[發明專利]一種鋰電池隔膜閉孔-破膜溫度檢測裝置及其測試方法

在審

• 申請號: 201910278522.0
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN109916951A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 邱廣凱;白耀宗;劉杲珺;董浩宇;宋尚軍;陳春
• 申請（專利權）人: 中材鋰膜有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N27/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種鋰電池隔膜閉孔?破膜溫度檢測裝置及其測試方法，包括：圓柱加熱主板、圓柱測試底板、鋰電池隔膜、加熱控制器、電加熱棒、測溫孔、熱電偶、測阻孔、測阻傳感器、測阻活動塊、加熱活動塊、測溫儀、測阻儀、加熱孔、調節螺栓、彈簧、圓形密封環、矩形散熱孔、螺栓，所述隔膜密封于圓柱測試底板空腔。使用方法：加熱棒插入加熱孔，溫度和內阻在電腦實時顯示；隨著加熱棒溫度升高，裝置溫度升高，待溫度升到一定值，隔膜微孔逐步閉合，阻值迅速升高，判定隔膜閉孔；當溫度繼續升高，隔膜破裂，阻值突然下降，此溫度值為破膜溫度。本發明使用方便、實時顯示、內阻隨溫度同步變化、誤差范圍小。

技術領域

本發明涉及一種能準確檢測鋰電池隔膜閉孔-破膜溫度的裝置及其測試方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，鋰電池已成為動力電池發展的主流，其具有比能量高、工作溫度范圍寬、放電平穩等優點，但目前在使用過程中還存在各種安全隱患，制約其發展。安全性是電池必須考慮的因素，其中隔膜的閉孔溫度和破膜溫度是鋰離子電池保障安全性的重要指標。現有鋰電池主要由正極、負極、電解液及隔膜組成，隔膜的主要作用是將正極和負極隔開，防止正負極片直接接觸而產生短路，防止電子通過，允許離子通過；其性能的優劣決定著電池的界面結構和內阻，進而影響著鋰電池的容量、循環性、充放電電流密度等關鍵特性，因此隔離膜性能的優劣對于提高電池的綜合性能起重要的作用。當鋰電池內部溫度升高時，隔膜關閉微孔，阻止鋰離子通過，切斷正與負極之間的聯系，使電池內部化學反應停止，提高電池的安全性。

鋰電池隔膜的結構由大量微孔組成，孔徑1μm以下。由于電池內部短路所產生的熱量使其溫度迅速升高，當溫度升高到一定程度，隔膜微孔會慢慢閉合，使電池內阻增大，直到隔膜微孔完全閉合，電池內部正負極反應完全停止，其內部溫度得到控制，防止“熱失控”現象的發生，有效的阻止了鋰電池爆炸或起火等安全事故的發生。隔膜閉孔溫度值越低，鋰電池在短路情況下關閉電池內部反應的時間越早，鋰電池越安全，反之，電池安全性難以得到保障。但隔膜閉孔溫度必須在適當范圍，同時應高于電池使用的環境溫度，以保證電池正常使用。

如果電池內部產生的熱量來不及散出，在鋰電池內部聚集，在隔膜閉孔后溫度繼續上升，達到隔膜的熔融溫度，隔膜破裂熔融，導致電池內部正負極片直接接觸在一起，發生劇烈化學反應，內部溫度重新迅速升高，引發“熱失控”現象。溫度升高達到鋰的熔點或電解液的引燃點而引起火災事故的發生，嚴重時導致電池起火爆炸，因此破膜溫度也是鋰電池安全性的一個重要指標。如果電池隔膜因熔化而使微孔閉合后，內部溫度進一步升高，隔膜熔化粘度降低，達到破膜溫度則發生破裂，電極會直接接觸，引發危險，因此在熔融溫度以上使隔離膜保持其形狀是必要的。隔膜破裂溫度越高，則阻止離子流通的時間也越長，安全性越高。膜破裂溫度與閉孔溫度的差值是決定電池安全性的決定因素。在隔膜實際生產中，其閉孔-破膜溫度必須要控制且能準確的測出，因此其測試裝置及測試方法的研究對鋰電池隔膜質量控制及其重要的。

目前，現有測試裝置及檢測方法無法保證溫度隨測試量的同步性，不能保證檢測溫度范圍的準確性；同時大多加熱方法是將測試裝置放在烘箱中加熱，操作復雜，且不安全，導致大多數鋰電池隔膜生產商不能對隔膜的閉孔和破膜溫度進行準確的測量，提供的隔膜產品的閉孔、破膜溫度范圍以及相關參數準確度不夠，導致鋰電池產品時存在嚴重的安全隱患。電阻突變法（閉孔測試法）是模擬電池工作，在溫度升高過程中，測定浸在電解液中隔膜兩側的電阻突變點。即在升溫的條件下測試電池的電阻，當電阻瞬間升高時所對應的溫度即是隔膜閉孔溫度，再次降低時即為破膜溫度。具體操作過程可以參考UL 2591-2009《Standard for Safety Outline of Investigation for Battery Separators》和NASA TM 2010-216099。根據現狀，鋰電池隔膜行業需要設計專門為測試鋰電池隔膜閉孔溫度和破膜溫度等參數的專用裝置及相關的完整檢測方案，以彌補此參數測試方法的不足，為產品的安全使用提供保障。本發明測試裝置只需要測量隔膜溫度，測試方法直觀、操作簡便，綠色無污染。

發明內容