CN104020093A - 一种电池隔膜透气度测试方法及其装置 - Google Patents

一种电池隔膜透气度测试方法及其装置 Download PDF

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本发明属于电池技术领域,特别涉及一种不同压力、不同温度下电池隔膜透气度的测试方法及其装置。本发明电池隔膜透气度测试方法包括:固定并密封电池隔膜,通过加热装置设定隔膜温度,进气侧通气并设定压力值,计量透气侧透过一定体积气体所需时间,计算隔膜的透气度。本发明电池隔膜透气度测试装置包括:供气系统,稳压系统,变温测试系统,计量系统。本发明测试方法及装置测试电池隔膜的透气度,具有操作简单、成本低廉、数据准确、实用性强等优点。同时,本发明测试方法及其装置可以测试不同温度下隔膜的透气度,探明隔膜的透气度与温度的变化关系,进而研究电池隔膜的闭孔温度和破膜温度,在一定程度上可以预测温度变化导致的电池性能变化。

Description

一种电池隔膜透气度测试方法及其装置
技术领域
[0001] 本发明属于电池技术领域,特别涉及一种电池隔膜透气度测试方法及其装置。
背景技术
[0002] 电池隔膜是电池结构中最重要的一部分,隔膜性能的好坏在很大程度上将影响电池的循环寿命和充放电性能,隔膜厚度、平均孔径及分布成为判别电池性能的重要指标。性能优良的电池隔膜将提升电池的容量和循环寿命,而性能较差的电池隔膜在恶劣条件下将导致电池起火,甚至爆炸等安全事故。
[0003] 电池隔膜的透气度是指在一定条件下,空气通过指点面积隔膜所需要的时间,它是评价隔膜孔结构的重要指标,是隔膜对电池性能影响的一个重要参数。目前,电池隔膜的测试标准主要有GB1038、ASTM D1434,但是专业测试设备价格昂贵,动辄数万元,且操作过程复杂,不便维护。因此,为了满足实验室低成本、快速测定电池隔膜透气度的要求,需要根据其测试原理发明新的方法及其装置。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种电池隔膜透气度测试方法及其装置,用此方法测试电池隔膜的透气度,具有操作简单、成本低廉、数据准确、实用性强等优点。同时,本测试方法及其装置可以测试不同温度下隔膜的透气度,探明隔膜的透气度与温度的变化关系,进而研究电池隔膜的闭孔温度和破膜温度,在一定程度上可以预测温度变化导致的电池性能变化。
[0005] 本发明的技术方案是:
[0006] 一种电池隔膜透气度测试装置,该测试装置包括:供气系统、稳压系统、变温测试系统、计量系统,供气系统的输出端与稳压系统连通,稳压系统的输出端与变温测试系统连通,变温测试系统的输出端与计量系统连通。
[0007] 所述的电池隔膜透气度测试装置,变温测试系统由具有调温功能的隔膜密封结构、所测试的电池隔膜组成,具有调温功能的隔膜密封结构设有:进气口、出气口、密封圈、不锈钢筛网、电池隔膜、隔膜密封腔1、连接耳1、连接耳I1、隔膜密封腔I1、螺栓,具体结构如下:
[0008] 隔膜密封腔1、隔膜密封腔II相对设置通过止口对接形成隔膜密封腔,电池隔膜位于隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之间,且电池隔膜旁衬以50目〜400目不锈钢筛网;隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之间相对位置处的内侧,隔膜密封腔I的一端通过密封圈设置电池隔膜,电池隔膜的里侧设置不锈钢筛网;隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之间相对位置处的外侧,隔膜密封腔I的一端设置连接耳I,隔膜密封腔II的另一端设置连接耳II,连接耳I和连接耳II之间通过螺栓连接固定;隔膜密封腔I的另一端设有进气口,隔膜密封腔II的另一端设有出气口。
[0009] 所述装置的电池隔膜透气度测试方法,采用定压测量工艺,测试方法包括下列五个步骤:(1)固定并密封电池隔膜;(2)通过加热装置设定隔膜温度;(3)进气口一侧通气并设定压力值;(4)计量透气侧透过一定体积气体所需时间;(5)计算隔膜的透气度。
[0010] 所述的电池隔膜透气度测试方法,电池隔膜的密封材料由橡胶、塑料、石墨或复合材料制成,需要根据测试温度进行选择:200~300°C时采用石墨或聚四氟乙烯材料的密封圈,低于200°C至_30°C的较低温度时选用聚氨酯橡胶或丁基橡胶材料的密封圈。
[0011] 所述的电池隔膜透气度测试方法,电池隔膜的密封材料外层具有温控装置,方便测试-30°c~300°C温度范围内透气度数据,温控装置升降温速率保持在5°C~30°C /分钟。
[0012] 所述的电池隔膜透气度测试方法,变温测试系统温度控制由高低温实验箱等可调节温度的装置完成,采用分段升温方式:低于200°C至_30°C,升温速率为20~30°C/分钟;200°C至300°C,升温速率为5~30°C /分钟。
[0013] 所述的电池隔膜透气度测试方法,进气口一侧的压力由进气系统减压阀和调压系统背压阀共同控制,为了避免气流对隔膜的冲击,进气侧压力宜缓慢上升,由OMPa升至
0.1MPa用时大于20s。
[0014] 所述的电池隔膜透 气度测试方法,电池隔膜透气度测试方法中,主要测量参数包括:待测样品面积A(m2)、隔膜两侧压力差AP(Pa)、透过气体体积V(cm3)、所需时间T(s),则透气度值 Gv(_ = IOOT/(AX APXV)。
[0015] 所述的电池隔膜透气度测试方法,气体透过时间需待气体稳定后进行测量,在先后三次测量数值相差小于2%。
[0016] 本发明的优点和有益效果是:
[0017] 1、本发明提供了一种电池隔膜透气度测试方法及其装置,该方法原理简单,能够定量地对电池隔膜的孔结构进行预测,方便不同隔膜之间进行对比,并对温度变化引起的隔膜结构变化进行研究,初步确定电池隔膜的闭孔温度和破膜温度。
[0018] 2、本发明的电池隔膜透气度测试装置,具有结构简单、紧凑,易于操作,成本低、易于维护等优点,非常适用于相关科研院所等机构使用。
附图说明
[0019] 图1是本发明提供的电池隔膜透气度测试装置示意图。
[0020] 图中,(一)供气系统;Α气瓶;(二)稳压系统;Β背压阀;(三)变温测试系统;C具有调温功能的隔膜密封结构;D所测试的电池隔膜;(四)计量系统;E皂泡流量计或湿式气体流量计。
[0021] 图2是本发明提供的电池隔膜密封结构示意图。图中,I进气口 ;2出气口 ;3密封圈;4电池隔膜;5不锈钢筛网;6隔膜密封腔I ;7连接耳I ;8连接耳II ;9隔膜密封腔II ;10螺栓。
具体实施方式
[0022] 如图1-图2所示,本发明电池隔膜透气度测试装置主要包括:供气系统(一)、稳压系统(二)、变温测试系统(三)、计量系统(四),供气系统(一)的输出端与稳压系统(二)连通,稳压系统(二)的输出端与变温测试系统(三)连通,变温测试系统(三)的输出端与计量系统(四)连通,其中:
[0023] 测试用气体主要为空气(按体积比,氧气:氮气=29:71),也可以测试其他任意种类气体。供气系统(一)主要由气瓶A及其配套使用的高、低压减压阀以及开关阀等构成。
[0024] 稳压系统(二)主要由背压阀B及其配套使用的针型阀、压力表以及开关阀等组成,稳压系统(二)由背压阀调节、固定隔膜进气口一侧的压力。
[0025] 变温测试系统(三)主要由具有调温功能的隔膜密封结构C、所测试的电池隔膜D组成,变温测试系统温度控制由高低温实验箱等可调节温度的装置完成。采用分段升温方式,低温段如:低于200°C至_30°C (升温速率为20°C/分钟),高温段如:200°C至300°C (升温速率为5°C /分钟)。
[0026] 计量系统(四)主要由气体压力表和气体体积流量计组成,其中气体体积流量计为皂泡流量计或湿式气体流量计E。
[0027] 本发明测试装置中,所用压力表均为较高级别,如:0.25级以上。
[0028] 如图2所示,具有调温功能的隔膜密封结构主要包括:进气口 1、出气口 2、密封圈
3、电池隔膜4、不锈钢筛网5、隔膜密封腔I 6、连接耳I 7、连接耳II 8、隔膜密封腔II 9、螺栓10等,具体结构如下:
[0029] 隔膜密封腔I 6、隔膜密封腔II 9相对设置通过止口对接形成隔膜密封腔,电池隔膜4位于隔膜密封腔I 6、隔膜密封腔II 9之间,且电池隔膜4旁衬以50目~400目不锈钢筛网5;隔膜密封腔I 6、隔膜密封腔II 9之间相对位置处的内侧,隔膜密封腔I 6的一端通过密封圈3设置电池隔膜4,电池隔膜4的里侧设置不锈钢筛网5 ;隔膜密封腔I 6、隔膜密封腔II 9之间相对位置处的外侧,隔膜密封腔I 6的一端设置连接耳I 7,隔膜密封腔II 9的另一端设置连接耳II 8,连接耳I 7和连接耳II 8之间通过螺栓10连接固定。隔膜密封腔I 6的另一端设有进气口 1,隔膜密封腔II 9的另一端设有出气口 2。
[0030] 本发明电池隔膜透气度测试方法,采用定压测量工艺,测试方法包括下列五个步骤:(1)固定并密封电池隔膜;(2)通过加热装置设定隔膜温度;(3)进气口一侧通气并设定压力值;(4)计量透气侧透过一定体积气体所需时间;(5)计算隔膜的透气度。
[0031] 电池隔膜的密封材料由橡胶、塑料、石墨以及复合材料等制成,需要根据测试温度进行选择,如:200~300°C时宜采用石墨或聚四氟乙烯等材料的密封圈,低于200°C至_30°C的较低温度时宜选用聚氨酯橡胶或丁基橡胶等材料的密封圈。密封操作时,必须轻拿轻放,避免损坏隔膜,影响测试结果。
[0032] 电池隔膜的密封材料外层具有温控装置,方便测试-30°C~300°C温度范围内透气度数据。温控装置升降温速率保持在5°C~30°C /分钟,优选为10°C~20°C /分钟。
[0033] 进气口一侧的压力由进气系统减压阀和调压系统背压阀共同控制,为避免气流对隔膜的冲击,进气侧压力宜缓慢上升,如:由OMPa升至0.1MPa用时大于20s。
[0034] 所述电池隔膜透气度测试方法中,主要测量参数包括:待测样品面积A(Hi2)JS膜两侧压力差Λ P(Pa)、透过气体体积V(cm3)、所需时间T(S),则透气度值Gvacitl) = 100T/(AX APXV)。气体透过时间需待气体稳定后进行测量,如:先后三次测量数值相差小于2%为宜。
[0035] 本发明是对现有技术的改进,主要改进点是测试装置的变压和变温两方面,本发明测试装置中的隔膜是在可控温的箱体中保持,可以随意改变待测膜的温度;测试装置的进气侧压力可以随意调节;隔膜附近辅助高目数的筛网,可实用于弹性高的隔膜材料;本发明测试装置虽然包括四个系统,但是制备成本低廉。
[0036] 经过上述改进,可以在不同条件下测试多孔膜的透气性能,获得隔膜的透气度与温度和压力的依存性,有助于分析隔膜的孔道结构;且可以对弹性较大、孔径较小的膜材料进行较大压力测试,而不必担心膜发生损坏。本发明测试方法及装置具有原理简单,易于操作,工作效率高,测试及维护成本低等优点。

Claims (9)

1.一种电池隔膜透气度测试装置,其特征在于,该测试装置包括:供气系统、稳压系统、变温测试系统、计量系统,供气系统的输出端与稳压系统连通,稳压系统的输出端与变温测试系统连通,变温测试系统的输出端与计量系统连通。
2.按照权利要求1所述的电池隔膜透气度测试装置,其特征在于,变温测试系统由具有调温功能的隔膜密封结构、所测试的电池隔膜组成,具有调温功能的隔膜密封结构设有:进气口、出气口、密封圈、不锈钢筛网、电池隔膜、隔膜密封腔1、连接耳1、连接耳I1、隔膜密封腔I1、螺栓,具体结构如下: 隔膜密封腔1、隔膜密封腔II相对设置通过止口对接形成隔膜密封腔,电池隔膜位于隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之间,且电池隔膜旁衬以50目~400目不锈钢筛网;隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之间相对位置处的内侧,隔膜密封腔I的一端通过密封圈设置电池隔膜,电池隔膜的里侧设置不锈钢筛网;隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之间相对位置处的外侦牝隔膜密封腔I的一端设置连接耳I,隔膜密封腔II的另一端设置连接耳II,连接耳I和连接耳II之间通过螺栓连接固定;隔膜密封腔I的另一端设有进气口,隔膜密封腔II的另一端设有出气口。
3.一种利用权利要求1所述装置的电池隔膜透气度测试方法,其特征在于,采用定压测量工艺,测试方法包括下列五个步骤:(I)固定并密封电池隔膜;(2)通过加热装置设定隔膜温度;(3)进气口一侧通气并设定压力值;(4)计量透气侧透过一定体积气体所需时间;(5)计算隔膜的透气度。
4.按照权利要求3所述的电池隔膜透气度测试方法,其特征在于,电池隔膜的密封材料由橡胶、塑料、石墨或复合材料制成,需要根据测试温度进行选择:200~300°C时采用石墨或聚四氟乙烯材料 密封圈,低于200°C至-30°C的较低温度时选用聚氨酯橡胶或丁基橡胶材料的密封圈。
5.按照权利要求3所述的电池隔膜透气度测试方法,其特征在于,电池隔膜的密封材料外层具有温控装置,方便测试_30°C~300°C温度范围内透气度数据,温控装置升降温速率保持在5°C~30°C /分钟。
6.按照权利要求3所述的电池隔膜透气度测试方法,其特征在于,变温测试系统温度控制由高低温实验箱可调节温度的装置完成,采用分段升温方式:低于200°C至_30°C,升温速率为20~30°C /分钟;200°C至300°C,升温速率为5~30°C /分钟。
7.按照权利要求3所述的电池隔膜透气度测试方法,其特征在于,进气口一侧的压力由进气系统减压阀和调压系统背压阀共同控制,为了避免气流对隔膜的冲击,进气侧压力宜缓慢上升,由OMPa升至0.1MPa用时大于20s。
8.按照权利要求3所述的电池隔膜透气度测试方法,其特征在于,电池隔膜透气度测试方法中,主要测量参数包括:待测样品面积A (m2)、隔膜两侧压力差Λ P(Pa)、透过气体体积 V (cm3)、所需时间 T (S),则透气度值 Gvacitl) = 100Τ/(AX APXV)。
9.按照权利要求3所述的电池隔膜透气度测试方法,其特征在于,气体透过时间需待气体稳定后进行测量,在先后三次测量数值相差小于2 %。
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