CN105301081A - 一种锂离子电池涂覆隔膜水分含量测试方法 - Google Patents

一种锂离子电池涂覆隔膜水分含量测试方法 Download PDF

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秦银银
李世隆
许建光
陈秀峰
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Abstract

目前，由于现用隔膜多为PP和PE材质，都属于憎水性材料，水分含量较低，厂家便未对其水分含量有过多的关注。但是，随着隔膜市场的发展，涂覆隔膜渐渐兴起，而涂覆隔膜的涂层主要由无机材料或有机材料溶解于去离子水或其他有机溶剂中混合而成，即使在涂覆烘干之后，仍然会有一定的水分残留，因此，若在涂覆隔膜选择时未考虑其水分含量而盲目使用，会存在极大的风险。本发明的主要目的为提供一种锂离子电池涂覆隔膜水分含量测试方法，从而实现方便快捷的测试出锂离子电池涂覆隔膜的水分含量，为各电池生产厂家选择隔膜时提供可靠依据。

Description

一种锂离子电池涂覆隔膜水分含量测试方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术中水分含量的测试方法，尤其涉及一种用于锂离子电池的涂覆隔膜的水分含量测试。
技术背景
在锂离子电池的制造过程中，几大因素必须严格控制，一是粉尘，二是金属颗粒，三是水分。其中水分对锂离子电池的性能影响巨大，当电池内水分含量在一定的适当值时，能促进负极表面SEI膜的形成，提升电池性能。然而当电池内水分含量过高时，不仅不能提升电池性能，反而还会造成电池胀气、内阻偏高、容量偏低、自放电偏大、循环寿命变差、极耳生锈甚至电池漏液等严重现象。正常电池制作工艺下，电池中的水分主要来源于电池材料，即正极极片、负极极片、隔膜材料、电解液，为此，需要对电池的组成材料进行水分含量测试来判断材料的性能。
目前，由于现用隔膜多为PP和PE材质，都属于憎水性材料，水分含量较低，厂家便未对其水分含量有过多的关注。但是，随着隔膜市场的发展，涂覆隔膜渐渐兴起，而涂覆隔膜的涂层主要由无机材料或有机材料溶解于去离子水或其他有机溶剂中混合而成，即使在涂覆烘干之后，仍然会有一定的水分残留，因此，若在涂覆隔膜选择时未考虑其水分含量而盲目使用，会存在极大的风险，为此，需要对锂离子电池隔膜进行水分含量的测试，尤其针对于涂覆隔膜。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的为提供一种锂离子电池涂覆隔膜水分含量测试方法，从而实现方便快捷的测试出锂离子电池涂覆隔膜的水分含量，为各电池生产厂家选择隔膜时提供可靠依据。
本发明原理：利用卡尔费休库伦法测试涂覆隔膜中的水分含量，所用仪器为卡尔费休水分含量测试仪。
卡尔费休库仑法：利用I2与定量的H2O发生反应测定水分含量。卡尔费休库仑法中，电解质电化学法直接电生所需的碘，并在滴定杯中利用双铂电极施加稳定电流，测定滴定反应过程中的电位变化，当滴定杯中有很少量的游离碘产生时，即表示游离水被消耗完，Pt指示电极两端的电压差急剧降低，利用这一变化确定滴定终点，得出反应过程中消耗的电量，并利用法拉第电解定律计算出相应的水分含量。
本发明中所指涂覆隔膜包括陶瓷涂覆锂离子电池隔膜、PVDF涂覆锂离子电池隔膜以及其它不溶于卡尔费休试剂的固体样品等，其厚度在9um～32um之间，涂覆膜涂层厚度在1um～8um之间，单双面涂覆均适用。
本发明技术方案，包括如下步骤：
(1)样品瓶预烘烤：将样品瓶置于烘箱中100～150℃烘干0.5h～3h，除去样品瓶本身的水分，以降低样品瓶对样品水分含量测试值的干扰；
(2)样品制备：分别称取一定质量的隔膜，放置于样品瓶中，并取空白样品瓶，共同放置于环境中0.5～5h，使其充分与环境交换接触，以保证空白样品和测试样品的环境一致性，并在搁置后将样品瓶及空白瓶密封。
(3)空白样品水分含量测试：将密封好的空白样品瓶放入加热炉中进行测试，得出空白样品瓶中的水分含量。
(4)样品水分含量测试：将密封好的有隔膜的样品瓶放入加热炉中进行测试。
上述(3)和(4)步骤中，因为涂覆隔膜为固体样品，其中的水分不能直接与卡尔费休试剂反应，所以首先需要将隔膜样品中的水分汽化，作为一种优选方式，选用加热炉对隔膜样品进行烘烤，以汽化出隔膜样品中的水分。
上述(3)和(4)步骤中，样品中烘出的水蒸气随着流过加热炉的载气，通过气体保温导流管进入滴定杯中进行反应。
上述(4)步骤中样品水分含量的最终测试值为扣除(3)步骤中空白样品的水分含量。
上述扣除的空白样品水分含量为3次空白样品水分含量的平均值。
作为一种优选方式，上述(2)步骤中，样品的质量为0.1g～0.2g之间。
作为一种优选方式，上述(3)和(4)步骤中，测试时间为100～500s。
优选地，上述(3)和(4)步骤中，测试时间为250～350s。其中，测试时间过短，样品中的水分并未完全蒸发出来；测试时间加长，测试结果变化不大。
作为一种优选方式，上述(2)、(3)和(4)步骤进行的环境要求：相对湿度≤30％。
作为一种优选方式，上述(3)和(4)步骤流过加热炉载气的流速为10～100ml/min。
更优选地，上述(3)和(4)步骤流过加热炉载气的流速为40～60ml/min。其中，加热炉载气的流速对于测试结果准确性影响也很大，本发明优选的40～60ml/min，测试结果更加稳定。若载气流速过小，样品中被加热蒸发出来的水汽无法完全被带出进入反应瓶参与反应，导致测试结果偏小；加大气流会导致系统平衡时间变长。
作为一种优选方式，上述(3)和(4)步骤中加热炉的温度为100～200℃。
更优选地，上述(3)和(4)步骤中加热炉的温度为140～160℃。其中，加热炉的温度为140～160℃。若温度过低，样品中的水分不能完全被蒸发出；若温度过高，导致测试样品完全熔融炭化而粘接在样品瓶内部，致使样品瓶难以清洗。
本发明优势在于：
样品瓶的预烘烤以及空白样品水分含量的测定，排出了样品瓶以及环境中水分对样品水分含量测试值的干扰；
测试样品及空白样品制备好后，使其在环境中搁置2h，让其充分与环境交换接触，保证了空白样品和测试样品之间环境的一致性，降低了环境湿度对样品水分含量测试值的影响，测量结果更加准确；
本发明操作简便，设备简单，检测人员可独立操作，检测重复性好，检测工作效率高，能快速的测试出隔膜的水分含量，可适用于不同规格型号的涂覆隔膜材料的检测，应用范围广，为厂家提供准确的数据。
具体实施例
实施例1
(1)样品瓶预烘烤：将样品瓶置于烘箱中130℃烘干1h，除去样品瓶本身的水分，以降低样品瓶对样品水分含量测试值的干扰；
(2)样品制备：分别称取3份一定质量的隔膜，放置于样品瓶中，并取3个空白样品瓶，共同放置于环境中2h，使其充分与环境交换接触，以保证空白样品和测试样品的环境一致性，并在搁置后将样品瓶及空白瓶密封。
(3)空白样品水分含量测试：将密封好的空白样品瓶放入加热炉中进行测试，得出空白样品瓶中的水分含量。
(4)样品水分含量测试：将密封好的有隔膜的样品瓶放入加热炉中进行测试。
实施例2
本实施例对厚度为16um的陶瓷涂覆锂离子电池隔膜试样进行测试，PE基膜厚度12um，双面涂覆，单面涂层厚度2um。具体操作步骤如下：
(1)样品瓶预烘烤：将样品瓶置于烘箱中130℃烘干1h；
(2)样品制备：分别称取3份0.1～0.2g的样品隔膜，放置于样品瓶中，并取3个空白样品瓶，共同放置于环境中2h，并在搁置后将样品瓶及空白瓶密封，环境相对湿度28.9％；
(3)空白样品水分含量测试：将密封好的空白样品瓶放入150℃加热炉中进行测试，测试时间300S，载气气流50ml/min，环境相对湿度28.5％。
(4)样品水分含量测试：将密封好的有隔膜的样品瓶放入150℃加热炉进行测试，测试时间300S，载气气流50ml/min，环境相对湿度28.1％。
水分含量测试值如下表：
表1陶瓷涂覆隔膜水分含量/ppm
实施例3
在上例基础上，再随机选取一卷厚度为14um的PVDF涂覆隔膜，PE基膜厚度12um，单面涂覆2um，同样方法测试其水分含量数值：
(1)样品瓶预烘烤：将样品瓶置于烘箱中130℃烘干1h；
(2)样品制备：分别称取3份0.1-0.2g的样品隔膜，放置于样品瓶中，并取3个空白样品瓶，共同放置于环境中2h，并在搁置后将样品瓶及空白瓶密封，环境相对湿度27.5％；
(3)空白样品水分含量测试：将密封好的空白样品瓶放入150℃加热炉中进行测试，测试时间300S，载气气流50ml/min，环境相对湿度26.3％。
(4)样品水分含量测试：将密封好的有隔膜的样品瓶放入150℃加热炉中进行测试，测试时间300S，载气气流50ml/min，环境相对湿度26.5％。
水分含量测试值如下表：
表2PVDF涂覆隔膜水分含量/ppm
实施例4
在上例基础上，再选取以上厚度为14um的PVDF涂覆隔膜，PE基膜厚度12um，单面涂覆2um，调节不同加热炉载气流速，同样方法测试其水分含量数值：
(1)样品瓶预烘烤：将样品瓶置于烘箱中130℃烘干1h；
(2)样品制备：分别称取3份0.1-0.2g的样品隔膜，放置于样品瓶中，并取3个空白样品瓶，共同放置于环境中2h，并在搁置后将样品瓶及空白瓶密封，环境相对湿度27.5％；
(3)空白样品水分含量测试：将密封好的空白样品瓶放入150℃加热炉中进行测试，测试时间300S，载气气流10ml/min，环境相对湿度26.3％。
(4)样品水分含量测试：将密封好的有隔膜的样品瓶放入150℃加热炉中进行测试，测试时间300S，载气气流10ml/min，环境相对湿度26.5％。
(5)用不同加热炉载气流速测试，重复以上步骤(1)到(4)，加热炉载气流速分别设置为10ml/min、20ml/min、30ml/min、40ml/min、60ml/min、80ml/min、100ml/min、120ml/min、150ml/min。
水分含量测试值如下表：
表3设置不同载气流速时PVDF涂覆隔膜水分含量/ppm
加热炉载气的流速(ml/min) 水分含量均值(ppm)
10 529.6
20 533.1
30 535.7
40 542.3
50 542.5
60 543.4
80 540.2
100 541.9
120 543.0
150 541.7
由以上数据可以看出，加热炉载气流速过小会引起测试数据偏小，气流调大，对测试结果基本没影响。
上述描述仅是对本发明部分实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本行业的普通技术人员可根据本发明对上述实施例做出改进或修改，但均属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池涂覆隔膜水分含量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)样品瓶预烘烤：将样品瓶置于烘箱中100～150℃烘干0.5h～3h，除去样品瓶本身的水分，以降低样品瓶对样品水分含量测试值的干扰；
(2)样品制备：分别称取一定质量的隔膜，放置于样品瓶中，并取空白样品瓶，共同放置于环境中0.5～5h，使其充分与环境交换接触，以保证空白样品和测试样品的环境一致性，并在搁置后将样品瓶及空白瓶密封；
(3)空白样品水分含量测试：将密封好的空白样品瓶放入加热炉中进行测试，得出空白样品瓶中的水分含量；
(4)样品水分含量测试：将密封好的有隔膜的样品瓶放入加热炉中进行测试。
2.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，所述(3)和(4)步骤中，作为一种优选方式，选用加热炉对隔膜样品进行烘烤，以汽化出隔膜样品中的水分。
3.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，所述(3)和(4)步骤中，样品中烘出的水蒸气随着流过加热炉的载气，通过气体保温导流管进入滴定杯中进行反应。
4.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，作为一种优选方式，所述(2)步骤中，样品的质量为0.1g～0.2g之间。
5.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，作为一种优选方式，所述(3)和(4)步骤中，测试时间为100～500s。
6.根据权利要求5所述测试方法，其特征在于，作为一种优选方式，所述(3)和(4)步骤中，测试时间为250～350s。
7.根据权利要求1-6任一权利要求所述测试方法，其特征在于，作为一种优选方式，所述(2)、(3)和(4)步骤进行的环境要求：相对湿度≤30％。
8.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，作为一种优选方式，所述(3)和(4)步骤流过加热炉载气的流速为10～100ml/min。
9.根据权利要求8所述测试方法，其特征在于，更优选地，所述(3)和(4)步骤流过加热炉载气的流速为40～60ml/min。
10.根据权利要求1所述测试方法，其特征在于，作为一种优选方式，所述(3)和(4)步骤中加热炉的温度为100～200℃。
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