CN104020093A

CN104020093A - 一种电池隔膜透气度测试方法及其装置

Info

Publication number: CN104020093A
Application number: CN201410212349.1A
Authority: CN
Inventors: 肖伟; 赵丽娜; 刘建国; 严川伟
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2034-05-20
Also published as: CN104020093B

Abstract

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

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

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。

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

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。

本发明的技术方案是：

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。

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Ⅰ、连接耳Ⅰ、连接耳Ⅱ、隔膜密封腔Ⅱ、螺栓，具体结构如下：

隔膜密封腔Ⅰ、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Ⅰ、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Ⅰ、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Ⅰ、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。

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。

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℃时采用石墨或聚四氟乙烯材料的密封圈，低于200℃至-30℃的较低温度时选用聚氨酯橡胶或丁基橡胶材料的密封圈。

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℃～300℃温度范围内透气度数据，温控装置升降温速率保持在5℃～30℃/分钟。

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℃至-30℃，升温速率为20～30℃/分钟；200℃至300℃，升温速率为5～30℃/分钟。

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0MPa升至0.1MPa用时大于20s。

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△P(Pa)、透过气体体积V(cm³)、所需时间T(s)，则透气度值G_V(100)＝100T/(A×△P×V)。

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％。

本发明的优点和有益效果是：

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。

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

图1是本发明提供的电池隔膜透气度测试装置示意图。

图中，(一)供气系统；A气瓶；(二)稳压系统；B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。

图2是本发明提供的电池隔膜密封结构示意图。图中，1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

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：

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。

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。

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℃至-30℃(升温速率为20℃/分钟)，高温段如：200℃至300℃(升温速率为5℃/分钟)。

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。

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。

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Ⅰ6、连接耳Ⅰ7、连接耳Ⅱ8、隔膜密封腔Ⅱ9、螺栓10等，具体结构如下：

隔膜密封腔Ⅰ6、隔膜密封腔Ⅱ9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Ⅰ6、隔膜密封腔Ⅱ9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Ⅰ6、隔膜密封腔Ⅱ9之间相对位置处的内侧，隔膜密封腔Ⅰ6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Ⅰ6、隔膜密封腔Ⅱ9之间相对位置处的外侧，隔膜密封腔Ⅰ6的一端设置连接耳Ⅰ7，隔膜密封腔Ⅱ9的另一端设置连接耳Ⅱ8，连接耳Ⅰ7和连接耳Ⅱ8之间通过螺栓10连接固定。隔膜密封腔Ⅰ6的另一端设有进气口1，隔膜密封腔Ⅱ9的另一端设有出气口2。

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。

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℃时宜采用石墨或聚四氟乙烯等材料的密封圈，低于200℃至-30℃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。

电池隔膜的密封材料外层具有温控装置，方便测试-30℃～300℃温度范围内透气度数据。温控装置升降温速率保持在5℃～30℃/分钟，优选为10℃～20℃/分钟。

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0MPa升至0.1MPa用时大于20s。

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(m²)、隔膜两侧压力差△P(Pa)、透过气体体积V(cm³)、所需时间T(s)，则透气度值G_V(100)＝100T/(A×△P×V)。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。

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。

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

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Ⅰ、连接耳Ⅰ、连接耳Ⅱ、隔膜密封腔Ⅱ、螺栓，具体结构如下：

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：(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。

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℃时采用石墨或聚四氟乙烯材料的密封圈，低于200℃至-30℃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℃～300℃温度范围内透气度数据，温控装置升降温速率保持在5℃～30℃/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℃至-30℃，升温速率为20～30℃/分钟；200℃至300℃，升温速率为5～30℃/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0MPa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△P(Pa)、透过气体体积V(cm³)、所需时间T(s)，则透气度值G_V(100)＝100T/(A×△P×V)。

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％。