一種在線實時監測鋰電池隔膜熱收縮率系統及監測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋰離子電池隔膜生產技術領域，具體涉及一種在線實時監測鋰離子電池隔膜熱收縮率系統及利用該系統的在線實時監測電池隔膜熱收縮率的方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池隔膜是鋰離子電池內部結構中關鍵的組件之一。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，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。
[0003]鋰離子電池隔膜的主要作用是對電池的正、負極進行分隔，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。由于電解液通常為有機溶劑體系，因而隔膜材質要求也為耐有機溶劑的溶解、腐蝕，一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。
[0004]對于鋰離子電池隔膜的性能要求一般為隔膜的受熱收縮率要小，否則會引起短路，進而引發電池熱失控等安全問題。因此，對工廠生產的鋰離子電池隔膜的受熱收縮率檢測具有十分重要的意義。
[0005]現有的商業化鋰離子電池隔膜生產過程中，由于隔膜產品所應用的鋰離子電池規格不同，因而對于電池隔膜的受熱收縮性能要求也有所不同。常規檢測方法是生產出一批隔膜樣品后，再將樣品送往檢測中心進行檢測。這種方法耗時較長且檢測速度較慢，同時由于所檢測樣品僅為某批次隔膜產品的中局部樣品，對于整個生產線上所生產的隔膜樣品僅具有參考意義，但并不能說明該批次隔膜樣品的實際熱收縮率。因而對于鋰離子電池隔膜的熱收縮率進行在線實時監測具有十分重要的生產和應用意義。
【發明內容】
[0006]本發明目的在于提供一種在線實時監測鋰離子電池隔膜熱收縮率系統，實現在線實時監測鋰離子電池隔膜熱收縮率的目的，同時利用該系統提供了一種在線實時監測電池隔膜熱收縮率的方法，通過本發明的應用，便于對鋰離子電池隔膜性能進行及時檢測和調整。
[0007]本發明所采取的詳細技術方案介紹如下。
[0008]—種在線實時監測鋰離子電池隔膜熱收縮率系統，包括在隔膜生產線拉伸成膜出口依次設立的紅外加熱裝置和應力測試裝置，紅外加熱裝置和應力測試裝置的檢測口高度分別與出口膜面等高；
優選設計中，紅外加熱裝置和應力測試裝置分別與顯示裝置連接，顯示裝置內置控制系統，通過顯示裝置上相應操作可以控制和調節紅外加熱裝置和應力測試裝置的相應測試參數；
所述隔膜生產線所生產鋰離子電池隔膜，為PE隔膜、PP隔膜或PP/PE/PP隔膜。
[0009]所述紅外加熱裝置的頻率和加熱溫度可調，頻率具體調整范圍可為5?20Hz，加熱溫度可調范圍為80°0200°C。
[0010]采用所述在線實時監測鋰離子電池隔膜熱收縮率系統的實時監測隔膜熱收縮率的方法，具體包括以下步驟:
(1)首先根據欲生產鋰離子電子隔膜類型，對鋰離子電池隔膜成品進行TMA(熱機械分析)測試，得到此種隔膜熱收縮率與溫度的對應關系；
(2)對步驟(I)中相同規格的鋰離子電池隔膜成品進行高溫力學性能測試，得到此種隔膜的拉伸應力與溫度的對應關系；
(3)當隔膜受熱，會產生應力，從而導致收縮；以某種特定隔膜為例，其在不同的溫度時，都對應了某一特定的拉伸應力和收縮率；因而根據步驟(I)、步驟(2)中的數據，即應力一溫度和熱收縮率一溫度兩個函數曲線，可建立特定隔膜產品類型(即欲生產的鋰離子電子隔膜類型)的熱收縮率與隔膜拉伸應力的對應關系；
(4)在鋰離子電池隔膜拉伸定型工序后，即拉伸成膜出口處設置所述在線實時監測鋰離子電池隔膜熱收縮率系統，該系統中紅外加熱裝置作為熱源對電池隔膜進行加熱，而應力測試裝置用于檢測加熱后電池隔膜上的應力；生產中，利用該系統對所生產的電池隔膜進行周期性瞬時加熱，然后利用應力測試裝置測得隔膜的拉伸應力，同時對相關數據進行記錄；
(5)依據步驟(3)中所建立的熱收縮率與隔膜拉伸應力的對應關系，依據步驟(4)中所記錄的加熱溫度和應力測定結果進行換算，可獲得隔膜的熱收縮率，同時相關結果可顯示在在線實時監測鋰離子電池隔膜熱收縮率系統的顯示裝置中。
[0011]對鋰電池而言，現有的對鋰離子電池隔膜的熱收縮率標準為一般為:90°C下烘烤I小時橫向和縱向的熱收縮率不超過5%;當然，針對不同規格、不同類型的鋰離子電池，其隔膜熱收縮率的測試溫度也不一致，部分產品的測試溫度要求甚至可達130°C。但由于現有鋰離子電池隔膜的熱收縮率測定一般為生產結束后才進行測定，加上測定樣本數量有限，因而往往難以較為實際的反應隔膜的熱收縮率性能。
[0012]本發明的主要發明思路是通過建立電池隔膜的熱收縮率與隔膜拉伸應力的對應關系，然后通過在線實時加熱隔膜，即可在線實時獲得電池隔膜的熱收縮率結果。基于上述思路，本發明實際應用過程中，可首先通過TMA測試即可獲得隔膜熱收縮率與溫度對應關系，然后通過溫度與隔膜拉伸應力對應關系，進一步獲得熱收縮率與拉伸應力的對應關系。在此基礎上，通過設計相應的加熱裝置、應力檢測裝置即可在線實時獲得電池隔膜的熱收縮率結果。
[0013]本發明所提供的在線實時監測鋰離子電池隔膜熱收縮率的系統，系統集成度較高，安裝便捷，利用該系統在線監測鋰離子電池隔膜熱收縮率時，顯示結果較為快速、直觀，克服了原有的費時費力的檢測缺陷，便于及時調整電池隔膜質量。因而在鋰離子電池隔膜生產領域具有較好地應用前景。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明所提供的在線實時監測鋰離子電池隔膜熱收縮率的系統結構示意圖；
圖2為PE隔膜的TMA測試結果；
圖3為PE隔膜的高溫力學測試結果； 圖4為PE隔膜的熱收縮率與隔膜拉伸應力的關系；
圖5為實施例1中的隔膜在實時在線監測后的熱收縮率結果。
【具體實施方式】
[0015]下面結合實施例對本發明做進一步的解釋說明。
[0016]需要說明的是，由于語言習慣問題，本申請中電池隔膜、隔膜、鋰電池隔膜等描述的均是鋰離子電池隔膜;而關于PE隔膜、PP隔膜、PP/PE/PP隔膜中的PE、PP代表的是隔膜類型不同，所述隔膜含義也是鋰離子電池隔膜。相關文字描述差別并不會造成本領域技術人員的誤解，也不會造成權利要求保護范圍的不夠清晰的問題。另外需要說明的是，本發明中所述隔膜拉伸應力、應力、拉伸應力等含義相同，均是指電池隔膜在特定條件下的檢測數值，相關用詞差別僅是語言習慣問題，并不會造成本領域技術人員的歧義或誤解。
[0017]實施例1
如圖1所示，本發明所提供在線實時監測鋰離子電池隔膜熱收縮率系統，包括在隔膜生產線拉伸