一种隔膜穿刺强度测试装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子膜材料测试领域，尤其涉及一种用于锂离子电池微孔隔膜材料 的抗穿刺能力测试装置及其方法。 技术背景
[0002] 因为锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长，自放电率小，绿色环保等优点，锂 离子电池已广泛用于笔记本电脑，手机，摄影机等消费电子产品。目前锂离子电池隔膜的主 要材质为多孔聚烯烃膜，包括聚乙烯（PE)或聚丙烯（PP)等，一般根据应用采用不同规格的 隔膜，如单层、双层及三层的湿法或者干法隔膜。电池隔膜的的离子传导能力直接关系到电 池的整体性能，其隔离正负极的作用使电池在过度充电或者内部温度升高的情况下能限制 电流的升高，防止电池发生热失控引起爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备 起到安全保护的作用。
[0003] 隔膜是电池的重要组成部分之一，穿刺强度是隔膜的一项重要指标。而不同厚度 不同规格的隔膜性能各不相同，很多厂家都要求对隔膜的穿刺强度进行有效地测试。在电 池制作过程中，电极上的极板以及粉尘有可能刺穿隔膜，而导致正负极接触而短路，进而引 发安全事故。穿刺强度可以表征隔膜耐颗粒、毛刺刺穿的能力。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的主要目的为提供一种锂离子电池隔膜穿刺强度测试装置 及测试方法，从而实现方便快捷的测试出锂离子电池隔膜的穿刺强度，为各电池生产厂家 选择隔膜时提供可靠依据。
[0005] 本发明思想：采用气动夹具开关，利用微机控制电子万能试验机检测隔膜的抗穿 刺强度。所谓抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳穿隔膜样本的质量，用它来表示 隔膜在装配过程中发生短路的趋势，因隔膜是被夹在凹凸不平的正、负极片间，需要承受很 大的压力。为了防止短路，隔膜必须具备一定的穿刺强度。
[0006] 本发明中所指隔膜包括PE、PP、PP-PE、无纺布、聚酰亚胺等高分子微孔隔膜，其厚 度在5um~60um之间。
[0007] 本发明技术方案：
[0008] -种锂离子电池隔膜穿刺强度测试装置，包括穿刺针1，上夹具2,下夹具3,支撑 底座4,并且上夹具2和下夹具3中央设置有互相对应的针孔5,其中，下夹具3固定在支撑 底座4上，上夹具2和下夹具3可活动连接，穿刺针1可以通过针孔5。
[0009] 所述可活动连接包括螺丝、锁扣、气动等方式连接。优选地，气动连接，进一步还包 括气动开关6。开启总电源，启动电脑，再接通试验机电源。将气动开关顺时针旋转，夹具打 开，将裁剪好的隔膜放入夹具中，将启动开关逆时针旋转，夹具关闭，开始测试。采用气动夹 具开关，控制夹具夹紧隔膜，相比螺丝旋紧更操作更简单便捷，且隔膜受力更均匀，与夹具 的贴合效果更好。
[0010] 优选地，所述上夹具和下夹具选自长方体、正方体或圆柱体，优选为圆柱体。
[0011] 优选地，所述圆柱体的直径为O1= 80~100mm。
[0012] 优选地，所述针孔5的直径为Φ2= 10~20mm。
[0013] 优选地，所述穿刺针1的针头圆滑且无毛刺。
[0014] 优选地，所述上夹具和下夹具的表面平整光滑，且粗糙度Ra <0.8。若夹具表面有 颗粒，容易使隔膜刺穿，影响测试准确度。
[0015] 优先地，上述穿刺针规格：Φ = 0. 5~2. 0mm，上下夹具规格：O1= 100mm，Φ 2 = 20mm〇
[0016] -种锂离子电池隔膜穿刺强度测试装置测试方法，包括以下步骤：
[0017] 1、裁切电池隔膜样品；
[0018] 2、设置需要的测试参数，穿刺速度为20~500mm/min，设定位移为10~50mm ;
[0019] 3、将隔膜样品平整放于夹具中间，并且隔膜与夹具紧密贴合；
[0020] 4、让穿刺针匀速向下滑行，将隔膜刺穿。
[0021] 优选地，沿着隔膜纵向方向，按照上述步骤重复测量，然后去除最大最小值，取算 数平均值作为最终样品穿刺强度数据。
[0022] 本发明优势在于：
[0023] (1)当本发明采用气动夹具开关，控制夹具夹紧隔膜，相比螺丝旋紧更操作更简单 便捷，且隔膜受力更均匀，与夹具的贴合效果更好；
[0024] (2)本发明操作简便，设备简单，检测人员可独立操作，检测重复性好，检测工作效 率高，能较准确快捷的测试出锂离子电池隔膜的穿刺强度数值，可适用于各种不同规格的 锂离子电池隔膜材料的检测过程，应用范围广，为厂家提供准确的依据。
【附图说明】
[0025] 图1穿刺强度测试装置螺丝固定结构示意图；
[0026] 图2穿刺强度测试装置锁扣固定结构示意图；
[0027] 图3穿刺强度测试装置气动固定结构示意图；
[0028] 其中，1穿刺针；2上夹具；3下夹具；4,支撑底座；5针孔；6气动开关；7螺丝；8锁 扣。 具体实施例 [0029] 实施例1
[0030] (1)将样品裁切成长1000 mm左右，宽35~60mm的尺寸；
[0031] (2)编辑隔膜穿刺强度测试实验方案，设置需要的测试参数，穿刺速度20~ 500mm/min，设定位移值10~50mm。
[0032] (3)将隔膜平整放于夹具中间，确保隔膜与夹具紧密贴合。
[0033] (4)让穿刺针匀速向下滑行，将隔膜刺穿。
[0034] (5)沿着隔膜纵向方向，按照上述步骤重复测量，然后去除最大最小值，取3个数 据算数平均值作为最终样品穿刺强度数据。
[0035] 实施例2
[0036] 本发明提供一种锂离子电池隔膜穿刺强度测试方法，本实施例对16um PP材质的 隔膜试样进行测试，具体操作步骤如下：
[0037] (1)裁取 500mm*900mm 隔膜 1 张；
[0038] (2)开启总电源，启动电脑，再接通试验机电源；
[0039] (3)顺时针旋动气动夹具开关，上夹具向上打开；
[0040] (4)将隔膜平整放于夹具中间并旋动气动夹具将样品夹好，将软件的测试栏清 零；
[0041] (5)移动横梁到适当位置（到挡圈位移为40.0 mm)，调整限位挡圈位置（第一次测 试需调节）；
[0042] (6)逆时针旋动气动夹具开关，上夹具向下关闭，与下夹具紧密贴合，开始测试；
[0043] (7)观察试验过程，隔膜被刺破后位移传感器自动返车，重复（4)-(7)步骤，测量 同一直线的5个点，得到隔膜穿刺强度的数据；
[0044] (8)数据处理：去除最大最小2个值，取剩余3个值的算数平均值作为最终隔膜穿 刺强度数据；
[0045] 表1 32um PP材质隔膜穿刺强度数值/g
[0047] 去除最大最小各2个值，其算数平均值为：631. 8g。
[0048] 实施例3
[0049] 在上例基础上，再随机选取一卷厚度为32um的PP材质隔膜，同样方法重复测试其 穿刺强度数值：
[0050] 表2 32um PP材质隔膜穿刺强度数值/g
[0052] 去除最大最小各2个值，其算数平均值为：642. lg。
[0053] 实施例4
[0054] 选取一卷厚度为25um的PP材质隔膜，同样方法重复测试其穿刺强度数值：
[0055] 表3 25um PP材质隔膜穿刺强度数值/g
[0057] 去除最大最小各2个值，其算数平均值为：518. 4g。
[0058] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，是结合具体的优选实施方式对本发明所 作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。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。
【主权项】
1. 一种锂离子电池隔膜穿刺强度测试装置，包括穿刺针（1)，上夹具（2)，下夹具（3)， 支撑底座（4)，并且上夹具（2)和下夹具（3)中央设置有互相对应的针孔（5)，其中，所述下 夹具（3)固定在支撑底座（4)上，上夹具（2)和下夹具（3)可活动连接，所述穿刺针（1)可 以穿过针孔（5)。2. 根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述可活动连接包括螺丝、锁扣或气动 连接。3. 根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述上夹具和下夹具选自长方体、正方 体或圆柱体中的一种。4. 根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述上夹具和下夹具优选为圆柱体。5. 根据权利要求3或4所述测试装置，其特征在于，所述圆柱体的直径为Φ1= 80~ 100mm〇6. 根据权利要求1-4任一权利要求所述测试装置，其特征在于，所述针孔（5)的直径为 Φ2= 10 ~20mm。7. 根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述穿刺针（1)的针头圆滑且无毛刺。8. 根据权利要求1、3或4任一权利要求所述测试装置，其特征在于，所述上夹具和下夹 具的表面平整光滑，且粗糙度Ra< 0. 8。9. 一种锂离子电池隔膜穿刺强度测试装置测试方法，包括以下步骤： (1) 裁切电池隔膜样品； (2) 设置测试参数，穿刺速度为20~500mm/min，设定位移为10~50mm; (3) 将隔膜样品平整放于夹具中间，并且隔膜与夹具紧密贴合； (4) 让穿刺针匀速向下滑行，将隔膜刺穿。10. 根据权利要求9所述测试方法，其特征在于，进一步还包括步骤（5)沿着隔膜纵向 方向，按照上述步骤重复测量，然后去除最大最小值，取算数平均值作为最终样品穿刺强度 数据。
【专利摘要】隔膜是电池的重要组成部分之一，穿刺强度是隔膜的一项重要指标。而不同厚度不同规格的隔膜性能各不相同，很多厂家都要求对隔膜的穿刺强度进行有效地测试。在电池制作过程中，电极上的极板以及粉尘有可能刺穿隔膜，而导致正负极接触而短路，进而引发安全事故。穿刺强度可以表征隔膜耐颗粒、毛刺刺穿的能力。针对上述问题，本发明的主要目的为提供一种锂离子电池隔膜穿刺强度测试装置及测试方法，从而实现方便快捷的测试出锂离子电池隔膜的穿刺强度，为各电池生产厂家选择隔膜时提供可靠依据。
【IPC分类】G01N3/30
【公开号】CN105319139
【申请号】CN201510859203
【发明人】肖容, 李世隆, 陈秀峰
【申请人】深圳市星源材质科技股份有限公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月30日