一种锂离子电池隔膜安全性的检测方法技术

本发明专利技术涉及高分子材料检测领域，尤其涉及一种锂离子电池隔膜安全性的检测方法；本发明专利技术所述的检测方法包括钢针穿透隔膜的步骤，所述钢针穿透隔膜的速率为0.01～100mm/s；其中，所述钢针内置热阻丝和温度探头，所述钢针的针尖的圆锥角度为45°～60°。本发明专利技术所述的检测方法可以反应针刺初期过程中隔膜随钢针的形变过程，同时还能反应较小欧姆热情况下隔膜的热融过程；该方法与锂离子电池实际情况相符性较高，相比于常规的测试方法(比如DSC、热收缩等)可以更加精准的反应电池在内部短路、针刺等情况下，隔膜的安全性能，为安全电池设计选材提供更可靠的证据。

A test method for the safety of lithium ion battery diaphragm

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池隔膜安全性的检测方法
本专利技术涉及高分子材料检测领域，尤其涉及一种锂离子电池隔膜安全性的检测方法。
技术介绍
随着锂离子电池在日常生活中的推广应用，锂离子电池的安全问题受到越来越广泛的关注。隔膜作为锂离子电池的重要组成部分，在电池中起到隔开正负极的作用；若电池由于工艺缺陷(粉尘、毛刺、锂枝晶等)、外力挤压、针刺等原因导致隔膜破损引起正、负极短路，则电池有可能发生起火、爆炸等危险情况；因此，作为电池安全的第一道阀门，隔膜的安全性能对电池整体的安全性能至关重要。针刺实验是评测电池短路安全行为的一个重要测试。针刺过程中，钢针挤压电芯引起局部变形，并造成局部短路；局部短路的程度及短路面积的扩展速度则与隔膜的强度和热稳定性息息相关，并决定了电池是否会热失控、起火等。目前，隔膜的常规测试中，强度主要通过穿刺拉力机测得；热稳定性主要通过DSC、及不同温度烘烤下的热收缩率、隔膜的破膜温度等来评价；这些稳态的测试方法并不能准确反应电池在针刺过程中隔膜在力-热双重应力下的安全性能。针刺过程中，钢针挤压电芯引起局部短路，并释放热量，引起隔膜融化、收缩等。外力引起的隔膜破损程度决定了初始短路产热，初始产热量和隔膜的热稳定性决定了短路面积的初始扩展速度；随着短路面积扩大，短路产生的欧姆热急剧上升并诱发电池内部的其他产热副反应；各种热及隔膜短路面积的相互耦合最终导致电池进入不可控的自升温阶段，电池热失控。由此可见，在针刺初始阶段，减小电池短路程度、避免电池大面积短路，是提高电池针刺安全的重要手段。因此，隔膜在外力下的形变、破裂情况、在不同温度下隔膜破孔面积的扩展情况对电池针刺过程的安全至关重要。CN105445313A公开了一种电池隔膜的热稳定性检测方法，采用200℃以上的烙铁刺穿平铺在金属导体板/玻璃板上的隔膜并静止1s以上的时间，通过测量隔膜刺穿孔的直径来评测隔膜的热稳定性；上述方法相比传统烘烤的方法具有一定的优势，可以更准确的反应隔膜在局部过热时的热扩展稳定性；但上述方法是一种静态的测试方法，仅能反应在局部高温下，隔膜破孔面积的变化情况，距实际情况仍有一定差距，不能反应针刺初期过程中隔膜随钢针的形变过程、不能反应较小欧姆热情况下隔膜的热融过程。CN104048987A公开了一种锂离子电池隔膜热刺穿装置及其测试方法，该专利申请旨在模拟隔膜在不同温度下的热穿刺能力，将测试操作台置于透明烘箱环境中并在刺穿针上连接加热装置，通过记录穿刺口的横向和纵向宽度，定量比较隔膜高温下的穿刺能力；该装置在刺穿孔交点设置有相互垂直的刻度尺，可以在隔膜穿刺口扩散稳定后通过刻度尺观察的穿刺口的横向和纵向宽度进行定量比较；但是从测试方法上来看，该方法表征的是高温下隔膜在局部过热时的热扩展面积，从本质上来看，定量分析的还是隔膜在高温下的热稳定性。CN109187172A公开了一种检测隔膜穿刺强度的装置及测试方法，控制环境的温度、湿度，穿刺速度和位移，限定隔膜的尺寸，测量隔膜的厚度，通过驱动机构控制穿刺针刺穿隔膜，由传感器记录穿刺力并取三次测量平均值，计算穿刺强度；上述方法过程完整、严谨，但只能反映隔膜在特定穿刺速度下的穿刺强度，与电池实际短路过程中在力与热双重应力下隔膜的变化情况差异较大。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种锂离子电池隔膜安全性的检测方法；本专利技术所述的方法尤其适用于检测锂离子电池隔膜在外力或高温下的安全性能。具体而言，所述的检测方法包括钢针穿透隔膜的步骤，所述钢针穿透隔膜的速率为0.01～100mm/s；其中，所述钢针内置热阻丝和温度探头，所述钢针的针尖的圆锥角度为45°～60°。本专利技术所述的检测方法可以反应针刺初期过程中隔膜随钢针的形变过程，同时还能反应较小欧姆热情况下隔膜的热融过程；该方法与锂离子电池实际情况相符性较高，相比于常规的测试方法(比如DSC、热收缩等)可以更加精准的反应电池在内部短路、针刺等情况下，隔膜的安全性能，为安全电池设计选材提供更可靠的证据。本专利技术所述的钢针为耐高温钢针，可通过热阻丝和温度探头控制钢针的温度或升温速率。作为优选，所述钢针的直径为1～8mm。作为优选，所述钢针穿透隔膜的速率为0.01～30mm/s。本专利技术所述的钢针穿透隔膜包括两种情况，第一种情况为：作为优选，所述钢针从上至下以20～500℃的恒定温度垂直穿透所述隔膜，并且保持静置时间＞1s；进一步的，所述钢针从上至下以25～300℃的恒定温度垂直穿透所述隔膜，并且保持静置时间＞1s；即钢针以恒定温度穿透隔膜。另一种情况为：作为优选，所述钢针从上至下以0.01～1℃/s的升温速率垂直穿透所述隔膜，并且保持静置时间＞1s；即钢针以升温速率穿透隔膜。作为优选，所述的检测方法将所述隔膜通过夹具固定在正极极片和负极极片中间。作为优选，所述正极极片和所述负极极片的中心处均留有圆孔，所述圆孔的直径大于所述钢针的直径；其中，所述正极极片和所述负极极片的尺寸相同，且圆孔位置相同，即所述圆孔位于正极极片和负极极片的中心处。进一步的，所述正极极片和所述负极极片可为所设计电池体系充电至不同荷电态时拆解电池所得带电极片；所述正极极片和负极极片的尺寸、配方、厚度等与所设计的电池体系相同。作为本专利技术的较佳技术方案，所述的检测方法包括如下步骤：(1)将所述隔膜通过夹具固定在正极极片和负极极片中间；其中，所述正极极片和所述负极极片的中心处均留有圆孔，所述圆孔的直径大于所述钢针的直径；(2)将所述钢针从上至下以0.01～30mm/s的速率、25～300℃的恒定温度垂直穿透所述隔膜，并且保持静置时间＞1s；其中，所述钢针内置热阻丝和温度探头，所述钢针的针尖的圆锥角度为45°～60°，所述钢针的直径为1～8mm。作为本专利技术的较佳技术方案，所述的检测方法包括如下步骤：(1)将所述隔膜通过夹具固定在正极极片和负极极片中间；其中，所述正极极片和所述负极极片的中心处均留有圆孔，所述圆孔的直径大于所述钢针的直径；(2)将所述钢针从上至下以0.01～30mm/s的速率、0.01～1℃/s的升温速率垂直穿透所述隔膜，并且保持静置时间＞1s；其中，所述钢针内置热阻丝和温度探头，所述钢针的针尖的圆锥角度为45°～60°，所述钢针的直径为1～8mm。通过检测结束后隔膜的变形情况、破裂情况、破孔面积来判断隔膜的短路安全性；其中，所述变形情况是指隔膜随钢针的延展情况，可由高速摄像视频回放获得；所述破裂情况是指钢针穿透隔膜后，薄膜裂纹的数量以及裂纹的长度；另外，使用透明坐标纸计算隔膜破孔面积的大小。本专利技术的有益效果：(1)通过本专利技术所述的检测方法可以获得特定温度(或温升速率)下，钢针刺穿隔膜时，隔膜的破损情况；当钢针温度等于室温时，可以获得穿刺强度；同时，可根据不同温度(或温升速率)下检测时隔膜的破损情况，结合电池体系的产热情况，选择匹配性价比最优的隔膜。...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池隔膜安全性的检测方法，其特征在于，包括钢针穿透隔膜的步骤，所述钢针穿透隔膜的速率为0.01～100mm/s；/n其中，所述钢针内置热阻丝和温度探头，所述钢针的针尖的圆锥角度为45°～60°。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池隔膜安全性的检测方法，其特征在于，包括钢针穿透隔膜的步骤，所述钢针穿透隔膜的速率为0.01～100mm/s；
其中，所述钢针内置热阻丝和温度探头，所述钢针的针尖的圆锥角度为45°～60°。


2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述钢针的直径为1～8mm。


3.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，所述钢针穿透隔膜的速率为0.01～30mm/s。


4.根据权利要求1～3任一项所述的检测方法，其特征在于，所述钢针从上至下以20～500℃的恒定温度垂直穿透所述隔膜，并且保持静置时间＞1s。


5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述钢针从上至下以25～300℃的恒定温度垂直穿透所述隔膜，并且保持静置时间＞1s。


6.根据权利要求1～3任一项所述的检测方法，其特征在于，所述钢针从上至下以0.01～1℃/s的升温速率垂直穿透所述隔膜，并且保持静置时间＞1s。


7.根据权利要求1～6任一项所述的检测方法，其特征在于，将所述隔膜通过夹具固定在正极极片和负极极片中间。

【专利技术属性】
技术研发人员：张海燕，赵元宇，刘丙学，王建涛，李翔，庞静，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11