鋰離子電池用隔膜高溫性能檢測

崔雪紅

（天津市捷威動力工業有限公司，天津 300384）

隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，它位于電池內部正負極之間，保證鋰離子通過的同時，阻礙電子傳輸。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性[1]，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜的熱收縮率是指隔膜加熱前后的尺寸變化率，是評價隔膜熱性能的重要指標，鋰離子電池要求隔膜的受熱收縮率小，否則會引起短路，引發電池熱失控，因此準確檢測隔膜受熱收縮率，對隔膜高溫性能評價至關重要。

1 檢測方案制定與實施

1.1 設計依據

國標GB/T 31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》中，規定鋰離子電池升溫至130℃，保持30min 以內不起火、不爆炸；以此國標要求作為檢測方案的設計依據。

參考國標《GB/T 12027-2004 塑料薄膜和薄片加熱尺寸變化率試驗方法》中試驗方法設計檢測方案（見圖1）。

圖1

量具：準備了不同精度的量具：鋼直尺、游標卡尺。從理論上分析，游標卡尺的精度為0.01mm，鋼直尺的精度為0.5mm，采用游標卡尺作為量具能夠得到更加精確的數據；實際操作時發現，游標卡尺測試隔膜尺寸時無法定位，不適用，最終選擇鋼直尺作為測試量具。

1.2 裁切方式

直接裁切標準片：將隔膜直接裁切成規定尺寸，進行測試；畫格法：將隔膜裁成較大尺寸的樣品，在裁好的樣品上畫出規定尺寸的矩形，進行測試。

實驗發現：烘烤后，直接裁切標準片的隔膜邊緣卷曲，無法測量；畫格法的樣品測量位置未卷曲，能夠得到準確的測量數據。

1.3 裁切尺寸 將隔膜裁切成不同尺寸的樣品進行測試，試驗發現，不同裁切尺寸測得的熱收縮率不同，因此評價不同批次隔膜的熱收縮時，應裁切相同尺寸的樣品進行測試。裁切尺寸過大隔膜容易褶皺，測試數據準確性越差，尺寸過小數據無法表征 TD、MD 的各向異性；數據表明，100×100mm 的裁切尺寸數據穩定，且能表征TD、MD的各向異性，因此選定100×100mm 為測試熱收縮的固定裁切尺寸（見圖2）。

圖2

1.4 樣品放置方式

嘗試了直接平鋪、盒裝、紙張壓制等多種放置方式；實驗發現直接平鋪、盒裝等無垂直方向壓制力的放置方式，烘烤后樣品褶皺嚴重，無法準確測量；用紙張壓制的放置方式褶皺較少，可以準確測量；但是壓制紙張的厚度對測試數據有影響（見圖3）。

選定：用A4 紙壓制樣品，每兩層A4 紙之間放置一層隔膜，最多不超過3 層樣品。

圖3

1.5 烘烤溫度

不用規格烘箱的控溫精度不同，國標規定烘箱溫度波動最低±2℃，最高可達±12.5℃；分別以120、125、130、135、140℃為工作溫度進行測試，發現±5℃的溫度波動，帶來明顯的測試偏差；因此隔膜熱收縮需要使用控溫精度高的烘箱，方可得到準確的數據（見圖4）。

圖4

1.6 測試設備

選用進口的高精度烘箱（溫度波動性≤±1.5℃）；對烘箱的控溫精度驗證測試數據如下，經過驗證，確認該烘箱控溫精度能夠滿足測試要求（見圖5）。

圖5

1.7 烘烤時間

分別進行烘烤 0.5h、1h、1.5h 的測試實驗，發現熱收縮率與烘烤時間成正相關；因此熱收縮測試應嚴格控制烘烤時間，可選用帶定時功能的烘箱，或采用帶提醒功能的定時器、鬧鐘等輔助工具（見圖6）。

圖6

測試穩定性驗證：重復性測試數據極差為0.5%（見圖 7 和表 1）。

圖7

表1

2 小結

開發建立了鋰離子電池用隔膜高溫性能檢測方法，確定測試參數如下：

樣品裁切尺寸為100×100mm；量具為鋼直尺（精度0.5mm）；測試溫度130℃±1.5℃（烘箱控溫精度）；烘烤時間1h（計時精準到min）；該檢測方法數據穩定、可信，重復性測試極差為0.5%。