瓷涂层占复合隔膜的质量比，单位为％；

h₁、h₂分别为复合隔膜与基材膜的平均厚度；

R为打孔机冲出圆形试样的半径；

p_真为陶瓷涂层浆料的密度。

进一步方案，所述陶瓷涂层浆料是先将含有羟基的无机化合物粉末和去离子一起加入搅拌罐内进行搅拌，得到固含量为55％-65％的浆料；再加入含有-CO-的粘结剂进行搅拌分散得陶瓷涂层浆料。

进一步方案，所述含有羟基的无机化合物粉末为水合氧化铝粉末、氢氧化铝粉末或氢氧化镁粉末。

进一步方案，所述含有-CO-的粘结剂为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或醋酸乙烯酯。

进一步方案，所述基材膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜，以及PP/PE/PP三层复合隔膜，所述基材膜的厚度为9-30μm，陶瓷涂层的厚度为1-10μm。

进一步方案，所述悬浮式干燥烘箱的温度为30-60℃、分机频率为15-35Hz，烘箱涂布速度为10-25m/min。

本发明采用差示扫描量热仪(DifferentialScanningCalorimeter，简称DSC)进行热失重测试分析。热失重分析是在程序控制下测量试样质量随温度变化的一种方法，由于高分子聚烯烃隔膜在受热过程中会发生分子链的分解及有机物的挥发，而无极陶瓷涂层颗粒耐高温性能较好，受高温加热其质量不随温度的变化而变化，因此本技术方案通过借助差示扫描量热仪对锂电陶瓷隔膜进行热重分析，从而根据测试结果得到复合涂覆隔膜内所涂陶瓷涂层的质量比。

本发明将陶瓷涂层浆料涂覆在基材膜后通过悬浮式干燥烘箱进行烘烤，提高了复合隔膜的陶瓷涂层的孔隙率；并选取含有特定官能团的无机颗粒材料与相应粘结剂的官能团进行匹配，通过官能团的相互氢键作用力来提高陶瓷涂层中无机颗粒之间的粘结力，从而减少无机颗粒因粘结力不强而造成的颗粒掉粉及剥落问题。