锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置及方法与流程

本发明属于电池检测领域，尤其涉及一种锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置及方法。

背景技术：

锂离子电池一般是由锂合金金属氧化物正极材料、石墨负极材料、非水电解质和隔膜组成。其中，电池隔膜是确保锂电池安全性能的关键组成部件之一，它分隔正、负极片，防止两极接触短路，同时，它还具有能使电解质离子通过的功能，它的性能优劣直接影响着锂离子电池的综合性能。在过度充电或者温度升高时，当温度达到隔膜的闭孔温度时，隔膜会通过收缩闭孔来阻隔锂离子的通过，从而使得电池内阻急剧上升并避免了进一步热失控的发生，防止起火爆炸，隔膜的高温闭孔性能，提高了锂离子电池在日常使用中的安全性。因此，隔膜的闭孔温度是隔膜安全性的重要检测项，也是应用于锂离子电池保障安全性的首要考虑指标。

目前，行业内对锂离子电池隔膜的闭孔温度还没有标准的检测仪器和检测方法规范，主要的检测仪器有热机械分析仪。热机械分析仪主要工作原理是热机械分析(TMA，Thermo Mechanical Analysis)，TMA是在加热过程中对试样进行力学测定的方法来检测。热机械分析仪基于TMA技术，在程序温度下和非震动载荷作用下，测量试样的形变与温度时间等函数的关系，主要测量试样的膨胀系数和相转变温度等参数。但是，热机械分析仪制造工艺复杂、因此使用热机械分析仪作为隔膜闭孔温度的检测仪器制造成本高，使得现有的隔膜闭孔温度的检测成本非常高。

技术实现要素：

本发明提供一种锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置及方法，旨在解决现有的检测成本高的问题。

为解决上述问题，本发明是这样实现的。本发明提供了一种锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置，所述装置包括：光源、聚光镜、控温箱以及检测器；

待检测隔膜固定在所述控温箱内的样品放置位置；

所述光源，用于发出检测光线照射至所述聚光镜；

所述聚光镜，用于将所述光线聚合成平行光束照射至所述待检测隔膜上；

所述控温箱，用于控制箱体内的温度，以使所述待检测隔膜持续升温；

所述检测器，用于在所述待检测隔膜升温过程中，将透过所述待检测隔膜到达所述检测器的光束的光信号转化为电信号，并建立温度与透光率的映射关系，以便基于所述温度与透光率的映射关系确定所述待检测隔膜的闭孔温度。

进一步地，所述检测器还用于基于所述温度与透光率的映射关系绘制温度与透光率曲线图，且将所述温度与透光率曲线图中透光率的增大率小于预设数值的初始点所对应的温度值判定为所述待检测隔膜的闭孔温度。

进一步地，所述检测器还用于将所述温度与透光率曲线图中，透光率突然增大到最大值的初始点所对应的温度值判定为所述待检测隔膜的破膜温度。

进一步地，所述光源发出的检测光线为复合可见光线。

进一步地，所述检测器与显示器连接，用于将所述温度与透光率曲线图，或闭孔温度，或破膜温度，或闭孔温度与破膜温度，或温度与透光率曲线图与闭孔温度，或温度与透光率曲线图与破膜温度，或温度与透光率曲线图、闭孔温度和破膜温度传输至所述显示器显示。

本发明还提供了一种锂离子电池隔膜闭孔温度的检测方法，所述方法应用于上面所述的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置，且待检测隔膜固定在所述控温箱内的样品放置位置，所述方法包括：

光源发出检测光线照射至聚光镜；

所述聚光镜将所述光线聚合成平行光束照射至所述待检测隔膜上；

所述控温箱控制箱体内的温度，以使所述待检测隔膜持续升温；

检测器在所述待检测隔膜升温过程中，将透过所述待检测隔膜到达所述检测器的光束的光信号转化为电信号，并建立温度与透光率的映射关系，以便基于所述温度与透光率的映射关系确定所述待检测隔膜的闭孔温度。

进一步地，所述方法还包括：所述检测器基于所述温度与透光率的映射关系绘制温度与透光率曲线图，且将所述温度与透光率曲线图中透光率的增大率小于预设数值的初始点所对应的温度值判定为所述待检测隔膜的闭孔温度。

进一步地，所述方法还包括：所述检测器将所述温度与透光率曲线图中，透光率突然增大到最大值的初始点所对应的温度值判定为所述待检测隔膜的破膜温度。

进一步地，所光源发出的检测光线为复合可见光线。

进一步地，所述检测器与显示器连接，将所述温度与透光率曲线图，或闭孔温度，或破膜温度，或闭孔温度与破膜温度，或温度与透光率曲线图与闭孔温度，或温度与透光率曲线图与破膜温度，或温度与透光率曲线图、闭孔温度和破膜温度传输至所述显示器显示。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供了一种锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置，检测装置包括光源、聚光镜、控温箱以及检测器，首先待检测隔膜固定在控温箱内，光源发出的光束经聚光镜后照射至待检测隔膜上，然后控温箱控制自身箱体内温度发生变化，使待检测隔膜不断升温，在升温过程中，检测器根据光束穿透隔膜的透光率变化，计算出温度与透光率之间的映射关系，以便基于该温度与透光率映射以确定隔膜的闭孔温度。本发明所提供的装置制造工艺简单，且制造成本低廉，使得锂离子电池隔膜闭孔温度的检测成本降低，同时检测过程非常简单。

附图说明

图1是本发明实施例提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置示意图；

图2是本发明实施例提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置示意图；

图3是本发明实施例提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测方法流程图；

图4是本发明实施例提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测方法流程图；

图5是本发明实施例提供的不同温度下隔膜透光率变化示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

作为本发明的第一个实施例，如图1所示，为本发明提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置示意图。所述装置包括：光源101、聚光镜102、控温箱103以及检测器104；

待检测隔膜固定在控温箱103内的样品放置位置；

光源101用于发出检测光线照射至聚光镜102；

聚光镜102用于将所述光线聚合成平行光束照射至待检测隔膜上；

控温箱103用于控制箱体内的温度，以使待检测隔膜持续升温；

检测器104用于在待检测隔膜升温过程中，将透过待检测隔膜到达检测器104的光束的光信号转化为电信号，并建立温度与透光率的映射关系，以便基于该温度与透光率的映射关系确定待检测隔膜的闭孔温度。

其中，检测器104可包含信号放大功能，例如，将信号放大器集成在检测器104上。检测器104将光信号转化为电信号之后，可将该电信号做放大处理，然后基于放大后的电信号建立温度与透光率的映射关系。

如图5所示，为本发明实施例提供的不同温度下隔膜透光率变化示意图。从图5中可以看出，隔膜的透光率与隔膜温度成正比，隔膜在145℃时的透光效果明显高于隔膜在90℃的透光效果。因为，隔膜样品随着温度的升高，由于隔膜的微孔闭合，光在该隔膜的表面发生的漫反射减少，使得光的透光率越来越高，因此，隔膜看起来越来越透明。

综上所述，本发明所提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置，以通过检测隔膜在升温过程中的透光率为设计原理，检测装置包括光源101、聚光镜102、控温箱103以及检测器104，首先待检测隔膜固定在控温箱103内，光源101发出的光束经聚光镜102后照射至待检测隔膜上，然后控温箱103控制自身箱体内温度发生变化，使待检测隔膜不断升温，在升温过程中，检测器104根据光束穿透隔膜的透光率变化，计算出温度与透光率之间的映射关系，以便基于该温度与透光率映射以确定隔膜的闭孔温度。本发明所提供的装置制造工艺简单，且制造成本低廉，使得锂离子电池隔膜闭孔温度的检测成本降低，同时检测过程非常简单。

作为本发明的第二个实施例，如图2所示，为本发明提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置示意图。所述检测装置11包括：光源101、聚光镜102、控温箱103以及检测器104；待检测隔膜固定在控温箱103内的样品放置位置；光源101用于发出检测光线照射至聚光镜102；聚光镜102用于将所述光线聚合成平行光束照射至待检测隔膜上；控温箱103用于控制箱体内的温度，以使待检测隔膜持续升温；检测器104用于在待检测隔膜升温过程中，将透过待检测隔膜到达检测器104的光束的光信号转化为电信号，并建立温度与透光率的映射关系，以便基于该温度与透光率的映射关系确定待检测隔膜的闭孔温度。

其中，检测器104可包含信号放大功能，例如，将信号放大器集成在检测器104上。检测器104将光信号转化为电信号之后，可将该电信号做放大处理，然后基于放大后的电信号建立温度与透光率的映射关系。

进一步地，检测器104还用于基于温度与透光率的映射关系绘制温度与透光率曲线图，且将温度与透光率曲线图中透光率的增大率小于预设数值的初始点所对应的温度值判定为该待检测隔膜的闭孔温度。其中，温度与透光率曲线图一般以隔膜未升温之前的温度为初始温度值，以隔膜未升温之前的透光率为初始透光率值。

上述透光率的增大率一般是指B温度的透光率减去A温度的透光率最终得到的差值，在隔膜升温过程中，若该增大率大于增大率的预设值，则表明还未到达该隔膜的闭孔温度；若该增大率小于增大率的预设值，则表明隔膜发生了突变，已到达该隔膜的闭孔温度，因此，将温度与透光率曲线图中透光率的增大率小于预设数值的初始点所对应的温度值判定为该待检测隔膜的闭孔温度。在仿真实验中，随着隔膜温度的升高，隔膜内部的网格结构会发生塌陷，样品本身对光的吸光率减少，透光率缓慢增大，在温度与透光率曲线图中，一般在透光率增大趋于平缓的拐点的温度为隔膜样品的闭孔温度，由于该拐点的范围不能够明确，因此，在本发明实施例中将透光率的增大率作为隔膜闭孔温度的判断依据，即先设定一个增大率的预设值，若透过率趋于平缓的拐点时，该点的增大率会小于增大率的预设值，此时可判定温度与透光率曲线图中，透光率的增大率小于预设数值的初始点所对应的温度值判定为该待检测隔膜的闭孔温度。

进一步地，检测器104用于将温度与透光率曲线图中，透光率突然增大到最大值的初始点所对应的温度值判定为该待检测隔膜的破膜温度。在仿真实验中，当隔膜到达闭孔温度后，温度继续升高，样品发生破裂，此时，平行光源可瞬间直接全部穿透隔膜，透光率瞬间增大到最大值，该突跃点为隔膜破膜温度判定点，即透光率突然增大到最大值的初始点所对应的温度值判定为该待检测隔膜的破膜温度。

进一步地，光源101发出的检测光线为复合可见光线。

进一步地，检测器104与显示器22连接，用于将温度与透光率曲线图，或闭孔温度，或破膜温度，或闭孔温度与破膜温度，或温度与透光率曲线图与闭孔温度，或温度与透光率曲线图与破膜温度，或温度与透光率曲线图、闭孔温度和破膜温度传输至显示器22显示。

需要说明的是，当电池内部温度超过隔膜闭孔温度后进一步升高时，一旦达到隔膜的熔化温度，此时隔膜的融化温度即为破膜温度。隔膜的熔化破裂会导致正负极直接接触短路，有可能发生爆炸等危险，可见检测隔膜的破膜温度也是保障锂离子电池安全性的必然要求。因此，隔膜的闭孔温度和破膜温度是隔膜安全性的重要检测项，也是应用于锂离子电池保障安全性的首要考虑指标。目前，行业内对锂离子电池隔膜的破膜温度一般也是应用热机械分析仪进行检测。同样的，使用热机械分析仪作为隔膜破膜温度的检测仪器制造成本高，使得现有的隔膜破膜温度的检测成本非常高。

需要说明的是，检测器104与显示器22连接，以使检测结果传输至显示器22上显示，该显示器22可以外接，也可以作为检测装置11的一部分，即将显示器22设计在检测装置11内部，在本发明中并不做限定。第二实施例中所描述的显示器，是作为一个单独的外部装置与检测装置外接的情况。

需要说明的是，检测装置在检测完成后，将检测结果传输至显示器上显示，此时显示器上显示的结果可以有多种模式，下面列举几种模式：

模式1：显示器上直接显示出温度-透光率曲线图。此时，可以通过温度与透光率曲线图中的变化人为的判断闭孔温度或者破膜温度。

模式2：检测器直接将经过计算分析得到的闭孔温度传输至显示器上显示，此时在显示器上可以直观的看到该隔膜样本的闭孔温度。

模式3：检测器直接将经过计算得到的破膜温度传输至显示器上显示，此时在显示器上可以直观的看到该隔膜样本的破膜温度。

模式4：检测器直接将经过计算得到的闭孔温度和破膜温度传输至显示器上显示，此时在显示器上可以直观的看到该隔膜样本的闭孔温度与破膜温度。

模式5：检测器同时将温度与透光率曲线图和计算后的闭孔温度传输至显示器上显示，此时在显示器既可以看到温度与透光率曲线图，又可以直观的看到该隔膜样本的闭孔温度与破膜温度。

模式6：检测器同时将温度与透光率曲线图、计算后的闭孔温度和破膜温度传输至显示器显示。此模式下，是判断锂离子电池隔膜检测结果的最全面、最优选的模式。

综上所述，本发明所提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置，不但可以检测隔膜的闭孔温度，还能够进一步检测隔膜的破膜温度。且该检测装置与现有技术相比，制造工艺更简单，且制造成本低廉，从而使得锂离子电池隔膜闭孔温度或破膜温度的检测成本降低，检测过程简单。

作为本发明的第三个实施例，如图3所示，为本发明实施例提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测方法流程图。该方法应用于上面所述的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置，且待检测隔膜固定在所述控温箱内的样品放置位置，该方法包括下述步骤：

步骤S101：光源发出检测光线照射至聚光镜；

步骤S102：聚光镜将所述光线聚合成平行光束照射至所述待检测隔膜上；

步骤S103：控温箱控制箱体内的温度，以使所述待检测隔膜持续升温；

步骤S104：检测器在所述待检测隔膜升温过程中，将透过所述待检测隔膜到达所述检测器的光束的光信号转化为电信号，并建立温度与透光率的映射关系，以便基于所述温度与透光率的映射关系确定所述待检测隔膜的闭孔温度。

在步骤S104中，检测器将光信号转化为电信号之后，可将该电信号做放大处理，然后基于放大后的电信号建立温度与透光率的映射关系。

如图5所示，为本发明实施例提供的不同温度下隔膜透光率变化示意图。从图5中可以看出，隔膜的透光率与隔膜温度成正比，隔膜在145℃时的透光效果明显高于隔膜在90℃的透光效果。因为，隔膜样品随着温度的升高，由于隔膜的微孔闭合，光在该隔膜的表面发生的漫反射减少，使得光的透光率越来越高，因此，隔膜看起来越来越透明。

综上所述，本发明所提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测方法，以通过检测隔膜在升温过程中的透光率为设计原理，首先待检测隔膜固定在控温箱内，光源发出的光束经聚光镜后照射至待检测隔膜上，然后控温箱控制自身箱体内温度发生变化，使待检测隔膜不断升温，在升温过程中，检测器根据光束穿透隔膜的透光率变化，计算出温度与透光率之间的映射关系，以便基于该温度与透光率映射以确定隔膜的闭孔温度。本发明所提供的检测方法检测过程非常简单。

作为本发明的第四个实施例，如图4所示，为本发明实施例提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测方法流程图。所述方法应用于上面所述的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测装置，且待检测隔膜固定在所述控温箱内的样品放置位置，所述方法包括：

步骤S101：光源发出检测光线照射至聚光镜；

步骤S102：所述聚光镜将所述光线聚合成平行光束照射至所述待检测隔膜上；

步骤S103：所述控温箱控制箱体内的温度，以使所述待检测隔膜持续升温；

步骤S104：检测器在所述待检测隔膜升温过程中，将透过所述待检测隔膜到达所述检测器的光束的光信号转化为电信号，并建立温度与透光率的映射关系，以便基于所述温度与透光率的映射关系确定所述待检测隔膜的闭孔温度。

步骤S105：所述检测器基于所述温度与透光率的映射关系绘制温度与透光率曲线图，且将所述温度与透光率曲线图中透光率的增大率小于预设数值的初始点所对应的温度值判定为所述待检测隔膜的闭孔温度。其中，温度与透光率曲线图一般以隔膜未升温之前的温度为初始温度值，以隔膜未升温之前的透光率为初始透光率值。

在步骤S105中，透光率的增大率一般是指B温度的透光率减去A温度的透光率最终得到的差值，在隔膜升温过程中，若该增大率大于增大率的预设值，则表明还未到达该隔膜的闭孔温度；若该增大率小于增大率的预设值，则表明隔膜发生了突变，已到达该隔膜的闭孔温度，因此，将温度与透光率曲线图中透光率的增大率小于预设数值的初始点所对应的温度值判定为该待检测隔膜的闭孔温度。

步骤S106：所述检测器将所述温度与透光率曲线图中，透光率突然增大到最大值的初始点所对应的温度值判定为所述待检测隔膜的破膜温度。在仿真实验中，当隔膜到达闭孔温度后，温度继续升高，样品发生破裂，此时，平行光源可瞬间直接全部穿透隔膜，透光率瞬间增大到最大值，该突跃点为隔膜破膜温度判定点，即透光率突然增大到最大值的初始点所对应的温度值判定为该待检测隔膜的破膜温度。

其中，所光源发出的检测光线为复合可见光线。

另外，所述检测器与显示器连接，将所述温度与透光率曲线图，或闭孔温度，或破膜温度，或闭孔温度与破膜温度，或温度与透光率曲线图与闭孔温度，或温度与透光率曲线图与破膜温度，或温度与透光率曲线图、闭孔温度和破膜温度传输至显示器显示。

综上所述，本发明所提供的锂离子电池隔膜闭孔温度的检测方法，不但可以检测隔膜的闭孔温度，还能够进一步检测隔膜的破膜温度。且该检测方法与现有技术相比，检测过程简单。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。