電池隔膜水分檢測(cè)儀原理及固含量檢測(cè)儀操作

摘要：受三星手機(jī)爆炸的影響，電池行業(yè)越來(lái)越重視電池材料的水分問(wèn)題，尤其是電池隔膜方面，廠家對(duì)隔膜的質(zhì)量要求越來(lái)越高，而行業(yè)內(nèi)常用的是涂過(guò)陶瓷粉末的隔膜，由于隔膜和陶瓷的一些特性，隔膜的密度很小，給水分檢測(cè)在成一定的難度，很多廠家都沒(méi)有很好的辦法來(lái)準(zhǔn)確檢測(cè)出隔膜的水分含量。本文在后面將介紹一種行業(yè)內(nèi)常用的電池隔膜水分檢測(cè)儀。

電池隔膜zui主要的功能是分隔電池中的正負(fù)極板，防止正負(fù)極板直接接觸產(chǎn)生短路，同時(shí)，由于隔膜中具有大量貫通的微孔，電池中的正負(fù)離子可以在微孔中自由通過(guò)，在正負(fù)極板之間遷移形成電池內(nèi)部導(dǎo)電回路，而電子則通過(guò)外部回路在正負(fù)電極之間遷移形成電流，供用電設(shè)備利用。

電池材料水分測(cè)定儀樣品盤

一、對(duì)于鋰離子電池用隔膜，基本性能參數(shù)如下：

1、厚度

對(duì)于消耗型鋰離子電池（手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)中使用的電池），25微米的隔膜逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于人們對(duì)便攜式產(chǎn)品的使用的日益增長(zhǎng)，更薄的隔膜，比如說(shuō)20微米、18微米、16微米、甚至更薄的隔膜開(kāi)始大范圍的應(yīng)用。對(duì)于動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，由于裝配過(guò)程的機(jī)械要求，往往需要更厚的隔膜，當(dāng)然對(duì)于動(dòng)力用大電池，安全性也是非常重要的，而厚一些的隔膜往往同時(shí)意味著更好的安全性。

2、透氣率

從學(xué)術(shù)角度來(lái)說(shuō)，隔膜在電池中是惰性的，即隔膜不是電池的必要組成部分，而僅僅是電池工業(yè)化生產(chǎn)的要求。隔膜的存在首先要滿足它不能惡化電池的電化學(xué)性能，主要表現(xiàn)在內(nèi)阻上。含電解液的隔膜的電阻率和電解液本身的電阻率之間的比值稱為MacMullin數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，消耗型鋰離子電池的這個(gè)數(shù)值為接近8，當(dāng)然這個(gè)數(shù)值越小越好。通常來(lái)說(shuō)，鋰離子電池隔膜中會(huì)有一個(gè)透氣率的參數(shù)，或者叫Gurley數(shù)。這個(gè)數(shù)是這么定義的，即一定體積的氣體，在一定壓力條件下通過(guò)一定面積的隔膜所需要的時(shí)間，氣體的體積量一般為50cc，有些公司也會(huì)標(biāo)100cc，zui后的結(jié)果會(huì)差兩倍。面積應(yīng)該是1平方英寸，壓力差記不太清楚了。這個(gè)數(shù)值從一定意義上來(lái)講，和用此隔膜裝配的電池的內(nèi)阻成正比，即該數(shù)值越大，則內(nèi)阻越大。然而，對(duì)于不同的隔膜，該數(shù)字的直接比較沒(méi)有任何意義。因?yàn)殇囯x子電池中的內(nèi)阻和離子傳導(dǎo)有關(guān)，而透氣率和氣體傳到有關(guān)，兩種機(jī)理是不一樣的。換句話說(shuō)，單純比較兩種不同隔膜的Gurley數(shù)是沒(méi)有意義的，因?yàn)榭赡軆煞N隔膜的微觀結(jié)構(gòu)*不一樣；但同一種隔膜的Gurley數(shù)的大小能很好的反應(yīng)出內(nèi)阻的大小，因?yàn)橥环N隔膜相對(duì)來(lái)說(shuō)微觀結(jié)構(gòu)是一樣的或可比較的。

3、浸潤(rùn)度

為了保證電池的內(nèi)阻不是太大，要求隔膜是能夠被電池所用電解液*浸潤(rùn)。這方面沒(méi)有一個(gè)*的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。大致可以通過(guò)以下試驗(yàn)來(lái)判斷：取典型電解液（如EC：DMC=1:1，1M LiPF6），滴在隔膜表面，看是否液滴會(huì)迅速消失被隔膜吸收，如果是則說(shuō)明浸潤(rùn)性基本滿足要求。更準(zhǔn)確的測(cè)試可以用超高時(shí)間分辨的攝像機(jī)記錄從液滴接觸隔膜到液滴消失的過(guò)程，計(jì)算時(shí)間，通過(guò)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)比較兩種隔膜的浸潤(rùn)度。浸潤(rùn)度一方面?zhèn)€隔膜材料本身相關(guān)，另一方面?zhèn)€隔膜的表面及內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

4、化學(xué)穩(wěn)定性

換句話說(shuō)就是要求隔膜在電化學(xué)反應(yīng)中是惰性的。經(jīng)過(guò)若干年的工業(yè)化檢驗(yàn)，一般認(rèn)為目前隔膜用材料PE或PP是滿足化學(xué)惰性要求的。

5、孔徑

一般來(lái)說(shuō)，隔膜為了阻止電極顆粒的直接接觸，很重要的一點(diǎn)就是防止電極顆粒直接通過(guò)隔膜。目前所使用的電極顆粒一般在10微米的量級(jí)，而所使用的導(dǎo)電添加劑則在10納米的量級(jí)，不過(guò)很幸運(yùn)的是一般碳黑顆粒傾向于團(tuán)聚形成大顆粒。一般來(lái)說(shuō)，亞微米孔徑的隔膜足以阻止電極顆粒的直接通過(guò)，當(dāng)然也不排除有些電極表面處理不好，粉塵較多導(dǎo)致的一些諸如微短路等情況。

6、穿刺強(qiáng)度

這個(gè)參數(shù)實(shí)際上是由于電極表面不夠平整，以及裝配過(guò)程中工藝水平有限而提出的一個(gè)要求，因此要求隔膜有相當(dāng)?shù)拇┐虖?qiáng)度。穿刺強(qiáng)度的測(cè)試有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可遵循，大致是在一定的速度（每分鐘3-5米）下，讓一個(gè)沒(méi)有銳邊緣的直徑為1mm的針刺向環(huán)狀固定的隔膜，為穿透隔膜所施加在針上的zui大力就稱為穿刺強(qiáng)度。同樣的，由于測(cè)試的時(shí)候所用的方法和實(shí)際電池中的情況有很大的差別，直接比較兩種隔膜的穿刺強(qiáng)度不是特別合理，但在微結(jié)構(gòu)一定的情況下，相對(duì)來(lái)說(shuō)穿刺強(qiáng)度高的，其裝配不良率低。但單純追求高穿刺強(qiáng)度，必然導(dǎo)致隔膜的其他性能下降。

7、熱穩(wěn)定性

隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(nèi)（-20C~60C）保持熱穩(wěn)定。一般來(lái)說(shuō)目前隔膜使用的PE或PP材料均可以滿足上述要求。

當(dāng)然還有一個(gè)就是由于電解液對(duì)水份敏感，大多數(shù)廠家會(huì)在注液前進(jìn)行80C左右的烘烤，這對(duì)PP/PE隔膜也不會(huì)存在太大的問(wèn)題。

8、熱關(guān)閉溫度

內(nèi)容由于安全性問(wèn)題比較嚴(yán)重，目前鋰離子電池用隔膜一般都能夠提供一個(gè)附加的功能，就是熱關(guān)閉。一般我們將原理電池（兩平面電極中間夾一隔膜，使用通用鋰離子電池用電解液）加熱，當(dāng)內(nèi)阻提高三個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)的溫度稱為熱關(guān)閉溫度。這一特性可以為鋰離子電池提供一個(gè)額外的安全保護(hù)。實(shí)際上關(guān)閉溫度和材料本身的熔點(diǎn)密切相關(guān)，如PE為135C附近。當(dāng)然不同的微結(jié)構(gòu)對(duì)熱關(guān)閉溫度有一定的影響。但對(duì)于小電池，熱關(guān)閉機(jī)制所起的作用很有限。

9、孔隙率

目前，鋰離子電池用隔膜的孔隙率為40%左右。孔隙率的大小和內(nèi)阻有一定的關(guān)系，但不同種隔膜之間的空隙率的值無(wú)法直接比較。

二、電池隔膜水分檢測(cè)儀特點(diǎn)

A、工作原理

采用干燥失重法原理，通過(guò)加熱系統(tǒng)快速加熱樣品，使樣品的水分能夠在zui短時(shí)間之內(nèi)*蒸發(fā)，從而能在很短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出樣品的含水率。檢測(cè)一般樣品通常只需3分鐘左右。冠亞水分儀采用的原理與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)烘箱法相同，檢測(cè)結(jié)果具有可替代性，儀器采用一鍵式操作，不僅操作簡(jiǎn)單而且也避免了人為因素對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的誤差。

B、儀器特點(diǎn)

檢測(cè)速度快，只需幾分鐘，創(chuàng)行業(yè)之zui；

　　采用一代傳感技術(shù),快速、簡(jiǎn)便,一鍵式操作;

　　操作簡(jiǎn)單，全自動(dòng)操作模式，無(wú)可動(dòng)部件；

　　關(guān)鍵零部件均采用純進(jìn)口材料，以保證產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；

　　零易損件，樣品盤采用耐酸耐堿耐變形的純不銹鋼材料，無(wú)易耗品，樣品盤克循環(huán)利用；

采用特質(zhì)的環(huán)形鹵素光源，加熱均勻，加熱器更耐用；

可以定制增加測(cè)試空間，防止隔膜因加熱膨脹而影響到測(cè)試結(jié)果，從而能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出隔膜的水分含量

電池材料水分測(cè)定儀