CN114136954A - 锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法 - Google Patents

锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法,该方法包括:(1)将隔膜进行第一阶段煅烧,以便去除所述隔膜表层的有机类物质;(2)将步骤(1)得到的煅烧产物进行第二阶段煅烧,以便去除隔膜内部的有机类物质;(3)将步骤(2)得到的灰分进行ICP测试,以便得到锂离子电池隔膜中的金属异物含量。由此,该方法取样面积大,并且在不增加测试成本的同时可以快速准确的反映出隔膜中整体的金属异物含量情况,从而为评估隔膜质量提供有效手段。

Description

锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域,具体涉及一种锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法。
背景技术
锂离子电池隔膜是锂离子电池的关键组件,在电池中主要承担隔离正负极片和导通锂离子的作用。如果隔膜中含有金属异物,就会导致隔膜在电池中有金属异物的位置隔离正负极的效果降低,隔膜在高电压下容易被击穿,导致电池的短路,影响电池安全性的提升。行业内要求没有使用过的隔膜中Fe元素的含量一般不超20ppm,如果超过这一数值,用于电池制作后遇到高电压(直流电压一般>150V)容易发生隔膜被击穿现象,从而导致隔膜不能有效隔离正负极使电池发生短路。
现有测试隔膜中金属异物的方法为ICP测试法。具体操作步骤为:取隔膜样品剪碎,称量0.1g左右样品,然后加入到微波消解罐中,再加入优级纯硝酸使样品没入液面以下,然后安装好消解装置,装入微波消解仪中,选择升温程序(80℃-200℃程序升温并在200℃保温30min),消解完待冷却后取出消解管,确认是否消解完全,最后转移到容量瓶中,并定容摇匀待测试,使用ICP测试给出金属异物的定量结果。
现有测试隔膜金属异物的方法在设计上的主要问题是取样量太小,每次只能测试0.1g左右的样品。这是因为隔膜本身主要是聚烯烃物质,聚烯烃物质本身耐酸碱性比较好,取样量大,样品不容易在酸中充分溶解。但因为金属异物在隔膜中的分布是不规律的,取样量少,使得隔膜中的金属异物就不容易被探测到。如果增加样品测试量,就需要进行不同位置的取样,做大量的ICP实验去探测,这增加了测试的成本,工作效率受到影响。
因此,现有的锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法,该方法取样面积大,并且在不增加测试成本的同时可以快速准确的反映出隔膜中整体的金属异物含量情况,从而为评估隔膜质量提供有效手段。
在本发明的一个方面,本发明提出了一种锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法,根据本发明的实施例,该方法包括:
(1)将隔膜进行第一阶段煅烧,以便去除所述隔膜表层的有机类物质;
(2)将步骤(1)得到的煅烧产物进行第二阶段煅烧,以便去除隔膜内部的有机类物质;
(3)将步骤(2)得到的灰分进行ICP测试,以便得到锂离子电池隔膜中的金属异物含量。
根据本发明上述实施例的锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法,通过将隔膜进行第一阶段煅烧,使得隔膜表层的有机类物质得以充分挥发,然后将表层有机类物质充分挥发后的隔膜进行第二阶段煅烧,使得隔膜内部的有机类物质得以充分挥发,最后将经过第二阶段煅烧后得到的灰分进行ICP测试,即可得出隔膜中金属异物的含量。该方法取样面积大,并且在不增加测试成本的同时可以快速准确的反映出隔膜中整体的金属异物含量情况,从而为评估隔膜质量提供有效手段。
另外,根据本发明上述实施例的锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法,还可以具有如下附加的技术特征:
在本发明的一些实施例中,在步骤(1)中,所述第一阶段煅烧的温度为360~440℃,时间不少于4h。由此,可以去除隔膜表层的有机类物质。
在本发明的一些实施例中,在步骤(1)中,所述隔膜不少于10g。由此,可以充分反映出隔膜中整体的金属异物含量情况。
在本发明的一些实施例中,在步骤(2)中,所述第二阶段煅烧的温度为720~880℃,时间不少于4h。由此,可以去除隔膜内部的有机类物质。
在本发明的一些实施例中,所述ICP测试的过程包括:将所述步骤(2)得到的灰分和王水混合,然后加热到预定温度,进行保温和过滤,将得到的滤液转移至容量瓶中定容摇匀,最后对容量瓶中的溶液进行ICP测试。由此,可以准确评估出隔膜中金属异物的含量,有效提高隔膜中金属异物的检出率。
在本发明的一些实施例中,所述预定温度为180~220℃,所述保温时间为27~33min。由此,可以准确评估出隔膜中金属异物的含量,有效提高隔膜中金属异物的检出率。
在本发明的一些实施例中,将所述隔膜进行第一阶段煅烧和所述第二阶段煅烧是将所述隔膜置于坩埚中进行的。
在本发明的一些实施例中,预先对所述坩埚进行清洗,以便去除所述坩埚中的金属杂质。由此,可以准确评估出隔膜中金属异物的含量,有效提高隔膜中金属异物的检出率。
在本发明的一些实施例中,在将所述隔膜进行第一阶段煅烧之前,预先将所述隔膜进行熔融。由此,可以准确评估出隔膜中金属异物的含量,有效提高隔膜中金属异物的检出率。
在本发明的一些实施例中,所述熔融的温度不高于200℃。由此,方便将大面积的隔膜装入坩埚中。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是本发明一个实施例的锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法流程示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面,本发明提出了一种锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法。根据本发明的实施例,参考图1,该方法包括:
S100:将隔膜进行第一阶段煅烧
该步骤中,将隔膜进行第一阶段煅烧,隔膜达到冒烟但不产生明火的状态,进而使得隔膜表层的有机类物质得以充分挥发。具体的,锂离子电池隔膜是聚烯烃物质,主要成分为碳元素、氢元素等,优点是具有耐腐蚀的功能,缺点是不耐高温。该第一阶段煅烧在马弗炉中进行,当温度升高到200℃以上且不高于400℃时,隔膜表层的有机类物质就开始发生分解,并且其中的碳元素、氢元素等会以烟雾形式挥发出来,并且该过程中马弗炉应进行排风处理。同时为了使得隔膜表层的有机类物质充分挥发,第一阶段煅烧的时间不低于4h。优选地,本申请隔膜的样品量不少于10g,即可以选取大面积的隔膜进行测试,从而准确反映隔膜中金属异物含量信息。
S200:将步骤S100得到的煅烧产物进行第二阶段煅烧
该步骤中,将上述表层有机类物质充分挥发后的隔膜在马弗炉中于720~880℃下进行第二阶段煅烧,由于第二阶段煅烧的温度比第一阶段煅烧的温度高,隔膜内部的耐高温的有机类物质得以充分挥发,而隔膜中的金属异物仍旧留在灰分中。同时为了使得隔膜内部的耐高温的有机类物质充分挥发,第二阶段煅烧的时间不低于4h。
发明人发现,如果只通过一次高温煅烧,虽然能一次性去除隔膜表层和隔膜内的有机类物质,但在煅烧中会产生较大的烟雾,存在较大的安全隐患,且由于烟雾过大,会带走一定量的金属杂质,不能准确评估出隔膜中金属异物的含量,且会降低隔膜中金属异物的检出率。而本申请中将隔膜通过两次煅烧,能够较好地去除隔膜表层和隔膜内的有机类物质,然后用煅烧后得到的灰分做ICP测试,即可准确评估出隔膜中金属异物的含量以及有效提高锂离子电池隔膜中金属异物的检出率。
根据本发明的实施例,将上述隔膜进行第一阶段煅烧和第二阶段煅烧均是将上述隔膜置于坩埚中进行的,即先将隔膜置于坩埚中,然后将坩埚置于马弗炉中进行第一阶段煅烧和第二阶段煅烧。
进一步地,在将上述隔膜置于坩埚中之前,预先对坩埚进行清洗,以便去除上述坩埚中的金属杂质。以50mL的石英材质坩埚为例,将坩埚及盖子放入质量浓度为10%的高纯盐酸中,然后用电炉加热至沸腾,以去除坩埚中的杂质,再用纯水清洗干净,在90~120℃的鼓风干燥箱中干燥1~3h,然后将坩埚与盖子放入马弗炉中升温至700~900℃,煅烧1~3h,取出放入干燥器内至少1h,使其冷却至室温。
S300:将步骤S200得到的灰分进行ICP测试
该步骤中,首先将步骤S200得到的含有金属异物的灰分冷却后和王水混合,其中王水要完全浸没灰分,然后加热到预定温度180~220℃,进行保温27~33min后,使得灰分中的金属异物完全溶解在王水中,然后进行过滤,将得到的滤液转移至容量瓶中定容摇匀,最后对容量瓶中的溶液进行ICP测试,即可得到锂离子电池隔膜中的金属异物含量数据。
根据本发明上述实施例的锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法,通过将隔膜进行第一阶段煅烧,使得隔膜表层的有机类物质得以充分挥发,然后将表层有机类物质充分挥发后的隔膜进行第二阶段煅烧,使得隔膜内部的有机类物质得以充分挥发,最后将经过第二阶段煅烧后得到的灰分进行ICP测试,即可得出隔膜中金属异物的含量。该方法取样面积大,并且在不增加测试成本的同时可以快速准确的反映出隔膜中整体的金属异物含量情况,从而为评估隔膜质量提供有效手段。
根据本发明的实施例,上述方法还包括:在将所述隔膜进行第一阶段煅烧之前,预先将上述隔膜进行熔融。发明人发现,通过预先将隔膜进行熔融处理,取样量得到提高,并且在不增加测试成本的同时可以快速准确的反映出隔膜中整体的金属异物含量情况,从而为评估隔膜质量提供有效手段。优选地,该熔融的温度不高于200℃。
下面参考具体实施例,对本发明进行描述,需要说明的是,这些实施例仅仅是描述性的,而不以任何方式限制本发明。
实施例
(1)坩埚的处理:将50mL规格的石英材质坩埚及盖子放入质量浓度为10%的高纯盐酸中,用电炉加热至沸腾,以去除坩埚中的杂质,再用纯水清洗干净,在105℃的鼓风干燥箱中干燥2h,然后将坩埚与盖子放入马弗炉中升温至800℃,煅烧2h,取出放入干燥器内至少1h,使其冷却至室温;
(2)隔膜样品的取样:隔膜样品为没有在电池中使用过的上海恩捷SV9型号湿法9μm隔膜,孔隙率为40%左右,将隔膜在195℃下熔融处理2h,熔融后用陶瓷刀将隔膜熔融料切割成小块,然后将切割成小块的隔膜融熔料装入坩埚中,每个坩埚装料量为20g±5g,为保证实验的准确性,有2个坩埚装有隔膜融熔料样品,编号为样品1和样品2,样品1质量为20.1g,样品2质量为19.5g,1个坩埚为空白样。
(3)第一阶段煅烧:将装有隔膜熔融料的坩埚放入马弗炉,马弗炉温度设置到400℃进行煅烧,保持12h,过程中收集烟雾,经过滤处理后排放。
(4)第二阶段煅烧:在第一阶段煅烧结束后,将马弗炉温度设置到800℃煅烧,煅烧时间4h。
(5)样品的冷却:第二阶段煅烧结束后,马弗炉自然降温至室温,将得到的灰分取出放入干燥器中备用。
(6)ICP测试:将带有隔膜灰分的坩埚中加入王水,其中王水要完全浸没灰分,然后用加热炉将王水加热到200℃,保温30min,然后对不能溶解的物质进行过滤,将得到的滤液转移至容量瓶中定容摇匀,最后对容量瓶中的溶液进行ICP测试。两个隔膜样品中金属异物的各项成分和对应的含量见表1。
表1隔膜样品中金属异物的成分和含量
样品1(ppm) 样品2(ppm) 空白样(ppm)
ICP(Fe) 0.87 0.81 0.01
ICP(Ca) 50.49 48.61 0.06
ICP(Mg) 10.03 8.95 0.04
ICP(Na) 148.95 144.99 0.08
对比例
取上海恩捷SV9型号湿法9μm隔膜,孔隙率为40%左右,用陶瓷刀将隔膜剪碎,分别称量0.1g剪碎后的隔膜样品1和0.1005g的剪碎后的隔膜样品2加入到微波消解罐中,然后加入优级纯硝酸,使样品完全浸没在纯硝酸中,安装好消解装置,装入微波消解仪中,选择升温程序(80~200℃程序升温并在200℃时保温30min),待冷却后取出消解管,确认是否消解完全,然后转移到容量瓶中,并定容摇匀待测试,最后对容量瓶中的溶液进行ICP测试。两个隔膜样品中金属异物的各项成分和对应的含量见表2。
表2隔膜样品中金属异物的成分和含量
样品1(ppm) 样品2(ppm) 空白样(ppm)
ICP(Fe) <0.5 <0.5 0.01
ICP(Ca) 10.87 10.91 0.07
ICP(Mg) 1.41 1.50 0.04
ICP(Na) <1 <1 0.06
通过将实施例和对比例对比分析可知,从Fe元素的探测结果看,实施例能够探测出Fe元素的定量结果,而对比例由于Fe元素检出量低于仪器的探测范围而无法检出,其他元素也可以明显看到实施例中的检出量要明显高于对比例。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种锂离子电池隔膜中金属异物含量的测试方法,其特征在于,包括:
(1)将隔膜进行第一阶段煅烧,以便去除所述隔膜表层的有机类物质;
(2)将步骤(1)得到的煅烧产物进行第二阶段煅烧,以便去除隔膜内部的有机类物质;
(3)将步骤(2)得到的灰分进行ICP测试,以便得到锂离子电池隔膜中的金属异物含量。
2.根据权利要求1所述的测试方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述第一阶段煅烧的温度为360~440℃,时间不少于4h。
3.根据权利要求1或2所述的测试方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述隔膜不少于10g。
4.根据权利要求1所述的测试方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述第二阶段煅烧的温度为720~880℃,时间不少于4h。
5.根据权利要求1所述的测试方法,其特征在于,所述ICP测试的过程包括:将所述步骤(2)得到的灰分和王水混合,然后加热到预定温度,进行保温和过滤,将得到的滤液转移至容量瓶中定容摇匀,最后对容量瓶中的溶液进行ICP测试。
6.根据权利要求5所述的测试方法,其特征在于,所述预定温度为180~220℃,所述保温时间为27~33min。
7.根据权利要求1所述的测试方法,其特征在于,将所述隔膜进行第一阶段煅烧和所述第二阶段煅烧是将所述隔膜置于坩埚中进行的。
8.根据权利要求7所述的测试方法,其特征在于,预先对所述坩埚进行清洗,以便去除所述坩埚中的金属杂质。
9.根据权利要求1或8所述的测试方法,其特征在于,在将所述隔膜进行第一阶段煅烧之前,预先将所述隔膜进行熔融。
10.根据权利要求9所述的测试方法,其特征在于,所述熔融的温度不高于200℃。
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