[发明专利]一种锂电池隔膜闭孔-破膜温度检测装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种锂电池隔膜闭孔‑破膜温度检测装置及其测试方法，包括：圆柱加热主板、圆柱测试底板、锂电池隔膜、加热控制器、电加热棒、测温孔、热电偶、测阻孔、测阻传感器、测阻活动块、加热活动块、测温仪、测阻仪、加热孔、调节螺栓、弹簧、圆形密封环、矩形散热孔、螺栓，所述隔膜密封于圆柱测试底板空腔。使用方法：加热棒插入加热孔，温度和内阻在电脑实时显示；随着加热棒温度升高，装置温度升高，待温度升到一定值，隔膜微孔逐步闭合，阻值迅速升高，判定隔膜闭孔；当温度继续升高，隔膜破裂，阻值突然下降，此温度值为破膜温度。本发明使用方便、实时显示、内阻随温度同步变化、误差范围小。

技术领域

本发明涉及一种能准确检测锂电池隔膜闭孔-破膜温度的装置及其测试方法。

背景技术

随着科学技术的发展，锂电池已成为动力电池发展的主流，其具有比能量高、工作温度范围宽、放电平稳等优点，但目前在使用过程中还存在各种安全隐患，制约其发展。安全性是电池必须考虑的因素，其中隔膜的闭孔温度和破膜温度是锂离子电池保障安全性的重要指标。现有锂电池主要由正极、负极、电解液及隔膜组成，隔膜的主要作用是将正极和负极隔开，防止正负极片直接接触而产生短路，防止电子通过，允许离子通过；其性能的优劣决定着电池的界面结构和内阻，进而影响着锂电池的容量、循环性、充放电电流密度等关键特性，因此隔离膜性能的优劣对于提高电池的综合性能起重要的作用。当锂电池内部温度升高时，隔膜关闭微孔，阻止锂离子通过，切断正与负极之间的联系，使电池内部化学反应停止，提高电池的安全性。

锂电池隔膜的结构由大量微孔组成，孔径1μm以下。由于电池内部短路所产生的热量使其温度迅速升高，当温度升高到一定程度，隔膜微孔会慢慢闭合，使电池内阻增大，直到隔膜微孔完全闭合，电池内部正负极反应完全停止，其内部温度得到控制，防止“热失控”现象的发生，有效的阻止了锂电池爆炸或起火等安全事故的发生。隔膜闭孔温度值越低，锂电池在短路情况下关闭电池内部反应的时间越早，锂电池越安全，反之，电池安全性难以得到保障。但隔膜闭孔温度必须在适当范围，同时应高于电池使用的环境温度，以保证电池正常使用。

如果电池内部产生的热量来不及散出，在锂电池内部聚集，在隔膜闭孔后温度继续上升，达到隔膜的熔融温度，隔膜破裂熔融，导致电池内部正负极片直接接触在一起，发生剧烈化学反应，内部温度重新迅速升高，引发“热失控”现象。温度升高达到锂的熔点或电解液的引燃点而引起火灾事故的发生，严重时导致电池起火爆炸，因此破膜温度也是锂电池安全性的一个重要指标。如果电池隔膜因熔化而使微孔闭合后，内部温度进一步升高，隔膜熔化粘度降低，达到破膜温度则发生破裂，电极会直接接触，引发危险，因此在熔融温度以上使隔离膜保持其形状是必要的。隔膜破裂温度越高，则阻止离子流通的时间也越长，安全性越高。膜破裂温度与闭孔温度的差值是决定电池安全性的决定因素。在隔膜实际生产中，其闭孔-破膜温度必须要控制且能准确的测出，因此其测试装置及测试方法的研究对锂电池隔膜质量控制及其重要的。

目前，现有测试装置及检测方法无法保证温度随测试量的同步性，不能保证检测温度范围的准确性；同时大多加热方法是将测试装置放在烘箱中加热，操作复杂，且不安全，导致大多数锂电池隔膜生产商不能对隔膜的闭孔和破膜温度进行准确的测量，提供的隔膜产品的闭孔、破膜温度范围以及相关参数准确度不够，导致锂电池产品时存在严重的安全隐患。电阻突变法（闭孔测试法）是模拟电池工作，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。即在升温的条件下测试电池的电阻，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。具体操作过程可以参考UL 2591-2009《Standard for Safety Outline of Investigation for Battery Separators》和NASA TM 2010-216099。根据现状，锂电池隔膜行业需要设计专门为测试锂电池隔膜闭孔温度和破膜温度等参数的专用装置及相关的完整检测方案，以弥补此参数测试方法的不足，为产品的安全使用提供保障。本发明测试装置只需要测量隔膜温度，测试方法直观、操作简便，绿色无污染。

发明内容