[发明专利]一种锂离子电池隔膜闭孔温度和破膜温度的测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种锂离子电池隔膜闭孔温度和破膜温度的测试方法及装置。

背景技术

隔膜是组成锂离子电池的四大关键性材料之一，主要用于隔绝正、负极材料防止形成内部短路且允许锂离子自由通过的。因此隔膜的特性对于锂离子电池的性能，例如倍率性能、循环性能和安全性能等都有重要的影响。

闭孔温度和破膜温度是隔膜的重要特性之一，也是应用于锂离子电池保障安全性的首要考虑指标。为了保障锂离子的自由通过，能够商业化使用的隔膜都具有大量贯通的微孔结构，电池内部短路时由于剧烈的电化学反应会产生大量的焦耳热，当温度达到隔膜的闭孔温度时，隔膜会通过收缩闭孔阻碍锂离子的通过，从而使得电池内阻急剧上升并避免了进一步热失控的发生，因此选用具有合适的闭孔温度的隔膜对保障电池安全性有重要意义。当电池内部温度超过隔膜闭孔温度后进一步升高时，一旦达到隔膜的熔化温度，隔膜会熔化破裂导致正负极直接接触短路，有可能发生爆炸等危险，可见提升隔膜的破膜温度也是保障锂离子电池安全性的必然要求。总之，隔膜的闭孔温度和破膜温度都是关系到锂离子电池安全性的重要指标。

目前一般使用电阻突变法测试隔膜的闭孔温度和破膜温度，例如公开号为CN101625271A的专利公开使用隔膜样品制作扣式电池，然后测试该扣式电池在升温条件下的电阻变化，利用温度-电阻变化曲线上的电阻突变点判断隔膜的闭孔温度和破膜温度；公开号为CN101221140A的专利报道使用特殊的测试装置将隔膜样品固定并用电解液将其润湿，然后再测试该装置在升温条件下的电阻变化，同样利用电阻突变点判断隔膜的闭孔温度和破膜温度。尽管电阻突变法具有可行性但其局限性也非常明显，因为为了测试隔膜电阻，不可避免地要使用电解液润湿隔膜，电解液组成的不同以及在测试过程中的挥发性都会影响到测试结果的对比性和重复性。此外该法需要制作电池或使用特殊的测试装置，需要使用精密的内阻仪测量内阻，测试成本较高。

发明内容

针对现有存在的缺陷，本发明的目的是提供一种简单便捷的锂离子电池隔膜闭孔温度和破膜温度的测试方法及装置。

本发明的设计思想是：

锂离子电池中的隔膜必须能够阻止电子通过和允许锂离子自由通过，一般都具有贯通的微孔状结构。当具有一定初始压力的气体通过隔膜时会产生一定的压降并保持恒定的压力。当隔膜持续受热，温度上升并达到其闭孔温度时，隔膜的孔径会收缩变小甚至彻底闭塞，此时压降变小，通过隔膜的气体压力会突然上升；当温度进一步升高，达到隔膜熔断温度后，隔膜破裂使得气体可以直接迅速通过，此时压降变大，通过隔膜的气体压力会突然下降。基于气体通过隔膜时的这种特性，本发明利用烘箱模拟温度上升过程，获取温度-气体压力变化曲线，利用气体压力突变点可以判断出隔膜的闭孔温度和破膜温度。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种锂离子电池隔膜闭孔温度和破膜温度的测试方法，包括以下步骤：

（1）剪裁大小适宜的隔膜样品，并将隔膜样品固定在管道的开口端，使进入管道内的气体全部通过隔膜样品而排出；

（2）将管道置于烘箱中，设置烘箱以5-10℃/min的升温速率从室温25℃升温至300℃；同时将气体导入管道中并使得气体全部匀速地通过隔膜样品；

（3）每隔10s，同时记录隔膜样品的温度和通过隔膜样品的气体的气压数值；并根据温度和气压数值绘制出温度-压力变化曲线；

（4）根据温度-压力变化曲线，将气压数值随温度变化时突然上升和突然下降的点所对应的温度值分别为隔膜样品的初始闭孔温度和初始破膜温度；

（5）重复操作上述步骤（1）-（4）至少三次，并取每次测得初始闭孔温度和初始破膜温度的平均值作为该隔膜的闭孔温度和破膜温度。

进一步方案，所述步骤（2）中匀速通过隔膜样品的气体的气压在0.1-0.5MPa范围内并保持恒定。

进一步方案，所述步骤中，如果任意2次重复操作所测得的初始闭孔温度的差值超过3℃或初始破膜温度的差值超过3℃时，则该2次操作均视为不合格测试而需重新测试。

本发明的另一个发明目的是实现上述测试方法的测试装置，包括烘箱和隔膜样品，所述烘箱内部设有一端开口、另一端封闭的管道，所述管道的开口端通过隔膜样品将其封闭；管道的封闭端通过气管与气瓶连接；所述烘箱外表面设有温度显示面板，所述温度显示面板通过导线与设于隔膜样品底端的热电偶连接显示隔膜样品的受热温度。

进一步方案，所述隔膜样品通过固定夹具固定在管道的开口端。