锂离子电池用隔膜高温性能检测

崔雪红

（天津市捷威动力工业有限公司，天津 300384）

隔膜是锂离子电池的重要组成部分，它位于电池内部正负极之间，保证锂离子通过的同时，阻碍电子传输。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性[1]，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的热收缩率是指隔膜加热前后的尺寸变化率，是评价隔膜热性能的重要指标，锂离子电池要求隔膜的受热收缩率小，否则会引起短路，引发电池热失控，因此准确检测隔膜受热收缩率，对隔膜高温性能评价至关重要。

1 检测方案制定与实施

1.1 设计依据

国标GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》中，规定锂离子电池升温至130℃，保持30min 以内不起火、不爆炸；以此国标要求作为检测方案的设计依据。

参考国标《GB/T 12027-2004 塑料薄膜和薄片加热尺寸变化率试验方法》中试验方法设计检测方案（见图1）。

图1

量具：准备了不同精度的量具：钢直尺、游标卡尺。从理论上分析，游标卡尺的精度为0.01mm，钢直尺的精度为0.5mm，采用游标卡尺作为量具能够得到更加精确的数据；实际操作时发现，游标卡尺测试隔膜尺寸时无法定位，不适用，最终选择钢直尺作为测试量具。

1.2 裁切方式

直接裁切标准片：将隔膜直接裁切成规定尺寸，进行测试；画格法：将隔膜裁成较大尺寸的样品，在裁好的样品上画出规定尺寸的矩形，进行测试。

实验发现：烘烤后，直接裁切标准片的隔膜边缘卷曲，无法测量；画格法的样品测量位置未卷曲，能够得到准确的测量数据。

1.3 裁切尺寸 将隔膜裁切成不同尺寸的样品进行测试，试验发现，不同裁切尺寸测得的热收缩率不同，因此评价不同批次隔膜的热收缩时，应裁切相同尺寸的样品进行测试。裁切尺寸过大隔膜容易褶皱，测试数据准确性越差，尺寸过小数据无法表征 TD、MD 的各向异性；数据表明，100×100mm 的裁切尺寸数据稳定，且能表征TD、MD的各向异性，因此选定100×100mm 为测试热收缩的固定裁切尺寸（见图2）。

图2

1.4 样品放置方式

尝试了直接平铺、盒装、纸张压制等多种放置方式；实验发现直接平铺、盒装等无垂直方向压制力的放置方式，烘烤后样品褶皱严重，无法准确测量；用纸张压制的放置方式褶皱较少，可以准确测量；但是压制纸张的厚度对测试数据有影响（见图3）。

选定：用A4 纸压制样品，每两层A4 纸之间放置一层隔膜，最多不超过3 层样品。

图3

1.5 烘烤温度

不用规格烘箱的控温精度不同，国标规定烘箱温度波动最低±2℃，最高可达±12.5℃；分别以120、125、130、135、140℃为工作温度进行测试，发现±5℃的温度波动，带来明显的测试偏差；因此隔膜热收缩需要使用控温精度高的烘箱，方可得到准确的数据（见图4）。

图4

1.6 测试设备

选用进口的高精度烘箱（温度波动性≤±1.5℃）；对烘箱的控温精度验证测试数据如下，经过验证，确认该烘箱控温精度能够满足测试要求（见图5）。

图5

1.7 烘烤时间

分别进行烘烤 0.5h、1h、1.5h 的测试实验，发现热收缩率与烘烤时间成正相关；因此热收缩测试应严格控制烘烤时间，可选用带定时功能的烘箱，或采用带提醒功能的定时器、闹钟等辅助工具（见图6）。

图6

测试稳定性验证：重复性测试数据极差为0.5%（见图 7 和表 1）。

图7

表1

2 小结

开发建立了锂离子电池用隔膜高温性能检测方法，确定测试参数如下：

样品裁切尺寸为100×100mm；量具为钢直尺（精度0.5mm）；测试温度130℃±1.5℃（烘箱控温精度）；烘烤时间1h（计时精准到min）；该检测方法数据稳定、可信，重复性测试极差为0.5%。