摘要：電池隔膜是鋰電子電池*的組成部分，隔膜抗穿刺性能優(yōu)劣對(duì)電池性能具有重要影響。本文采用Labthink蘭光XLW(PC)智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)電池隔膜樣品的抗穿刺性能進(jìn)行驗(yàn)證，并通過對(duì)驗(yàn)證方法、試驗(yàn)原理、設(shè)備參數(shù)及適用范圍等內(nèi)容的詳細(xì)描述，為企業(yè)監(jiān)控電池隔膜的抗穿刺性能提供參考。
關(guān)鍵詞：電池隔膜、抗穿刺性能、穿刺力、智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)
1、意義
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率小、低污染、無記憶效應(yīng)等優(yōu)異性能的鋰電子電池在手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)、電動(dòng)車、航空航天、航海、人造衛(wèi)星、小型、軍用通信設(shè)備等產(chǎn)品及領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。電池隔膜作為正、負(fù)極的隔離材料，是鋰電子電池的必要組成部分，所采用隔膜材料性能的優(yōu)劣直接影響電池的安全性與成本。
抗穿刺性能是評(píng)價(jià)隔膜材料性能的重要力學(xué)指標(biāo)，可有效反映隔膜裝配過程中是否易于短路。將混合后的活性物質(zhì)、炭黑、增塑劑和PVDF均勻地涂覆在金屬箔片上，經(jīng)過高溫真空干燥后制成的鋰電池電極，其表面由活性物質(zhì)和炭黑混合物的微小顆粒所構(gòu)成而呈現(xiàn)凸凹不平，故而被夾在正負(fù)極間的隔膜材料，需要承受很大的壓力，因此隔膜材料應(yīng)具有較強(qiáng)的抗穿刺性能，以防止鋰電池的正負(fù)極接觸而短路。
圖1 電池隔膜
2、試驗(yàn)依據(jù)
本次驗(yàn)證試驗(yàn)過程依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10004-2008《包裝用塑料復(fù)合膜、袋干法復(fù)合、擠出復(fù)合》中穿刺強(qiáng)度的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作，該標(biāo)準(zhǔn)適用于由不同塑料材料通過干法復(fù)合或擠出復(fù)合工藝制成的復(fù)合膜、袋。
3、試驗(yàn)樣品
本文以常見的聚烯烴類電池隔膜為試驗(yàn)樣品，測(cè)試其抗穿刺性能。
4、試驗(yàn)設(shè)備
本次試驗(yàn)利用XLW(PC)智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)電池隔膜樣品的穿刺力進(jìn)行測(cè)試，該設(shè)備由濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)。
圖2 XLW(PC)智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)
4.1 試驗(yàn)原理
抗穿刺性能的高低以刺穿待測(cè)試樣過程中產(chǎn)生的zui大力值——穿刺力表示。試驗(yàn)時(shí)，將試樣裝夾在固定夾具中，配置有穿刺針的動(dòng)夾具以設(shè)定的速度向試樣移動(dòng)，直至刺穿試樣，該動(dòng)夾具中含有力值傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)控刺穿過程中的力值變化，從而得到試樣的穿刺力。另外，該夾具中同時(shí)配有位移傳感器，用于實(shí)施監(jiān)測(cè)試樣的變形情況。
4.2 設(shè)備參數(shù)
- 500 N、50 N兩種規(guī)格的力值傳感器可供選擇；根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，設(shè)備提供50 mm/min、100 mm/min、150 mm/min、200 mm/min、250 mm/min、300 mm/min、500 mm/min七種試驗(yàn)速度，可根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求自由設(shè)定；1000 mm的超長(zhǎng)行程可以滿足大變形率材料的測(cè)試；限位保護(hù)、過載保護(hù)、自動(dòng)回位以及掉電記憶等智能配置，保證用戶的操作安全；集成拉伸、剝離、撕裂等七種獨(dú)立的測(cè)試程序，為用戶提供了多種試驗(yàn)項(xiàng)目的選擇。
4.3 適用范圍
(1) 本設(shè)備可用于塑料薄膜、復(fù)合膜、薄片等材料的抗穿刺性能、拉伸性能、拉斷力、抗拉強(qiáng)度與變形率、抗撕裂性能、剝離強(qiáng)度性能、熱封強(qiáng)度性能等指標(biāo)的測(cè)試；可用于輸液袋蓋、軟橡膠瓶塞、口服液蓋穿刺/拉拔力的測(cè)試；可用于膠帶解卷力、塑料瓶抗壓力、組合蓋及果凍杯、酸奶杯蓋膜的開啟力等產(chǎn)品與包裝性能的測(cè)試。
(2) 本設(shè)備可滿足GB/T 10004、ISO 37、GB 8808、GB/T 1040.1、GB/T 1040.2、GB/T 1040.3、GB/T 1040.4、GB/T 1040.5、QB/T 2358、QB/T 1130、ASTM D 882、ASTM D 1938、ASTM D 3330等20余項(xiàng)國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
5、試驗(yàn)過程
(1) 用取樣器從待測(cè)試的電池隔膜樣品表面裁取試樣5片。
(2) 在設(shè)備控制軟件上設(shè)置試驗(yàn)速度、試樣名稱、試驗(yàn)次數(shù)等參數(shù)信息，將試樣裝夾在夾具中，并安裝好穿刺針。點(diǎn)擊“試驗(yàn)”選項(xiàng)，試驗(yàn)開始，穿刺針按照設(shè)定試驗(yàn)速度移動(dòng)刺穿試樣，設(shè)備實(shí)時(shí)顯示力值變化，并在測(cè)試結(jié)束報(bào)告穿刺力值。
圖3 試樣裝夾圖
(3) 重復(fù)夾樣、點(diǎn)擊試驗(yàn)操作，分別測(cè)試其余4片試樣的穿刺力值。
6、試驗(yàn)結(jié)果
5片試樣的穿刺力測(cè)試值分別為5.34 N、5.61 N、5.57 N、5.49 N、5.32 N，所檢測(cè)的電池隔膜樣品的抗穿刺性能為5片試樣測(cè)試結(jié)果的平均值5.47 N。
7、結(jié)論
本文利用XLW(PC)智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)電池隔膜的抗穿刺性能進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)過程簡(jiǎn)單，設(shè)備易于操作，智能化程度高，試驗(yàn)結(jié)果可真實(shí)反映試樣的抗穿刺能力。除抗穿刺力外，本次試驗(yàn)所采用設(shè)備還可用于測(cè)試電池隔膜的拉伸性能，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司是一家專業(yè)從事包裝檢測(cè)設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)與包裝檢測(cè)服務(wù)的優(yōu)良企業(yè)，現(xiàn)有設(shè)備已服務(wù)于食品、藥品、包裝、汽車、日化、電子、高校及第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)等多個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域。愈了解，愈信任！Labthink蘭光期待與行業(yè)中的企事業(yè)單位增進(jìn)技術(shù)溝通與合作。
