CN112683942A - 一种隔膜热收缩评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隔膜热收缩评估方法，包括以下步骤：取待测隔膜，在其上做十字标记，十字标记包括横向线条和纵向线条，测量横向线条和纵向线条的原始长度；将做好十字标记的隔膜与正极片和负极片卷绕成电芯，隔膜位于正极片和负极片之间；将电芯置于指定测试温度下恒温一定时间后取出，拆解取出隔膜进行评估；测量隔膜上十字标记冷却到室温后横向线条和纵向线条的长度，计算隔膜横向收缩率和纵向收缩率，同时测量并计算隔膜边缘圆弧形缩进区的近似面积，计算近似面积与隔膜卷绕单折面积的比值；将纵向收缩率以及面积比值作为评估指标，评估所测隔膜存在的安全风险等级。相比于现有技术，本发明的评估方法提高隔膜热收缩评估的准确性和可操作性。
Description
技术领域
本发明属于隔膜技术领域，尤其涉及一种隔膜热收缩评估方法。
背景技术
在进入21世纪后，锂离子电池在能量密度、倍率、循环寿命等方面取得了长足的提升，遍布生活的各个领域，特别是3C产品已经成为生活中不可或缺的工具。锂离子电池作为3C产品的主要电源方案，其安全性始终是消费者关注的重点因素。
隔膜作为锂电池四大主材之一，其主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，避免造成电池内部热失控着火，可以说隔膜的性能对电芯安全性有十分巨大的影响。目前3C行业追求电池的轻薄性和高容量导致在锂电池设计端对隔膜性能的要求越来越高。因此，隔膜性能的评估方法特别是热力学性能的评估是十分必要的。
基于当前锂离子电池的卷绕结构来看，隔膜将正负极片隔开，且在宽度方向长度大于极片长度，并且卷绕结构最中心处极片会与极耳连接。正因为卷绕结构的复杂性，在卷芯被加热的情况下，卷芯各处的热量聚集情况并不一致，同样内部隔膜的受热情况也不一致，因此，该种状态下隔膜的热收缩情况与隔膜自然舒展状态下会存在差异。而目前的隔膜热力学测试方法，通常仅仅测试隔膜在自然舒展情况下的热收缩情况，也就是说，用这样的收缩数据来评估一款隔膜应用在锂离子电池中的热安全性是存在一定误差的。
有鉴于此，确有必要提供一种新的隔膜热收缩评估方法，以准确有效地评估隔膜在软包电芯中的热收缩性。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种隔膜热收缩评估方法，提高隔膜热收缩评估的准确性和可操作性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种隔膜热收缩评估方法，包括以下步骤：
1)取待测隔膜，在其上做好十字标记，所述十字标记包括横向线条和纵向线条，测量所述横向线条和所述纵向线条的原始长度X1和Y1；
2)将做好十字标记的待测隔膜与正极片和负极片卷绕成电芯，隔膜位于正极片和负极片之间；
3)将卷绕得到的电芯置于指定测试温度下恒温一定时间后取出，拆解，取出隔膜进行评估；
4)测量隔膜上十字标记冷却到室温后所述横向线条和所述纵向线条的长度X2和Y2，计算隔膜横向收缩率(X1-X2)/X1和纵向收缩率(Y1-Y2)/Y1，同时测量并计算隔膜边缘圆弧形缩进区的近似面积S1，计算近似面积S1与隔膜卷绕单折面积S的比值S1/S；
5)将纵向收缩率以及面积比值作为评估指标，评估所测隔膜存在的安全风险等级。
作为本发明所述的隔膜热收缩评估方法的一种改进，步骤1)中，在待测隔膜上做十字标记时，十字标记均布在隔膜的长度方向上和宽度方向上。
作为本发明所述的隔膜热收缩评估方法的一种改进，步骤4)中，所述隔膜边缘圆弧缩进区的近似面积S1＝1/2XY，其中，X为圆弧缩进区的横向长度，Y为圆弧缩进区的纵向最大高度。
作为本发明所述的隔膜热收缩评估方法的一种改进，步骤5)中，评估时具体统计以下数值：纵向收缩率分别为3～5％和大于5％的个数、以及面积比值分别为3～5％和大于5％的个数。
作为本发明所述的隔膜热收缩评估方法的一种改进，所述安全风险等级分为高风险、较高风险、中风险、较低风险和低风险五个等级。
作为本发明所述的隔膜热收缩评估方法的一种改进，当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数均大于0时，则所测隔膜评估为高风险。
作为本发明所述的隔膜热收缩评估方法的一种改进，当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数中有一者大于0时，则所测隔膜评估为较高风险。
作为本发明所述的隔膜热收缩评估方法的一种改进，当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数均小于1，且纵向收缩率为3～5％的个数和面积比值为3～5％的个数均大于1时，则所测隔膜评估为中风险。
作为本发明所述的隔膜热收缩评估方法的一种改进，当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数均小于1，且纵向收缩率为3～5％的个数和面积比值为3～5％的个数中有一者大于1时，则所测隔膜评估为较低风险。
作为本发明所述的隔膜热收缩评估方法的一种改进，当纵向收缩率大于5％的个数、面积比值大于5％的个数、纵向收缩率为3～5％的个数以及面积比值为3～5％的个数均小于1时，则所测隔膜评估为低风险。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供一种隔膜热收缩评估方法，模拟软包电芯中隔膜的实际状态，采用未注液的不带电卷绕电芯进行测试，该评估方法简单、安全，大大提高了隔膜热收缩测量评估的准确性和可操作性，可有效地评估隔膜在软包电芯中的热收缩性。
附图说明
图1是在待测隔膜上所做十字标记的结构示意图。
图2是实施例中卷芯的结构示意图。
图3是实施例中隔膜边缘圆弧缩进区和隔膜卷绕单折的结构示意图。
图4是实施例中隔膜展开的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
本发明提供一种隔膜热收缩评估方法，包括以下步骤：
1)取待测隔膜，在其上做好十字标记，十字标记均布在隔膜的长度方向上和宽度方向上，十字标记包括横向线条和纵向线条，测量横向线条和纵向线条的原始长度X1和Y1；
2)将做好十字标记的待测隔膜与正极片和负极片卷绕成电芯，隔膜位于正极片和负极片之间；
3)将卷绕得到的电芯置于指定测试温度下恒温一定时间后取出，拆解，取出隔膜进行评估；
4)测量隔膜上十字标记冷却到室温后横向线条和纵向线条的长度X1和Y1，计算隔膜横向收缩率(X1-X2)/X1和纵向收缩率(Y1-Y2)/Y1，同时测量并计算隔膜边缘圆弧形缩进区的近似面积S1，隔膜边缘圆弧缩进区的近似面积S1＝1/2XY，其中，X为圆弧缩进区的横向长度，Y为圆弧缩进区的纵向最大高度；最后计算近似面积S1与隔膜卷绕单折面积S的比值S1/S；
5)将纵向收缩率以及面积比值作为评估指标，评估所测隔膜存在的安全风险等级。评估时具体统计以下数值：纵向收缩率分别为3～5％和大于5％的个数、以及面积比值分别为3～5％和大于5％的个数。安全风险等级分为高风险、较高风险、中风险、较低风险和低风险五个等级。
具体评估标准如下：
当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数均大于0时，则所测隔膜评估为高风险；
当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数中有一者大于0时，则所测隔膜评估为较高风险；
当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数均小于1，且纵向收缩率为3～5％的个数和面积比值为3～5％的个数均大于1时，则所测隔膜评估为中风险；
当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数均小于1，且纵向收缩率为3～5％的个数和面积比值为3～5％的个数中有一者大于1时，则所测隔膜评估为较低风险；
当纵向收缩率大于5％的个数、面积比值大于5％的个数、纵向收缩率为3～5％的个数以及面积比值为3～5％的个数均小于1时，则所测隔膜评估为低风险。
下面结合实施例，举例说明本发明的实施方案。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不意在限制本发明要求保护的范围。
实施例
一种隔膜热收缩评估方法，包括以下步骤：
1)取待测隔膜，如图1所示，在其上做好十字标记，十字标记均布在隔膜的长度方向上和宽度方向上，十字标记包括横向线条和纵向线条，测量横向线条和纵向线条的原始长度X1和Y1；
2)将做好十字标记的待测隔膜与正极片和负极片卷绕成如图2所示的电芯，隔膜位于正极片和负极片之间；
3)将卷绕得到的电芯置于130℃下分别恒温0.5h、1h、2h和6h后取出，拆解，取出隔膜进行评估；
4)测量隔膜上十字标记冷却到室温后横向线条和纵向线条的长度X2和Y2，计算隔膜横向收缩率(X1-X2)/X1和纵向收缩率(Y1-Y2)/Y1，同时测量并计算隔膜边缘圆弧形缩进区的近似面积S1，如图3所示，隔膜边缘圆弧缩进区的近似面积S1＝1/2XY，其中，X为圆弧缩进区的横向长度，Y为圆弧缩进区的纵向最大高度；最后计算近似面积S1与隔膜卷绕单折面积S的比值S1/S；
5)统计纵向收缩率分别为3～5％和大于5％的个数、以及面积比值分别为3～5％和大于5％的个数，以此作为评估指标，评估所测隔膜存在的安全风险等级。
需要说明的是，以上评估过程中，横向为隔膜的卷绕方向，纵向为垂直于隔膜卷绕方向。
对比例
一种隔膜热收缩评估方法，包括以下步骤：
1)取待测隔膜，如图1所示，在其上做好十字标记，十字标记均布在隔膜的长度方向上和宽度方向上，十字标记包括横向线条和纵向线条，测量横向线条和纵向线条的原始长度X1和Y1；
2)如图4所示，将做好十字标记的待测隔膜呈展开状态置于130℃下分别恒温0.5h、1h、2h和6h后取出，进行评估；
4)测量隔膜上十字标记冷却到室温后横向线条和纵向线条的长度X2和Y2，计算隔膜横向收缩率(X-X1)/X和纵向收缩率(Y-Y1)/Y。
评估结果
1、取两张同一批次规格相同的隔膜，一张采用实施例的方法进行评估，一张采用对比例的方法进行评估，测得横向收缩率和纵向收缩率如表1所示。
表1隔膜横向收缩率和纵向收缩率
2、取3种不同种类的隔膜，分别采用实施例的方法进行评估，得到结果如表2所示。
表2评估结果
由上测试评估结果可以看出：
1)对比例中隔膜热收缩评估方式为将舒展的隔膜置于高温进行一定时间保温后测试隔膜热处理前后横纵方向的平均收缩率，该评估方法与本发明的评估方法所得结果是存在差异的，一方面，隔膜在电芯卷绕状态下隔膜各横纵方向受到拉力不同，隔膜在其软化温度时是否受力将对其收缩造成极大影响；另一方面，卷绕结构中金属极耳处导热差异将导致隔膜局部温度升高速度较快，从而导致局部区域收缩大于其他区域。以上是对比例所没有考虑的。
2)本发明对测量计算得到的相关数值进行统计，以纵向收缩率和隔膜边缘弧形缩进区的近似面积与隔膜卷绕单折面积的比值作为评估指标，确定合适的评估标准，对隔膜的热收缩性和安全性进行等级评估，准确性更高。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种隔膜热收缩评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取待测隔膜，在其上做好十字标记，所述十字标记包括横向线条和纵向线条，测量所述横向线条和所述纵向线条的原始长度X1和Y1；
2)将做好十字标记的待测隔膜与正极片和负极片卷绕成电芯，隔膜位于正极片和负极片之间；
3)将卷绕得到的电芯置于指定测试温度下恒温一定时间后取出，拆解，取出隔膜进行评估；
4)测量隔膜上十字标记冷却到室温后所述横向线条和所述纵向线条的长度X2和Y2，计算隔膜横向收缩率(X1-X2)/X1和纵向收缩率(Y1-Y2)/Y1，同时测量并计算隔膜边缘圆弧形缩进区的近似面积S1，计算近似面积S1与隔膜卷绕单折面积S的比值S1/S；
5)将纵向收缩率以及面积比值作为评估指标，评估所测隔膜存在的安全风险等级。
2.根据权利要求1所述的隔膜热收缩评估方法，其特征在于，步骤1)中，在待测隔膜上做十字标记时，十字标记均布在隔膜的长度方向上和宽度方向上。
3.根据权利要求1所述的隔膜热收缩评估方法，其特征在于，步骤4)中，所述隔膜边缘圆弧缩进区的近似面积S1＝1/2XY，其中，X为圆弧缩进区的横向长度，Y为圆弧缩进区的纵向最大高度。
4.根据权利要求1所述的隔膜热收缩评估方法，其特征在于，步骤5)中，评估时具体统计以下数值：纵向收缩率分别为3～5％和大于5％的个数、以及面积比值分别为3～5％和大于5％的个数。
5.根据权利要求1所述的隔膜热收缩评估方法，其特征在于，所述安全风险等级分为高风险、较高风险、中风险、较低风险和低风险五个等级。
6.根据权利要求1所述的隔膜热收缩评估方法，其特征在于，当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数均大于0时，则所测隔膜评估为高风险。
7.根据权利要求1所述的隔膜热收缩评估方法，其特征在于，当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数中有一者大于0时，则所测隔膜评估为较高风险。
8.根据权利要求1所述的隔膜热收缩评估方法，其特征在于，当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数均小于1，且纵向收缩率为3～5％的个数和面积比值为3～5％的个数均大于1时，则所测隔膜评估为中风险。
9.根据权利要求1所述的隔膜热收缩评估方法，其特征在于，当纵向收缩率大于5％的个数以及面积比值大于5％的个数均小于1，且纵向收缩率为3～5％的个数和面积比值为3～5％的个数中有一者大于1时，则所测隔膜评估为较低风险。
10.根据权利要求1所述的隔膜热收缩评估方法，其特征在于，当纵向收缩率大于5％的个数、面积比值大于5％的个数、纵向收缩率为3～5％的个数以及面积比值为3～5％的个数均小于1时，则所测隔膜评估为低风险。
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