CN111766160A - 一种锂电池隔膜破膜温度测量系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池隔膜破膜温度测量系统及使用方法，该系统包括：加热装置、穿刺装置、隔膜、测量装置、控制及数据采集处理装置。加热装置、穿刺装置、测量装置和控制及数据采集处理装置通过电信号相互连接。本发明可以实现通过动态温度的监控，测量隔膜穿刺强度随温度变化的关系，通过穿刺强度变化能准确反应隔膜的破膜温度，提高了隔膜破膜温度测量的准确性。
Description
技术领域
本发明属于锂电池隔膜技术领域，特别涉及一种锂电池隔膜破膜温度测量系统。
背景技术
锂电池隔膜的主要作用是将正负极隔开，防止正负极直接接触导致电池短路，同时可以使电解质中的离子自由穿梭于正负极之间。当电池在使用过程中因短路造成局部温度升高，且温度升到接近隔膜熔点时，隔膜中的微孔发生自闭，电池内阻增加，电流降低，对电池起到一定的保护作用，此时的温度称为隔膜闭孔温度。但若升温速率很快，导致隔膜融化破裂，此时的温度称为隔膜破膜温度。若隔膜过早破裂，造成正负极直接接触，将引发电池燃烧和爆炸等安全事故。所以为了追求高安全性能的锂电池，隔膜的破膜温度与闭孔温度的差值越大越好。
目前，市面上主要采用将隔膜浸泡于电解液中升高温度，观察隔膜内阻的变化来测量隔膜的破膜温度。但电解液暴露在空气和在高温条件下易发生分解，导致测量值存在偏差。
发明内容
本发明鉴于上述技术缺陷，提出一种锂电池隔膜破膜温度测量系统及使用方法，该系统能够准确测量隔膜的破膜温度，评估隔膜的安全性能，从而提升市场竞争力。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池隔膜破膜温度测量系统，主要包括：加热装置、穿刺装置、隔膜、测量装置、控制及数据采集处理装置。所述穿刺装置由隔膜夹具和穿刺针组成，隔膜夹具位于加热装置内。所述隔膜夹持于隔膜夹具内。所述穿刺针固定于隔膜夹具上方，位于加热装置内，顶部通过电信号与测量装置和控制及数据采集处理装置连接。所述测量装置由温度侦测装置和穿刺强度侦测装置组成。所述温度侦测装置位于加热装置内。所述穿刺强度侦测装置随着穿刺针下降，用于测量隔膜穿刺强度。所述控制及数据采集处理装置由控制模块和数据采集处理模块组成，所述控制模块可以控制并调节加热装置的温度和控制穿刺针移动。所述加热装置、穿刺装置通过电信号与所述控制模块连接，所述测量装置通过电信号与数据采集处理模块连接。
作为本发明优选的一种方案，所述加热装置为烘箱、电热炉中的一种。
作为本发明优选的一种方案，所述烘箱或者加热炉的升温速率为0.2-10℃/min。
作为本发明优选的一种方案，所述隔膜夹具由隔膜上夹具和隔膜下夹具两部分组成，所述隔膜夹具的形状为长方体或圆柱体。
作为本发明优选的一种方案，所述隔膜夹具中至少有两个形状相同的圆柱形针孔，该圆柱形针孔的直径为10-20mm。
作为本发明优选的一种方案，所述穿刺针表面光滑、无毛刺，直径为0.5-1.0mm，下降速度为50-500mm/min。
作为本发明优选的一种方案，所述温度侦测装置为热电偶温度传感器或红外线温度传感器。
如上所述，本发明提供的一种锂电池隔膜破膜温度测量系统及使用方法，具有以下效果：通过动态温度的监控，测量隔膜穿刺强度随温度的变化。通过穿刺强度随温度的变化曲线能准确反应隔膜的破膜温度，提高了隔膜破膜温度测量的准确性，避免了隔膜浸泡电解液过程中，测量隔膜破膜温度时电解液分解对测量结果的影响，增强了测量结果的准确性；同时，本装置还具有结构简单、成本低廉、环境友好等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施案例目的、技术方案和有益效果，本发明提供如下附图进行说明。
图1为一种锂电池隔膜破膜温度测量系统示意图。
图2为一种锂电池隔膜破膜温度测量系统所用隔膜夹具示意图。
图3为隔膜穿刺强度随温度的变化曲线示意图。
图中1.加热装置，2.穿刺装置，3.隔膜，4.测量装置，5.控制及数据采集处理装置，21.隔膜夹具，22.穿刺针，211.隔膜下夹具，212.隔膜上夹具，213.圆柱形针孔，41.温度侦测装置，42.穿刺强度侦测装置，51控制模块，52数据采集处理模块。
具体实施方式
本发明提供一种锂电池隔膜破膜温度测量系统及使用方法，为了加深对本发明的理解，以下结合附图对本发明作进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1所示，本发明提供一种锂电池隔膜破膜温度测量系统，所述锂电池隔膜破膜温度测量系统包括：加热装置1、穿刺装置2、隔膜3、测量装置4、控制及数据采集处理装置5。所述穿刺装置2由隔膜夹具21和穿刺针22组成，隔膜夹具21位于加热装置1内。所述隔膜3夹持于隔膜夹具21内。所述穿刺针22固定于隔膜夹具21上方，位于加热装置1内，顶部通过电信号与测量装置4和控制及数据采集处理装置5连接。所述测量装置4由温度侦测装置41和穿刺强度侦测装置42组成。所述温度侦测装置41，位于加热装置1内；所述穿刺强度侦测装置42随着穿刺针下降，用于测量隔膜3的穿刺强度。所述控制及数据采集处理装置5由控制模块51和数据采集处理模块52组成，所述控制模块51可以控制并调节加热装置1的温度和控制穿刺针22的移动。所述加热装置1、穿刺装置2通过电信号与所述控制模块51连接，所述测量装置4通过电信号与数据采集处理模块52连接。
作为示例，所述加热装置1为烘箱、电热炉中的一种。
作为示例，如图2所示，所述隔膜夹具21包括隔膜下夹具211和隔膜上夹具212，所述隔膜夹具21的形状为长方体或者圆柱体；所述隔膜夹具21的形状及尺寸与所述隔膜3的形状及尺寸相匹配。优选的，所述隔膜夹具21的尺寸应略小于所述隔膜3的尺寸，以确保所述隔膜3可以夹持于隔膜下夹具211和隔膜上夹具212之间，确保测量时隔膜3的平整。所述隔膜下夹具211和隔膜上夹具212具有至少2个形状相同的圆柱形针孔213，所述圆柱形针孔213在隔膜下夹具211和隔膜上夹具212里需上下位置对应。优选的，所述圆柱形针孔213的直径为10-20mm。
作为示例，所述穿刺针22表面光滑、无毛刺，直径为0.5-1.0mm，下降速度为50-500mm/min，所述穿刺针22与控制模块51通过电信号连接。
作为示例，如图1所示，所述测量装置4包括温度侦测装置41及穿刺强度侦测装置42；所述温度侦测装置41位于所述加热装置1内，用于测量所述加热装置1内部的温度；所述穿刺强度侦测装置42位于所述加热装置1的一侧用于侦测所述隔膜3的抗穿刺能力，通过侦测所述隔膜3压力得到所述隔膜3的穿刺强度。所述温度侦测装置41可以为所述加热装置1本身自带的温度侦测装置，也可以为额外设置的温度侦测装置。
作为示例，所述温度侦测装置41为热电偶温度传感器或红外线温度传感器。
作为示例，所述控制及数据采集处理装置5包括控制模块51及数据采集处理模块52；其中，所述控制模块51与所述加热装置1、穿刺装置2通过电信号连接，用于控制所述加热装置1、穿刺装置2工作；所述数据采集处理模块52与所述测量装置4通过电信号连接，用于采集并处理所述温度侦测装置41侦测的加热装置1的温度及穿刺强度侦测装置42侦测的隔膜3的穿刺强度，并通过处理得到所述隔膜3的穿刺强度随温度的变化关系。
如图3所示，本发明锂电池隔膜破膜温度测量系统的工作原理为：在测量过程中，当所述加热装置1内的温度低于所述隔膜3的熔点时，所述隔膜3均匀，隔膜的抗穿刺能力随着温度的升高无明显变化，当所述加热装置1内的温度达到足够高使得所述隔膜3破膜时，所述隔膜3发生破损，此时，所述隔膜3的抗穿刺能力大大降低，穿刺强度侦测装置42测量值降低。由于在测量过程中所述温度侦测装置41能够对所述加热装置1的温度进行实时侦测，同时，所述的控制模块51能够随着加热装置1内部温度的变化控制穿刺针的位置，从而实现对所述隔膜3的穿刺强度进行实时侦测。本发明的所述锂电池隔膜破膜温度测量系统根据测量所述隔膜3的穿刺强度随温度的变化可以精确地表征所述隔膜3的破膜温度，判断标准为：所述隔膜3的穿刺强度出现急剧降低的温度点即为所述隔膜3的破膜温度。
本发明的一种锂电池隔膜破膜温度测量系统使用方法包括顺序相接的如下步骤：
A. 将隔膜（3）剪成长100mm，宽50mm的长方形样品，夹持于隔膜夹具（21）内部；
B. 将加热装置（1）初始温度设置为125℃，升温速率设置为5℃/min，然后给加热装置（1）通电；
C. 将温度侦测装置（41）和穿刺强度侦测装置（42）设置相同的步长50秒，收集温度值和穿刺强度值，电脑界面实时显示温度-穿刺强度变化曲线；
D. 随着加热装置（1）温度升高，隔膜的温度随之升高，待温度升到140-170℃范围内，隔膜（3）穿刺强度逐渐降低，当穿刺强度随着温度变化基本不变时，此时的温度为隔膜破膜温度。图3中A点和B点分别表示PE基膜和陶瓷涂覆膜的破膜温度。
本发明的一种锂电池隔膜破膜温度测量系统可以实现对隔膜穿刺强度随温度变化的准确测量，通过隔膜穿刺强度的转折点能够准确地反应隔膜的破膜温度，避免了隔膜浸泡电解液测量隔膜破膜温度时电解液分解对测量结果的影响，使得测量结果具有较高的准确性；同时，本发明锂电池隔膜破膜温度测量系统还具有结构简单、成本低廉、便于操作等优点。
以上所述，仅为本发明较佳的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思所做的任何修改、等同替换或改变，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种锂电池隔膜破膜温度测量系统，其特征在于：包括加热装置（1）、穿刺装置（2）、隔膜（3）、测量装置（4）、控制及数据采集处理装置（5），所述穿刺装置（2）由隔膜夹具（21）、穿刺针（22）组成，所述隔膜夹具（21）位于加热装置（1）内；所述穿刺针（22）固定于隔膜夹具（21）上方，位于所述加热装置（1）内，顶部通过电信号与测量装置（4）和控制及数据采集处理装置（5）连接；所述测量装置（4）由温度侦测装置（41）、穿刺强度侦测装置（42）组成；所述温度侦测装置（41）用于测量加热装置（1）的温度，位于所述加热装置（1）内；所述穿刺强度侦测装置（42）用于测量隔膜（3）的穿刺强度；所述控制及数据采集处理装置（5）与所述加热装置（1）、穿刺装置（2）、测量装置（4）通过电信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜破膜温度测量系统，其特征在于，所述加热装置（1）为烘箱、电热炉中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池隔膜破膜温度测量系统，其特征在于，所述加热装置（1）的升温速率为0.2-10℃/min。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜破膜温度测量系统，其特征在于，所述隔膜夹具（21）由隔膜下夹具（211）和隔膜上夹具（212）两部分组成，所述隔膜夹具（21）形状为长方体、圆柱体中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池隔膜破膜温度测量系统，其特征在于，所述隔膜夹具（21）至少有2个形状相同的圆柱形针孔（213），圆柱形针孔（213）的直径为10-20mm。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜破膜温度测量系统，其特征在于，所述穿刺针（22）光滑无毛刺，直径为0.5-1.0mm，下降速度为50-500mm/min。
7.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜破膜温度测量系统，其特征在于，所述温度侦测装置（41）为热电偶温度传感器或者红外线温度传感器。
8.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜破膜温度测量系统，其特征在于，所述控制及数据采集处理装置（5）由控制模块（51）和数据采集处理模块（52）组成，所述控制模块（51）通过电信号与加热装置（1）和穿刺装置（2）连接，控制加热装置（1）的温度升降和穿刺针（22）的位置移动，所述数据采集处理模块（52）通过电信号与测量装置（4）连接，采集测量装置（4）侦测的数据。
9.一种锂电池隔膜破膜温度测量系统使用方法，其特征在于，包括顺序相接的如下步骤：
A. 将隔膜（3）剪成长100mm，宽50mm的长方形样品，夹持于隔膜夹具（21）内部；
B. 将加热装置（1）初始温度设置为125℃，升温速率设置为5℃/min，然后给加热装置（1）通电；
C. 将温度侦测装置（41）和穿刺强度侦测装置（42）设置相同的步长50秒，收集温度值和穿刺强度值，电脑界面实时显示温度-穿刺强度变化曲线；
D. 随着加热装置（1）温度升高，隔膜的温度随之升高，待温度升到140℃-170℃范围内，隔膜（3）穿刺强度逐渐降低，当穿刺强度随着温度变化基本不变时，此时的温度为隔膜破膜温度。
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|---|---|---|---|---|
| CN114069095A (zh) * | 2021-11-06 | 2022-02-18 | 高飞 | 一种自调温式钛酸锂电池模组 |
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