一種電池隔膜透氣度測試方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發明屬于電池【技術領域】，特別涉及一種不同壓力、不同溫度下電池隔膜透氣度的測試方法及其裝置。本發明電池隔膜透氣度測試方法包括：固定并密封電池隔膜，通過加熱裝置設定隔膜溫度，進氣側通氣并設定壓力值，計量透氣側透過一定體積氣體所需時間，計算隔膜的透氣度。本發明電池隔膜透氣度測試裝置包括：供氣系統，穩壓系統，變溫測試系統，計量系統。本發明測試方法及裝置測試電池隔膜的透氣度，具有操作簡單、成本低廉、數據準確、實用性強等優點。同時，本發明測試方法及其裝置可以測試不同溫度下隔膜的透氣度，探明隔膜的透氣度與溫度的變化關系，進而研究電池隔膜的閉孔溫度和破膜溫度，在一定程度上可以預測溫度變化導致的電池性能變化。
【專利說明】一種電池隔膜透氣度測試方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于電池【技術領域】，特別涉及一種電池隔膜透氣度測試方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]電池隔膜是電池結構中最重要的一部分，隔膜性能的好壞在很大程度上將影響電池的循環壽命和充放電性能，隔膜厚度、平均孔徑及分布成為判別電池性能的重要指標。性能優良的電池隔膜將提升電池的容量和循環壽命，而性能較差的電池隔膜在惡劣條件下將導致電池起火，甚至爆炸等安全事故。
[0003]電池隔膜的透氣度是指在一定條件下，空氣通過指點面積隔膜所需要的時間，它是評價隔膜孔結構的重要指標，是隔膜對電池性能影響的一個重要參數。目前，電池隔膜的測試標準主要有GB1038、ASTM D1434，但是專業測試設備價格昂貴，動輒數萬元，且操作過程復雜，不便維護。因此，為了滿足實驗室低成本、快速測定電池隔膜透氣度的要求，需要根據其測試原理發明新的方法及其裝置。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種電池隔膜透氣度測試方法及其裝置，用此方法測試電池隔膜的透氣度，具有操作簡單、成本低廉、數據準確、實用性強等優點。同時，本測試方法及其裝置可以測試不同溫度下隔膜的透氣度，探明隔膜的透氣度與溫度的變化關系，進而研究電池隔膜的閉孔溫度和破膜溫度，在一定程度上可以預測溫度變化導致的電池性能變化。
[0005]本發明的技術方案是:
[0006]一種電池隔膜透氣度測試裝置，該測試裝置包括:供氣系統、穩壓系統、變溫測試系統、計量系統，供氣系統的輸出端與穩壓系統連通，穩壓系統的輸出端與變溫測試系統連通，變溫測試系統的輸出端與計量系統連通。
[0007]所述的電池隔膜透氣度測試裝置，變溫測試系統由具有調溫功能的隔膜密封結構、所測試的電池隔膜組成，具有調溫功能的隔膜密封結構設有:進氣口、出氣口、密封圈、不銹鋼篩網、電池隔膜、隔膜密封腔1、連接耳1、連接耳I1、隔膜密封腔I1、螺栓，具體結構如下:
[0008]隔膜密封腔1、隔膜密封腔II相對設置通過止口對接形成隔膜密封腔，電池隔膜位于隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之間，且電池隔膜旁襯以50目?400目不銹鋼篩網；隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之間相對位置處的內側，隔膜密封腔I的一端通過密封圈設置電池隔膜，電池隔膜的里側設置不銹鋼篩網；隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之間相對位置處的外側，隔膜密封腔I的一端設置連接耳I，隔膜密封腔II的另一端設置連接耳II，連接耳I和連接耳II之間通過螺栓連接固定；隔膜密封腔I的另一端設有進氣口，隔膜密封腔II的另一端設有出氣口。
[0009]所述裝置的電池隔膜透氣度測試方法，采用定壓測量工藝，測試方法包括下列五個步驟:(1)固定并密封電池隔膜；(2)通過加熱裝置設定隔膜溫度；(3)進氣口一側通氣并設定壓力值；(4)計量透氣側透過一定體積氣體所需時間；(5)計算隔膜的透氣度。
[0010]所述的電池隔膜透氣度測試方法，電池隔膜的密封材料由橡膠、塑料、石墨或復合材料制成，需要根據測試溫度進行選擇:200~300°C時采用石墨或聚四氟乙烯材料的密封圈，低于200°C至_30°C的較低溫度時選用聚氨酯橡膠或丁基橡膠材料的密封圈。
[0011]所述的電池隔膜透氣度測試方法，電池隔膜的密封材料外層具有溫控裝置，方便測試-30°c~300°C溫度范圍內透氣度數據，溫控裝置升降溫速率保持在5°C~30°C /分鐘。
[0012]所述的電池隔膜透氣度測試方法，變溫測試系統溫度控制由高低溫實驗箱等可調節溫度的裝置完成，采用分段升溫方式:低于200°C至_30°C，升溫速率為20~30°C/分鐘；200°C至300°C，升溫速率為5~30°C /分鐘。
[0013]所述的電池隔膜透氣度測試方法，進氣口一側的壓力由進氣系統減壓閥和調壓系統背壓閥共同控制，為了避免氣流對隔膜的沖擊，進氣側壓力宜緩慢上升，由OMPa升至
0.1MPa用時大于20s。
[0014]所述的電池隔膜透 氣度測試方法，電池隔膜透氣度測試方法中，主要測量參數包括:待測樣品面積A(m2)、隔膜兩側壓力差AP(Pa)、透過氣體體積V(cm3)、所需時間T(s)，則透氣度值 Gv(_ = IOOT/(AX APXV)。
[0015]所述的電池隔膜透氣度測試方法，氣體透過時間需待氣體穩定后進行測量，在先后三次測量數值相差小于2%。
[0016]本發明的優點和有益效果是:
[0017]1、本發明提供了一種電池隔膜透氣度測試方法及其裝置，該方法原理簡單，能夠定量地對電池隔膜的孔結構進行預測，方便不同隔膜之間進行對比，并對溫度變化引起的隔膜結構變化進行研究，初步確定電池隔膜的閉孔溫度和破膜溫度。
[0018]2、本發明的電池隔膜透氣度測試裝置，具有結構簡單、緊湊，易于操作，成本低、易于維護等優點，非常適用于相關科研院所等機構使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明提供的電池隔膜透氣度測試裝置示意圖。
[0020]圖中，(一)供氣系統；Α氣瓶；(二)穩壓系統；Β背壓閥；(三)變溫測試系統；C具有調溫功能的隔膜密封結構；D所測試的電池隔膜；(四)計量系統；E皂泡流量計或濕式氣體流量計。
[0021]圖2是本發明提供的電池隔膜密封結構示意圖。圖中，I進氣口 ；2出氣口 ；3密封圈；4電池隔膜；5不銹鋼篩網；6隔膜密封腔I ;7連接耳I ;8連接耳II ；9隔膜密封腔II ；10螺栓。
【具體實施方式】
[0022]如圖1-圖2所示，本發明電池隔膜透氣度測試裝置主要包括:供氣系統(一)、穩壓系統(二)、變溫測試系統(三)、計量系統(四)，供氣系統(一)的輸出端與穩壓系統(二)連通，穩壓系統(二)的輸出端與變溫測試系統(三)連通，變溫測試系統(三)的輸出端與計量系統(四)連通，其中:
[0023]測試用氣體主要為空氣(按體積比，氧氣:氮氣=29:71)，也可以測試其他任意種類氣體。供氣系統(一)主要由氣瓶A及其配套使用的高、低壓減壓閥以及開關閥等構成。
[0024]穩壓系統(二)主要由背壓閥B及其配套使用的針型閥、壓力表以及開關閥等組成，穩壓系統(二)由背壓閥調節、固定隔膜進氣口一側的壓力。
[0025]變溫測試系統(三)主要由具有調溫功能的隔膜密封結構C、所測試的電池隔膜D組成，變溫測試系統溫度控制由高低溫實驗箱等可調節溫度的裝置完成。采用分段升溫方式，低溫段如:低于200°C至_30°C (升溫速率為20°C/分鐘)，高溫段如:200°C至300°C (升溫速率為5°C /分鐘)。
[0026]計量系統(四)主要由氣體壓力表和氣體體積流量計組成，其中氣體體積流量計為皂泡流量計或濕式氣體流量計E。
[0027]本發明測試裝置中，所用壓力表均為較高級別，如:0.25級以上。
[0028]如圖2所示，具有調溫功能的隔膜密封結構主要包括:進氣口 1、出氣口 2、密封圈
3、電池隔膜4、不銹鋼篩網5、隔膜密封腔I 6、連接耳I 7、連接耳II 8、隔膜密封腔II 9、螺栓10等，具體結構如下:
[0029]隔膜密封腔I 6、隔膜密封腔II 9相對設置通過止口對接形成隔膜密封腔，電池隔膜4位于隔膜密封腔I 6、隔膜密封腔II 9之間，且電池隔膜4旁襯以50目~400目不銹鋼篩網5;隔膜密封腔I 6、隔膜密封腔II 9之間相對位置處的內側，隔膜密封腔I 6的一端通過密封圈3設置電池隔膜4，電池隔膜4的里側設置不銹鋼篩網5 ;隔膜密封腔I 6、隔膜密封腔II 9之間相對位置處的外側，隔膜密封腔I 6的一端設置連接耳I 7，隔膜密封腔II 9的另一端設置連接耳II 8，連接耳I 7和連接耳II 8之間通過螺栓10連接固定。隔膜密封腔I 6的另一端設有進氣口 1，隔膜密封腔II 9的另一端設有出氣口 2。
[0030]本發明電池隔膜透氣度測試方法，采用定壓測量工藝，測試方法包括下列五個步驟:(1)固定并密封電池隔膜；(2)通過加熱裝置設定隔膜溫度；(3)進氣口一側通氣并設定壓力值；(4)計量透氣側透過一定體積氣體所需時間；(5)計算隔膜的透氣度。
[0031]電池隔膜的密封材料由橡膠、塑料、石墨以及復合材料等制成，需要根據測試溫度進行選擇，如:200~300°C時宜采用石墨或聚四氟乙烯等材料的密封圈，低于200°C至_30°C的較低溫度時宜選用聚氨酯橡膠或丁基橡膠等材料的密封圈。密封操作時，必須輕拿輕放，避免損壞隔膜，影響測試結果。
[0032]電池隔膜的密封材料外層具有溫控裝置，方便測試-30°C~300°C溫度范圍內透氣度數據。溫控裝置升降溫速率保持在5°C~30°C /分鐘，優選為10°C~20°C /分鐘。
[0033]進氣口一側的壓力由進氣系統減壓閥和調壓系統背壓閥共同控制，為避免氣流對隔膜的沖擊，進氣側壓力宜緩慢上升，如:由OMPa升至0.1MPa用時大于20s。
[0034]所述電池隔膜透氣度測試方法中，主要測量參數包括:待測樣品面積A(Hi2)JS膜兩側壓力差Λ P(Pa)、透過氣體體積V(cm3)、所需時間T(S)，則透氣度值Gvacitl) = 100T/(AX APXV)。氣體透過時間需待氣體穩定后進行測量，如:先后三次測量數值相差小于2%為宜。
[0035] 本發明是對現有技術的改進，主要改進點是測試裝置的變壓和變溫兩方面，本發明測試裝置中的隔膜是在可控溫的箱體中保持，可以隨意改變待測膜的溫度；測試裝置的進氣側壓力可以隨意調節；隔膜附近輔助高目數的篩網，可實用于彈性高的隔膜材料；本發明測試裝置雖然包括四個系統，但是制備成本低廉。
[0036]經過上述改進，可以在不同條件下測試多孔膜的透氣性能，獲得隔膜的透氣度與溫度和壓力的依存性，有助于分析隔膜的孔道結構；且可以對彈性較大、孔徑較小的膜材料進行較大壓力測試，而不必擔心膜發生損壞。本發明測試方法及裝置具有原理簡單，易于操作，工作效率高，測試及維護成本低等優點。
【權利要求】
1.一種電池隔膜透氣度測試裝置，其特征在于，該測試裝置包括:供氣系統、穩壓系統、變溫測試系統、計量系統，供氣系統的輸出端與穩壓系統連通，穩壓系統的輸出端與變溫測試系統連通，變溫測試系統的輸出端與計量系統連通。
2.按照權利要求1所述的電池隔膜透氣度測試裝置，其特征在于，變溫測試系統由具有調溫功能的隔膜密封結構、所測試的電池隔膜組成，具有調溫功能的隔膜密封結構設有:進氣口、出氣口、密封圈、不銹鋼篩網、電池隔膜、隔膜密封腔1、連接耳1、連接耳I1、隔膜密封腔I1、螺栓，具體結構如下: 隔膜密封腔1、隔膜密封腔II相對設置通過止口對接形成隔膜密封腔，電池隔膜位于隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之間，且電池隔膜旁襯以50目~400目不銹鋼篩網；隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之間相對位置處的內側，隔膜密封腔I的一端通過密封圈設置電池隔膜，電池隔膜的里側設置不銹鋼篩網；隔膜密封腔1、隔膜密封腔II之間相對位置處的外偵牝隔膜密封腔I的一端設置連接耳I，隔膜密封腔II的另一端設置連接耳II，連接耳I和連接耳II之間通過螺栓連接固定；隔膜密封腔I的另一端設有進氣口，隔膜密封腔II的另一端設有出氣口。
3.一種利用權利要求1所述裝置的電池隔膜透氣度測試方法，其特征在于，采用定壓測量工藝，測試方法包括下列五個步驟:(I)固定并密封電池隔膜；(2)通過加熱裝置設定隔膜溫度；(3)進氣口一側通氣并設定壓力值；(4)計量透氣側透過一定體積氣體所需時間；(5)計算隔膜的透氣度。
4.按照權利要求3所述的電池隔膜透氣度測試方法，其特征在于，電池隔膜的密封材料由橡膠、塑料、石墨或復合材料制成，需要根據測試溫度進行選擇:200~300°C時采用石墨或聚四氟乙烯材料 密封圈，低于200°C至-30°C的較低溫度時選用聚氨酯橡膠或丁基橡膠材料的密封圈。
5.按照權利要求3所述的電池隔膜透氣度測試方法，其特征在于，電池隔膜的密封材料外層具有溫控裝置，方便測試_30°C~300°C溫度范圍內透氣度數據，溫控裝置升降溫速率保持在5°C~30°C /分鐘。
6.按照權利要求3所述的電池隔膜透氣度測試方法，其特征在于，變溫測試系統溫度控制由高低溫實驗箱可調節溫度的裝置完成，采用分段升溫方式:低于200°C至_30°C，升溫速率為20~30°C /分鐘；200°C至300°C，升溫速率為5~30°C /分鐘。
7.按照權利要求3所述的電池隔膜透氣度測試方法，其特征在于，進氣口一側的壓力由進氣系統減壓閥和調壓系統背壓閥共同控制，為了避免氣流對隔膜的沖擊，進氣側壓力宜緩慢上升，由OMPa升至0.1MPa用時大于20s。
8.按照權利要求3所述的電池隔膜透氣度測試方法，其特征在于，電池隔膜透氣度測試方法中，主要測量參數包括:待測樣品面積A (m2)、隔膜兩側壓力差Λ P(Pa)、透過氣體體積 V (cm3)、所需時間 T (S)，則透氣度值 Gvacitl) = 100Τ/(AX APXV)。
9.按照權利要求3所述的電池隔膜透氣度測試方法，其特征在于，氣體透過時間需待氣體穩定后進行測量，在先后三次測量數值相差小于2 %。
【文檔編號】G01N15/08GK104020093SQ201410212349
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】肖偉, 趙麗娜, 劉建國, 嚴川偉 申請人:中國科學院金屬研究所