CN207488137U

CN207488137U - 隔膜透气度测试装置

Info

Publication number: CN207488137U
Application number: CN201721227102.2U
Authority: CN
Inventors: 袁庆华; 杨俊�; 赵悠曼; 乔亚非
Original assignee: Dongguan Chuangming Battery Technology Co Ltd
Current assignee: Dongguan Chuangming Battery Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-06-12
Anticipated expiration: 2027-09-21

Abstract

本实用新型提供了一种隔膜透气度测试装置，属于电池生产领域，机座、底端开口的气筒、活塞、用于驱动活塞滑动的夹头、设于夹头上且用于感测活塞在滑动过程中受到的阻力的感应单元、隔膜固定机构及控制单元。本实用新型提供的隔膜透气度测试装置，测试时气筒中无需形成密封或者真空的腔体，整体结构简单，使用常规的拉力机也可以完成对活塞的牵拉及对压力的测试，能够有效降低使用成本。

Description

隔膜透气度测试装置

技术领域

本实用新型属于电池生产技术领域，更具体地说，是涉及一种隔膜透气度测试装置。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、小型化、超薄化、轻量化和安全性高等多种优势，可制成多种形状与容量的电池，进而满足各种产品的需要，且使用安全性和环保性能都比较好，因而锂离子电池广泛应用于电子产品或新能源汽车领域中。锂离子电池中的隔膜是电池的关键内层组件之一。隔膜的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，此外还具有能使电解质离子通过的功能，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔材料。隔膜透过离子的能力是表征隔膜性能的重要参数之一，其往往和隔膜的透气度相关，因此测试隔膜的透气度是获知隔膜透过离子能力的重要手段。

薄片类多孔材料的透气度一般通过透气度测试仪进行测试，现有的透气度测试仪一般通过两种原理进行测试：1)在稳定的压力下，测定一定体积的气体流过特定面积的试样所需要的时间，一般是通过气缸结构提供一定的压力，活塞滑动的过程中两个腔体之间的压缩空气通过透气膜，实验人员用秒表记录气体透过的时间，这种方法是人员记录时间，误差较大，而且测试时间较长；2) 在试片一侧施加一定的压力的测量气体，在另一侧抽真空，在试片上形成压力差，使实验气体在试片中扩散并徐徐通过，真空侧压力增加，压力与时间呈线性变化，进而能计算得到气体透过系数和气体透过量，该测试方法较为准确，但设备结构复杂，使用成本也很高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种隔膜透气度测试装置，以解决现有技术中存在的透气度测试设备结构复杂，使用成本高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种隔膜透气度测试装置，包括：机座、固设于所述机座上且底端开口的气筒、与所述气筒的顶部滑动连接且底端伸入所述气筒内部的活塞、分别连接所述活塞的顶端和所述机座且用于驱动所述活塞滑动的夹头、设于所述夹头上且用于感测所述活塞在滑动过程中受到的反作用力的感应单元、用于固定隔膜的隔膜固定机构及分别与所述夹头和所述感应机构连接的控制单元，所述活塞底端的外周与所述气筒的内壁密封连接。

进一步地，所述气筒通过气筒固定机构与所述机座固接，所述气筒固定机构包括气筒支撑架及用于夹持固定所述气筒的气筒卡子。

进一步地，所述气筒的内径为3cm-10cm。

进一步地，所述隔膜固定机构包括套装与所述气筒外周且用于与所述气筒外壁配合夹持固定隔膜的隔膜卡子。

进一步地，所述隔膜卡子的内壁设有夹紧垫。

进一步地，所述夹紧垫为橡胶垫或布垫。

进一步地，所述气筒的外壁设有与所述隔膜卡子卡接且用于防止所述隔膜卡子沿平行于所述气筒中轴方向移动的环形固定槽。

进一步地，所述控制单元包括设于所述机座外部的计算机。

进一步地，所述活塞包括与所述气筒滑动连接的活塞杆及设于所述活塞杆底端的活塞头，所述活塞头的外径大于所述活塞杆的外径。

进一步地，所述活塞头的底面为向所述活塞头底侧凸出的曲面。

本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型隔膜透气度测试装置,在机座上设置简单的用于牵拉活塞的夹头，并在夹头上设置能够感知活塞阻力的感应单元即可完成测试，气筒中无需形成密封或者真空的腔体，无需外加的气瓶或者抽真空设备等，装置整体结构简单，使用常规的拉力机也可以完成对活塞的牵拉及对压力的测试，能够有效降低使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的隔膜透气度测试装置的使用状态示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的隔膜透气度测试装置的使用状态示意图二；

图3为本实用新型实施例采用的隔膜卡子的俯视结构示意图；

图4为隔膜5的结构示意图；

图5为本实用新型实施例采用的活塞头的受力分析图；

图6为图1的A部放大图。

其中，图中各附图标记：

1-机座；2-气筒；3-活塞；301-活塞杆；302-活塞头；4-夹头；5-隔膜；6-固定机构；601-隔膜卡子；602-夹紧垫；7-控制单元；701-计算机；8-气筒支撑架；9-气筒卡子；10-环形固定槽

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1及图2，现对本实用新型提供的隔膜透气度测试装置进行说明。所述隔膜透气度测试装置，包括机座1、固设于机座1上且底端开口的气筒2、与气筒2的顶部滑动连接且底端伸入气筒2内部的活塞3、分别连接活塞3的顶端和机座1且用于驱动活塞3滑动的夹头4、设于夹头4上且用于感测活塞3在滑动过程中受到的阻力的感应单元、用于固定隔膜5的隔膜固定机构6及分别与夹头4和感应单元连接的控制单元7，活塞3底端的外周与气筒2 的内壁密封连接。

气筒2底部具有开口，在测试过程中，在开口处覆盖隔膜5后，能将活塞 3与开口之间的腔体通过隔膜5与外界隔开，使活塞3向下匀速滑动，并测量在滑动过程中活塞杆受到的最大阻力，推倒出透气度与该阻力的关系式，进而能推算出样品的透气度。该测试是在常压下进行，无需向气筒2中充入气体，也无需将气筒2内部抽真空。

本实用新型提供的隔膜透气度测试装置，与现有技术相比，在机座1上设置简单的用于牵拉活塞的夹头4，并在夹头4上设置能够感知活塞3阻力的感应单元即可完成测试，气筒2中无需形成密封或者真空的腔体，无需外加的气瓶或者抽真空设备等，装置整体结构简单，使用常规的拉力机也可以完成对活塞3的牵拉及对压力的测试，能够有效降低使用成本。

进一步地，请一并参阅图1及图2，作为本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的一种具体实施方式，气筒2通过气筒固定机构与机座1固接，气筒固定机构包括与机座1连接的气筒支撑架8及与气筒支撑架8连接且用于夹持固定气筒2的气筒卡子9。通过夹持固定气筒2，便于装卸，提高使用便捷性。

可选地，气筒支撑架8在垂直于气筒2中轴的方向上与机座1滑动连接，气筒卡子9在平行于气筒2中轴的方向上与气筒支撑架8滑动连接，能够方便的调整气筒2在机座1上的位置，以便于对准夹头4的位置。

进一步地，作为本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的一种具体实施方式，气筒2的内径为3cm-10cm。保证装卸方便，同时有利于保证活塞2与气筒 2接触位置的气密性。

进一步地，参阅图1至图3，作为本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的一种具体实施方式，隔膜固定机构6包括套装于气筒2外周且用于与气筒2 外壁配合夹持固定隔膜5的隔膜卡子601。隔膜卡子601为抱箍结构，通过螺栓拧紧相对设置的两个半圆箍，进而使隔膜5与气筒2外壁紧密贴合并固定。

进一步地，请参阅图3，作为本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的一种具体实施方式，隔膜卡子601的内壁设有夹紧垫602。夹紧垫602主要用于增强隔膜卡子601与隔膜5之间的摩擦力，保证能牢固固定隔膜5。

进一步地，作为本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的一种具体实施方式，夹紧垫602为橡胶垫或布垫。橡胶垫或布垫本身具有一定弹性，能保证隔膜5与气筒2的外壁紧密贴合，同时摩擦力也较大，固定更加牢固。

进一步地，参阅图1，作为本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的一种具体实施方式，为了防止在隔膜卡子601在测试过程中滑落导致夹紧失效，气筒2的外壁设有与隔膜卡子601卡接且用于防止隔膜卡子601沿平行于气筒2 中轴方向移动的环形固定槽10。具体地，环形固定槽10能容纳隔膜卡子601 的内环面，进而起到轴向卡接限位的作用。

可选地，环形固定槽10为弧面型槽，加工简单，定位效果好。该弧面型槽的深度与气筒2侧壁的厚度之比为1:3-1:2。

进一步地，参阅图1，作为本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的一种具体实施方式，为了保证隔膜5在测试的时候处于张紧的状态，就需要使隔膜 5能与气筒2的底端紧密接触，气筒2底端的外周设有圆角结构，该圆角结构能使隔膜5与气筒2底端的接触面积增加，有助于保证隔膜5的张紧程度。

进一步地，请参阅图1及图2，作为本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的一种具体实施方式，控制单元7包括设于机座外部的计算机701。计算机 701便于测试人员进行控制操作以及处理操作，例如输入新的指令，或者根据感测数据计算透气度，有利于提高工作效率。

进一步地，请参阅图1及图2，作为本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的一种具体实施方式，活塞3包括与气筒2滑动连接的活塞杆301及设于活塞杆301底端的活塞头302，活塞头302的外径大于活塞杆301的外径。活塞头302的外周用于与气筒2的内壁密封连接，结构简单，气密性好。

进一步地，请参阅图1、图2及图5，作为本实用新型提供的隔膜透气度测试装置的一种具体实施方式，活塞头302的底面为向活塞头302底侧凸出的曲面。底端的曲面有利于使活塞头302受力均匀，提高测试的准确性。

本实用新型的隔膜透气度测试装置的测试方法，包括如下步骤：

当气筒2底端不加装隔膜时，通过夹头4带动活塞3以预设速度匀速从气筒2顶部向气筒2底部滑动，感应单元感测活塞3受到的与运动方向反向的空置阻力，并记录空置阻力的最大值；

在气筒2底端加装透气度已知的隔膜5，通过夹头4带动活塞3以预设速度匀速从气筒2顶部向气筒2底部滑动，感应单元感测活塞3受到的与运动方向反向的覆膜阻力，并记录覆膜阻力的最大值；

将隔膜更换为其他透气度已知的隔膜5，每个透气度已知的隔膜5的透气度互不相同，并分别测量覆膜阻力，记录覆膜阻力的最大值；

根据空置阻力的最大值以及多组已知的透气度和与已知的透气度对应的覆膜阻力，得到透气度和覆膜阻力最大值的拟合曲线；

在气筒2底端加装透气度未知的隔膜，通过夹头4带动活塞3以预设速度匀速从气筒2顶部向气筒2底部滑动，感应单元感测活塞3受到的与运动方向反向的覆膜阻力，并记录覆膜阻力的最大值；

通过拟合曲线以及透气度未知的隔膜5的覆膜阻力，得到透气度未知的隔膜5的透气度。

在气筒2底部加装隔膜的情况下，活塞3若向气筒2底部匀速运动，当覆膜阻力达到最大值的时候，活塞3处于受力平衡的状态，则活塞3受到的向下的推力F等于气筒2对活塞3的摩擦力f₀和气体对活塞3向上的阻力f之和，图5示出了该受力平衡状态，受力关系为F＝f₀+f。

由于隔膜5受孔隙率、孔径曲折度等影响，导致在活塞3的匀速推动下，隔膜5对气体透过程度不一样，因此在气筒2中的未透过隔膜5的气体对活塞 3匀速运动过程中形成的覆膜阻力就反映了隔膜的透气的能力，覆膜阻力越大，则透气度值越大，透气时间就越长，覆膜阻力和透气度之间线性相关。

图4中示出的三种孔隙结构的隔膜，(1)为孔隙较少的隔膜，(2)为孔隙较多的隔膜，(3)为孔径曲折的隔膜。

与现有技术相比，该测试方法依据覆膜阻力和透气度之间线性相关的关系，在常压下通过测量获得空置阻力的最大值，该空置阻力的最大值与气筒对活塞杆的摩擦力相等，且与该线性关系常数项相关，再通过在常压下测量若干个已知透气度样品和覆膜阻力的关系，拟合出透气度与覆膜阻力的拟合曲线，后续对未知样品的测量只需测出该样品在同样条件下的覆膜阻力并带入该拟合曲线即可得到未知样品的透气度，无需记录时间参数，测试方法简单，测试时间短，且准确率高。

需要注意的是，在活塞3滑动之前，活塞3的底部位于气筒2内顶部。

具体地，通过夹头4带动活塞3以预设速度匀速从气筒2顶部向气筒2底部滑动的过程包括：

在控制单元7中设置夹头4为压缩模式，并设定预设速度数值；

启动夹头4的驱动架构，使夹头4带动活塞3从气筒2顶部向气筒2底部滑动。

进一步地，预设速度为50mm/min-300mm/min。速度过快，则容易导致张紧的隔膜5变形甚至破裂；速度过慢，则会延长测试时间，不利于提高测试效率。

进一步地，根据空置阻力的最大值以及三组至五组已知的透气度和与已知的透气度对应的覆膜阻力，得到透气度和覆膜阻力最大值的拟合曲线。即需要对三个至五个的已知透气度的隔膜5进行测试。

具体地，已知透气度的隔膜5包括与隔膜同类型的干法隔膜和湿法隔膜。

在一个具体实施方式中，选用三个已知透气度的隔膜进行测试，第一个隔膜的透气度为S₁，其测试得到的最大覆膜阻力为F₁；第二个隔膜的透气度为S₂，其测试得到的最大覆膜阻力为F₂；第一个隔膜的透气度为S₃，其测试得到的最大覆膜阻力为F₃。使用三个隔膜在平衡状态下气体对活塞3向上的阻力分别为： f₁＝F₁-f₀；f₂＝F₂-f₀；f₃＝F₃-f₀。将三个隔膜在平衡状态下气体对活塞3向上的阻力值和三个隔膜的透气度S₁、S₂和的S₃数值录入同一个坐标系中拟合成曲线，该拟合曲线表明隔膜的透气度和在平衡状态下气体对活塞3向上的阻力为线性关系，其关系式为：S＝aF+b (1)

其中：S为隔膜的透气度数值，a为常数，F为覆膜阻力的最大值，b为常数。覆膜阻力的数值均为在同样的设备上测试得到的数值。

在测量未知透气度的隔膜时，同样测得覆膜阻力的最大值F_x，带入关系式 (1)，即得到该未知透气度的隔膜的透气度S_x。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.隔膜透气度测试装置，其特征在于：包括机座、固设于所述机座上且底端开口的气筒、与所述气筒的顶部滑动连接且底端伸入所述气筒内部的活塞、分别连接所述活塞的顶端和所述机座且用于驱动所述活塞滑动的夹头、设于所述夹头上且用于感测所述活塞在滑动过程中受到的反作用力的感应单元、用于固定隔膜的隔膜固定机构及分别与所述夹头和所述感应单元连接的控制单元，所述活塞底端的外周与所述气筒的内壁密封连接。

2.如权利要求1所述的隔膜透气度测试装置，其特征在于：所述气筒通过气筒固定机构与所述机座固接，所述气筒固定机构包括气筒支撑架及用于夹持固定所述气筒的气筒卡子。

3.如权利要求1所述的隔膜透气度测试装置，其特征在于：所述气筒的内径为3cm-10cm。

4.如权利要求1所述的隔膜透气度测试装置，其特征在于：所述隔膜固定机构包括套装与所述气筒外周且用于与所述气筒外壁配合夹持固定隔膜的隔膜卡子。

5.如权利要求4所述的隔膜透气度测试装置，其特征在于：所述隔膜卡子的内壁设有夹紧垫。

6.如权利要求5所述的隔膜透气度测试装置，其特征在于：所述夹紧垫为橡胶垫或布垫。

7.如权利要求4所述的隔膜透气度测试装置，其特征在于：所述气筒的外壁设有与所述隔膜卡子卡接且用于防止所述隔膜卡子沿平行于所述气筒中轴方向移动的环形固定槽。

8.如权利要求1所述的隔膜透气度测试装置，其特征在于：所述控制单元包括设于所述机座外部的计算机。

9.如权利要求1所述的隔膜透气度测试装置，其特征在于：所述活塞包括与所述气筒滑动连接的活塞杆及设于所述活塞杆底端的活塞头，所述活塞头的外径大于所述活塞杆的外径。

10.如权利要求9所述的隔膜透气度测试装置，其特征在于：所述活塞头的底面为向所述活塞头底侧凸出的曲面。