一種隔膜穿刺強(qiáng)度測試裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子膜材料測試領(lǐng)域，尤其涉及一種用于鋰離子電池微孔隔膜材料 的抗穿刺能力測試裝置及其方法。 技術(shù)背景
[0002] 因為鋰離子電池具有能量密度高，循環(huán)壽命長，自放電率小，綠色環(huán)保等優(yōu)點，鋰 離子電池已廣泛用于筆記本電腦，手機(jī)，攝影機(jī)等消費電子產(chǎn)品。目前鋰離子電池隔膜的主 要材質(zhì)為多孔聚烯烴膜，包括聚乙烯（PE)或聚丙烯（PP)等，一般根據(jù)應(yīng)用采用不同規(guī)格的 隔膜，如單層、雙層及三層的濕法或者干法隔膜。電池隔膜的的離子傳導(dǎo)能力直接關(guān)系到電 池的整體性能，其隔離正負(fù)極的作用使電池在過度充電或者內(nèi)部溫度升高的情況下能限制 電流的升高，防止電池發(fā)生熱失控引起爆炸，具有微孔自閉保護(hù)作用，對電池使用者和設(shè)備 起到安全保護(hù)的作用。
[0003] 隔膜是電池的重要組成部分之一，穿刺強(qiáng)度是隔膜的一項重要指標(biāo)。而不同厚度 不同規(guī)格的隔膜性能各不相同，很多廠家都要求對隔膜的穿刺強(qiáng)度進(jìn)行有效地測試。在電 池制作過程中，電極上的極板以及粉塵有可能刺穿隔膜，而導(dǎo)致正負(fù)極接觸而短路，進(jìn)而引 發(fā)安全事故。穿刺強(qiáng)度可以表征隔膜耐顆粒、毛刺刺穿的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的主要目的為提供一種鋰離子電池隔膜穿刺強(qiáng)度測試裝置 及測試方法，從而實現(xiàn)方便快捷的測試出鋰離子電池隔膜的穿刺強(qiáng)度，為各電池生產(chǎn)廠家 選擇隔膜時提供可靠依據(jù)。
[0005] 本發(fā)明思想：采用氣動夾具開關(guān)，利用微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)檢測隔膜的抗穿 刺強(qiáng)度。所謂抗穿刺強(qiáng)度是指施加在給定針形物上用來戳穿隔膜樣本的質(zhì)量，用它來表示 隔膜在裝配過程中發(fā)生短路的趨勢，因隔膜是被夾在凹凸不平的正、負(fù)極片間，需要承受很 大的壓力。為了防止短路，隔膜必須具備一定的穿刺強(qiáng)度。
[0006] 本發(fā)明中所指隔膜包括PE、PP、PP-PE、無紡布、聚酰亞胺等高分子微孔隔膜，其厚 度在5um~60um之間。
[0007] 本發(fā)明技術(shù)方案：
[0008] -種鋰離子電池隔膜穿刺強(qiáng)度測試裝置，包括穿刺針1，上夾具2,下夾具3,支撐 底座4,并且上夾具2和下夾具3中央設(shè)置有互相對應(yīng)的針孔5,其中，下夾具3固定在支撐 底座4上，上夾具2和下夾具3可活動連接，穿刺針1可以通過針孔5。
[0009] 所述可活動連接包括螺絲、鎖扣、氣動等方式連接。優(yōu)選地，氣動連接，進(jìn)一步還包 括氣動開關(guān)6。開啟總電源，啟動電腦，再接通試驗機(jī)電源。將氣動開關(guān)順時針旋轉(zhuǎn)，夾具打 開，將裁剪好的隔膜放入夾具中，將啟動開關(guān)逆時針旋轉(zhuǎn)，夾具關(guān)閉，開始測試。采用氣動夾 具開關(guān)，控制夾具夾緊隔膜，相比螺絲旋緊更操作更簡單便捷，且隔膜受力更均勻，與夾具 的貼合效果更好。
[0010] 優(yōu)選地，所述上夾具和下夾具選自長方體、正方體或圓柱體，優(yōu)選為圓柱體。
[0011] 優(yōu)選地，所述圓柱體的直徑為O1= 80~100mm。
[0012] 優(yōu)選地，所述針孔5的直徑為Φ2= 10~20mm。
[0013] 優(yōu)選地，所述穿刺針1的針頭圓滑且無毛刺。
[0014] 優(yōu)選地，所述上夾具和下夾具的表面平整光滑，且粗糙度Ra <0.8。若夾具表面有 顆粒，容易使隔膜刺穿，影響測試準(zhǔn)確度。
[0015] 優(yōu)先地，上述穿刺針規(guī)格：Φ = 0. 5~2. 0mm，上下夾具規(guī)格：O1= 100mm，Φ 2 = 20mm〇
[0016] -種鋰離子電池隔膜穿刺強(qiáng)度測試裝置測試方法，包括以下步驟：
[0017] 1、裁切電池隔膜樣品；
[0018] 2、設(shè)置需要的測試參數(shù)，穿刺速度為20~500mm/min，設(shè)定位移為10~50mm ;
[0019] 3、將隔膜樣品平整放于夾具中間，并且隔膜與夾具緊密貼合；
[0020] 4、讓穿刺針勻速向下滑行，將隔膜刺穿。
[0021] 優(yōu)選地，沿著隔膜縱向方向，按照上述步驟重復(fù)測量，然后去除最大最小值，取算 數(shù)平均值作為最終樣品穿刺強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
[0022] 本發(fā)明優(yōu)勢在于：
[0023] (1)當(dāng)本發(fā)明采用氣動夾具開關(guān)，控制夾具夾緊隔膜，相比螺絲旋緊更操作更簡單 便捷，且隔膜受力更均勻，與夾具的貼合效果更好；
[0024] (2)本發(fā)明操作簡便，設(shè)備簡單，檢測人員可獨立操作，檢測重復(fù)性好，檢測工作效 率高，能較準(zhǔn)確快捷的測試出鋰離子電池隔膜的穿刺強(qiáng)度數(shù)值，可適用于各種不同規(guī)格的 鋰離子電池隔膜材料的檢測過程，應(yīng)用范圍廣，為廠家提供準(zhǔn)確的依據(jù)。
【附圖說明】
[0025] 圖1穿刺強(qiáng)度測試裝置螺絲固定結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2穿刺強(qiáng)度測試裝置鎖扣固定結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3穿刺強(qiáng)度測試裝置氣動固定結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 其中，1穿刺針；2上夾具；3下夾具；4,支撐底座；5針孔；6氣動開關(guān)；7螺絲；8鎖 扣。 具體實施例 [0029] 實施例1
[0030] (1)將樣品裁切成長1000 mm左右，寬35~60mm的尺寸；
[0031] (2)編輯隔膜穿刺強(qiáng)度測試實驗方案，設(shè)置需要的測試參數(shù)，穿刺速度20~ 500mm/min，設(shè)定位移值10~50mm。
[0032] (3)將隔膜平整放于夾具中間，確保隔膜與夾具緊密貼合。
[0033] (4)讓穿刺針勻速向下滑行，將隔膜刺穿。
[0034] (5)沿著隔膜縱向方向，按照上述步驟重復(fù)測量，然后去除最大最小值，取3個數(shù) 據(jù)算數(shù)平均值作為最終樣品穿刺強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
[0035] 實施例2
[0036] 本發(fā)明提供一種鋰離子電池隔膜穿刺強(qiáng)度測試方法，本實施例對16um PP材質(zhì)的 隔膜試樣進(jìn)行測試，具體操作步驟如下：
[0037] (1)裁取 500mm*900mm 隔膜 1 張；
[0038] (2)開啟總電源，啟動電腦，再接通試驗機(jī)電源；
[0039] (3)順時針旋動氣動夾具開關(guān)，上夾具向上打開；
[0040] (4)將隔膜平整放于夾具中間并旋動氣動夾具將樣品夾好，將軟件的測試欄清 零；
[0041] (5)移動橫梁到適當(dāng)位置（到擋圈位移為40.0 mm)，調(diào)整限位擋圈位置（第一次測 試需調(diào)節(jié)）；
[0042] (6)逆時針旋動氣動夾具開關(guān)，上夾具向下關(guān)閉，與下夾具緊密貼合，開始測試；
[0043] (7)觀察試驗過程，隔膜被刺破后位移傳感器自動返車，重復(fù)（4)-(7)步驟，測量 同一直線的5個點，得到隔膜穿刺強(qiáng)度的數(shù)據(jù)；
[0044] (8)數(shù)據(jù)處理：去除最大最小2個值，取剩余3個值的算數(shù)平均值作為最終隔膜穿 刺強(qiáng)度數(shù)據(jù)；
[0045] 表1 32um PP材質(zhì)隔膜穿刺強(qiáng)度數(shù)值/g
[0047] 去除最大最小各2個值，其算數(shù)平均值為：631. 8g。
[0048] 實施例3
[0049] 在上例基礎(chǔ)上，再隨機(jī)選取一卷厚度為32um的PP材質(zhì)隔膜，同樣方法重復(fù)測試其 穿刺強(qiáng)度數(shù)值：
[0050] 表2 32um PP材質(zhì)隔膜穿刺強(qiáng)度數(shù)值/g
[0052] 去除最大最小各2個值，其算數(shù)平均值為：642. lg。
[0053] 實施例4
[0054] 選取一卷厚度為25um的PP材質(zhì)隔膜，同樣方法重復(fù)測試其穿刺強(qiáng)度數(shù)值：
[0055] 表3 25um PP材質(zhì)隔膜穿刺強(qiáng)度數(shù)值/g
[0057] 去除最大最小各2個值，其算數(shù)平均值為：518. 4g。
[0058] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所 作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。凡在本發(fā)明的精神 和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種鋰離子電池隔膜穿刺強(qiáng)度測試裝置，包括穿刺針（1)，上夾具（2)，下夾具（3)， 支撐底座（4)，并且上夾具（2)和下夾具（3)中央設(shè)置有互相對應(yīng)的針孔（5)，其中，所述下 夾具（3)固定在支撐底座（4)上，上夾具（2)和下夾具（3)可活動連接，所述穿刺針（1)可 以穿過針孔（5)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測試裝置，其特征在于，所述可活動連接包括螺絲、鎖扣或氣動 連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測試裝置，其特征在于，所述上夾具和下夾具選自長方體、正方 體或圓柱體中的一種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測試裝置，其特征在于，所述上夾具和下夾具優(yōu)選為圓柱體。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述測試裝置，其特征在于，所述圓柱體的直徑為Φ1= 80~ 100mm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述測試裝置，其特征在于，所述針孔（5)的直徑為 Φ2= 10 ~20mm。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測試裝置，其特征在于，所述穿刺針（1)的針頭圓滑且無毛刺。8. 根據(jù)權(quán)利要求1、3或4任一權(quán)利要求所述測試裝置，其特征在于，所述上夾具和下夾 具的表面平整光滑，且粗糙度Ra< 0. 8。9. 一種鋰離子電池隔膜穿刺強(qiáng)度測試裝置測試方法，包括以下步驟： (1) 裁切電池隔膜樣品； (2) 設(shè)置測試參數(shù)，穿刺速度為20~500mm/min，設(shè)定位移為10~50mm; (3) 將隔膜樣品平整放于夾具中間，并且隔膜與夾具緊密貼合； (4) 讓穿刺針勻速向下滑行，將隔膜刺穿。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述測試方法，其特征在于，進(jìn)一步還包括步驟（5)沿著隔膜縱向 方向，按照上述步驟重復(fù)測量，然后去除最大最小值，取算數(shù)平均值作為最終樣品穿刺強(qiáng)度 數(shù)據(jù)。
【專利摘要】隔膜是電池的重要組成部分之一，穿刺強(qiáng)度是隔膜的一項重要指標(biāo)。而不同厚度不同規(guī)格的隔膜性能各不相同，很多廠家都要求對隔膜的穿刺強(qiáng)度進(jìn)行有效地測試。在電池制作過程中，電極上的極板以及粉塵有可能刺穿隔膜，而導(dǎo)致正負(fù)極接觸而短路，進(jìn)而引發(fā)安全事故。穿刺強(qiáng)度可以表征隔膜耐顆粒、毛刺刺穿的能力。針對上述問題，本發(fā)明的主要目的為提供一種鋰離子電池隔膜穿刺強(qiáng)度測試裝置及測試方法，從而實現(xiàn)方便快捷的測試出鋰離子電池隔膜的穿刺強(qiáng)度，為各電池生產(chǎn)廠家選擇隔膜時提供可靠依據(jù)。
【IPC分類】G01N3/30
【公開號】CN105319139
【申請?zhí)枴緾N201510859203
【發(fā)明人】肖容, 李世隆, 陳秀峰
【申請人】深圳市星源材質(zhì)科技股份有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月30日