CN112525792A - 一种基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置及测试方法，属于锂电池隔膜测试技术领域，其特征是，装样装置包括夹持于隔膜样品上下表面的上微孔板和下微孔板、叠放于于上微孔板上表面的上测试底板、置于下微孔板下表面的下测试底板；加热装置包括：能够容纳装样装置的电加热套、用于控制电加热套工作状态的加热控制器；透气度装置包括透气度仪；透气度仪通过连通管分别与上测试底板的上表面、下测试底板的下表面紧密接触；压力装置包括自上而下向上测试底板施加压力的竖直运动机构、获取上测试底板上表面受力信息的压力传感器。本发明操作方便、能模拟电池受力，测试不同压力条件下的闭孔温度和破膜温度，隔膜透气度值随温度同步变化。

Description

一种基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于锂电池隔膜测试技术领域，具体涉及一种基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置及测试方法。
背景技术
锂电池主要由正负极、隔膜、电解质等部分组成。其中隔膜的主要作用是将正极和负极分开，阻止电子通过，从而避免发生短路，但是其微孔结构又允许离子通过，使电池可以形成回路进行充放电。
随着动力电池市场的不断扩大，对动力电池的安全性能提出了越来越高的要求。其中作为锂电池的关键材料之一的隔膜，对锂电池的安全性能起着重要作用。闭孔温度和破膜温度是隔膜的重要特征，是电池保障安全性的重要指标。
闭孔温度是隔膜微孔闭合时的温度。当电池在滥用条件下(如内部短路、过充、外部短路等)，会触发产热机制从而产生大量的热，导致电池内部升温，隔膜受热而微孔收缩，当达到特定温度(隔膜闭孔温度)时，微孔完全闭合，切断锂离子的传输，阻止电池继续放电，避免电池热失控的发生。
破膜温度是隔膜破裂时的温度。如果电池内部升温无法抑制，温度持续上升时，当达到特定温度(隔膜破膜温度)时，隔膜破裂，结构破坏，产生大的孔结构，导致正负极直接接触而短路，电池出现急剧放热。隔膜破裂后，电池存在发生起火爆炸的危险。
目前测试隔膜闭孔温度和破膜温度的方法有电导率突变法、电阻突变法、压力突变法等。
电阻突变法是模拟电池工作，在升温的条件下测试电池的电阻，在温度升高过程中，测定浸在电解液中隔膜两侧的电阻突变点。当电阻瞬间升高时所对应的温度即是隔膜闭孔温度，再次降低时即为破膜温度。电阻突变的方法需将隔膜浸润电解液，高温会使电解液挥发、分解从而影响实验结果。而且目前随着各种涂层隔膜的技术发展，相应的破膜温度越来越高，难以获得对应的耐高温电解液。
压力法，虽然避免了电解液的使用，但需隔一定时间注入气体，操作繁琐。
现有技术不能模拟隔膜在电池中的受力情况，无法进行压力条件下的测试。
发明内容
本发明为了解决背景技术中的问题，提供一种基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置及测试方法。
本发明的第一目的是提供一种基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置，至少包括：
装样装置，所述装样装置包括：夹持于隔膜样品上下表面的上微孔板和下微孔板、叠放于于上微孔板上表面的上测试底板、置于下微孔板下表面的下测试底板；
用于对隔膜样品进行加热的加热装置，所述加热装置包括：能够容纳装样装置的电加热套、用于控制电加热套工作状态的加热控制器；
用于对隔膜样品进行受压测试的透气度装置，所述透气度装置包括透气度仪；所述透气度仪通过连通管分别与上测试底板的上表面、下测试底板的下表面紧密接触；
用于对隔膜样品进行施压和压力检测的压力装置，所述压力装置包括自上而下向上测试底板施加压力的竖直运动机构、获取上测试底板上表面受力信息的压力传感器。
优选地，所述竖直运动机构包括两根竖直方向上固定杆、位于两根固定杆之间的横梁，所述横梁的两端通过滑动件与固定杆连接。
优选地，所述压力传感器固定于横梁的下方。
优选地，所述连通管包括竖直方向设置的上连接中管和下连接中管，所述上连接中管的下端口与上测试底板的上表面紧密贴合，所述下连接中管的上端口与下测试底板的下表面紧密贴合；所述透气度仪通过上连接管路与上连接中管的侧壁连通，所述透气度仪通过下连接管路与下连接中管的侧壁连通。
优选地，所述压力传感器位于上连接中管的上端口处。
优选地，所述上微孔板和下微孔板为硬芯板或砂芯板。
优选地，所述下测试底板的上表面开设有与下微孔板连接用的凹槽；所述上测试底板的下表面开设有与上微孔板连接用的凹槽。
本发明的第二目的是提供一种如上述基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置的测试方法，包括如下步骤：
S1、剪裁所需尺寸的隔膜样品，用上微孔板和下微孔板夹住隔膜样品，并固定在测试底板上；
S2、通过压力装置向隔膜样品施加压力，通过压力传感器读取压力值，通过加热装置以一定的升温速率从室温开始升温；同时通过透气度仪读取隔膜样品透气度值；
S3、随着电热套温度升高，装样装置温度升高，待装样装置的温度升到一阈值时，隔膜微孔逐步闭合，隔膜透气度值迅速升高，当仪器显示隔膜密实，孔径闭合时，此时温度值为闭孔温度；当温度继续升高，隔膜破裂，当仪器不再显示隔膜密实，孔径闭合时，此时温度值为破膜温度。
优选地，所述上微孔板和下微孔板的微孔孔径大于隔膜的最大孔径。
本发明具有的优点和积极效果是：
通过采用上述技术方案，本发明操作使用方便、实时显示温度和压力、能模拟电池受力，测试得出不同压力条件下的闭孔温度和破膜温度，隔膜透气度值随温度同步变化、误差范围小。
附图说明
图1是本发明优选实施例的结构图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，本发明的技术方案为：
一种基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置，包括：
装样装置，所述装样装置包括：夹持隔膜样品4-3用的微孔板4-2和测试底板4-1，测试底板包括叠放于于上微孔板上表面的上测试底板、置于下微孔板下表面的下测试底板；微孔板4-2包括上微孔板和下微孔板；
用于对隔膜样品进行加热的加热装置，所述加热装置包括：能够容纳装样装置的电加热套3-1、用于控制电加热套工作状态的加热控制器3-2；由于电加热装置属于现有技术，因此其具体的电路连接关系和工作原理此处不再赘述；
用于对隔膜样品进行受压测试的透气度装置，所述透气度装置包括透气度仪2-1；所述透气度仪通过连通管分别与上测试底板的上表面、下测试底板的下表面紧密接触；作为优选，所述连通管包括竖直方向设置连接中管2-3，所述连接中管包括上连接中管和下连接中管，所述上连接中管的下端口与上测试底板的上表面紧密贴合，所述下连接中管的上端口与下测试底板的下表面紧密贴合；所述透气度仪通过连接管路2-2与连接中管2-3连通，具体为：所述透气度仪通过上连接管路与上连接中管的侧壁连通，所述透气度仪通过下连接管路与下连接中管的侧壁连通。
用于对隔膜样品进行施压和压力检测的压力装置，所述压力装置包括自上而下向上测试底板施加压力的竖直运动机构、获取上测试底板上表面受力信息的压力传感器1-2。其中：所述竖直运动机构包括两根竖直方向上固定杆1-1、位于两根固定杆之间的横梁1-3，所述横梁的两端通过滑动件与固定杆连接。
所述压力传感器固定于横梁的下方。
所述压力传感器位于上连接中管的上端口处。
所述上微孔板和下微孔板为硬芯板或砂芯板。
所述下测试底板的上表面开设有与下微孔板连接用的凹槽；所述上测试底板的下表面开设有与上微孔板连接用的凹槽。测试底板上保证上下对齐。
上述优选实施例的第一测试原理为：
1)裁剪一片大小适宜隔膜，将裁剪好的隔膜样品用微孔结构的硬芯(砂芯)板夹持后固定在测试底板上；测试底板连接到透气度装置。
2)启动压力装置，横梁移动将压力设置为相应压力，压力传感器显示相应压力；设置加热控制器使加热套以一定的升温速率，从室温开始升温；
3)50℃后启动透气度仪连续测定透气度值；
4)当仪器显示Dense(隔膜密实，孔径闭合)，读数999999(透气度值很大，超量程)，判定隔膜闭孔，对应温度为闭孔温度；
5)温度继续升高，当仪器不再显示为Dense(隔膜密实，孔径闭合)，有一定的透气度值读数，对应温度值为破膜温度。
6)重复操作上述步骤1)～5)至少三次，并取每次测得闭孔温度和破膜温度的平均值作为该薄膜的闭孔温度和破膜温度。
上述优选实施例的第二测试原理为：
1)裁剪一片大小适宜隔膜，将裁剪好的隔膜样品用微孔结构的硬芯(砂芯)板夹持后固定在测试底板上；测试底板与连接中管连接；连接中管与压力传感器连接；压力传感器与横梁连接；横梁与固定杆连接；
2)启动压力装置，横梁移动将压力设置为相应压力，压力传感器显示相应压力；设置加热控制器使加热套以一定的升温速率一般为5℃/min，从室温开始升温；
3)50℃后启动透气度仪连续测定透气度值；
4)当仪器显示Dense(隔膜密实，孔径闭合)，读数999999(透气度值很大，超量程)，判定隔膜闭孔，对应温度为闭孔温度；
5)温度继续升高，当仪器不再显示为Dense(隔膜密实，孔径闭合)，有一定的透气度值读数，对应温度值为破膜温度。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置，其特征在于，至少包括：
装样装置，所述装样装置包括：夹持于隔膜样品上下表面的上微孔板和下微孔板、叠放于于上微孔板上表面的上测试底板、置于下微孔板下表面的下测试底板；
用于对隔膜样品进行加热的加热装置，所述加热装置包括：能够容纳装样装置的电加热套、用于控制电加热套工作状态的加热控制器；
用于对隔膜样品进行受压测试的透气度装置，所述透气度装置包括透气度仪；所述透气度仪通过连通管分别与上测试底板的上表面、下测试底板的下表面紧密接触；
用于对隔膜样品进行施压和压力检测的压力装置，所述压力装置包括自上而下向上测试底板施加压力的竖直运动机构、获取上测试底板上表面受力信息的压力传感器。
2.根据权利要求1所述的基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置，其特征在于，所述竖直运动机构包括两根竖直方向上固定杆、位于两根固定杆之间的横梁，所述横梁的两端通过滑动件与固定杆连接。
3.根据权利要求2所述的基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置，其特征在于，所述压力传感器固定于横梁的下方。
4.根据权利要求1所述的基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置，其特征在于，所述连通管包括竖直方向设置的上连接中管和下连接中管，所述上连接中管的下端口与上测试底板的上表面紧密贴合，所述下连接中管的上端口与下测试底板的下表面紧密贴合；所述透气度仪通过上连接管路与上连接中管的侧壁连通，所述透气度仪通过下连接管路与下连接中管的侧壁连通。
5.根据权利要求4所述的基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置，其特征在于，所述压力传感器位于上连接中管的上端口处。
6.根据权利要求1所述的基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置，其特征在于，所述上微孔板和下微孔板为硬芯板或砂芯板。
7.根据权利要求1所述的基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置，其特征在于，所述下测试底板的上表面开设有与下微孔板连接用的凹槽；所述上测试底板的下表面开设有与上微孔板连接用的凹槽。
8.一种如权利要求1-7任一项所述基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、剪裁所需尺寸的隔膜样品，用上微孔板和下微孔板夹住隔膜样品，并固定在测试底板上；
S2、通过压力装置向隔膜样品施加压力，通过压力传感器读取压力值，通过加热装置以一定的升温速率从室温开始升温；同时通过透气度仪读取隔膜样品透气度值；
S3、随着电热套温度升高，装样装置温度升高，待装样装置的温度升到一阈值时，隔膜微孔逐步闭合，隔膜透气度值迅速升高，当仪器显示隔膜密实，孔径闭合时，此时温度值为闭孔温度；当温度继续升高，隔膜破裂，当仪器不再显示隔膜密实，孔径闭合时，此时温度值为破膜温度。
9.根据权利要求8所述基于压力控制的锂电池隔膜温度测试装置的测试方法，其特征在于，所述上微孔板和下微孔板的微孔孔径大于隔膜的最大孔径。
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