一种电池隔膜电性能的检测方法与流程

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种电池隔膜电性能的检测方法。

背景技术：

锂离子电池因具有输出电压高、能量密度高、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应等特点，作为主要的储能器件成功应用于移动电源领域。为了进一步满足电网储能、电动汽车以及消费类电子产品对储能器件的需求，更长循环寿命、安全性更好、能量密度更高的电极材料以及锂电池体系成为研究热点。

锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解质四大部分组成。其中，隔膜是电池的重要组成部分，是确保锂电池安全性能的关键组成部件之一。它具有电子绝缘性，因此可以隔离正负极，避免出现两极接触从而导致短路的现象；同时具有离子导电性，而可以保证电池的电化学性能发挥。而涂覆有离子导体粉末功能材料的新型隔膜，不仅具有上述功能，同时具有优异的电化学性能，如：提高电池首效，提高循环性能等。

隔膜的性能直接影响了电池的安全性和电性能的，那么如何分析评价隔膜的电性能，目前还没有一种合适的检测方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电池隔膜电性能的检测方法，能够对电池隔膜的电性能进行检测，从而提供电池隔膜性能的客观评价依据。

为此，本发明实施例提供了一种电池隔膜电性能的检测方法，所述检测方法包括：

组装检测用电池，所述检测用电池包括被检测的电池隔膜；

将所述检测用电池静置2-24小时后，在设定的测试温度下，进行首周循环测试，所述首周循环测试的测试条件具体为：以第一电流大小进行恒流放电，放电截至电压为0～2v；然后再以第二电流进行恒流充电，充电截至电压为0.5v～4.6v；根据首周循环测试的测得的首周放电容量数据表征隔膜化成状况；

在设定的测试温度下进行指定周数的循环测试，所述指定周数的循环测试中每一周的测试条件相同，具体为：在固定的恒流放电截止时间下以第三电流大小进行恒流放电，然后再以第四电流进行恒流充电，充电截至电压为0.5v～4v；计算指定周数的循环充电容量总合，用以表征所述隔膜的电性能；其中，所述指定周数在10-100周之间。

优选的，所述第一电流、第二电流、第三电流和第四电流的大小均在0.001ma-200ma之间。

进一步优选的，所述静置的时间为10-24小时；

所述首周循环测试中，以第一电流大小进行恒流放电的放电截止电压为0.0001-0.1v,以第二电流进行恒流充电的充电截止电压为0.5v-2v；

所述指定周数的循环测试中，所述第三电流和第四电流的大小均在0.1ma-10ma之间，所述以第四电流进行恒流充电的充电电压截止0.5v-2v，所述指定周数为10周-50周。

进一步优选的，所述静置的时间为12-24小时；

所述首周循环测试中，以第一电流大小进行恒流放电的放电截止电压为0.0001-0.01v,以第二电流进行恒流充电的充电截止电压为1v-2v；

所述指定周数的循环测试中，所述第三电流和第四电流的大小均在0.5ma-10ma之间，所述以第四电流进行恒流充电的充电电压截止1v-2v，所述指定周数为20周-50周。

优选的，所述设定的测试温度为-30℃-60℃。

进一步优选的，所述设定的测试温度具体为：-20℃、0℃、25℃、45℃、60℃中的一个或几个。

优选的，所述电池隔膜具体为涂覆有离子导体膜的基膜，所述检测方法用于对所述离子导体膜的电性能进行检测。

进一步优选的，所述离子导体膜的厚度为6-30μm，涂覆的面质量在0.005g/cm²-1g/cm²之间。

进一步优选的，所述离子导体膜由离子导体粉末材料添加助剂后制成的浆料均匀涂敷于基膜上制成；

所述基膜包括：聚乙烯pe膜、聚丙烯pp膜、无纺布膜、纤维膜中的一种或多种复合膜；

所述离子导体粉末添加助剂后制成的浆料涂覆于基膜的一侧或两侧；

所述离子导体膜为6-20μm，涂覆的面质量在0.005g/cm²-0.5g/cm²之间。

优选的，所述检测用电池包括正极片、负极片、电解液和所述隔膜；

所述正极片包括：锂片、铝片、铜片中的任一种；所述正极片的形状为圆型、椭圆形、方形；大小为0.5～100cm²；

所述负极片包括：锂片或铜片；所述负极片的形状为圆型、椭圆形、方形；大小为0.5～120cm²；

所述电解液包括：六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、高氯酸锂(liclo4)、六氟合砷酸锂(liasf6)、三氟甲磺酸锂(licf3so3)、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(lin(cf3so2)2)、双乙酸硼酸锂(libob)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)、双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、二氟磷酸锂(lipf2o2)、硝酸锂(lino3)、醋酸锂(ch3cooli)中的一种或多种。

本发明实施例提供的电池隔膜电性能的检测方法，能够对电池隔膜的电性能进行检测，从而提供电池隔膜性能的客观评价依据。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电池隔膜电性能的检测方法流程图；

图2为本发明实施例1提供的20周循环的充放电曲线；

图3为本发明实施例1和实施例2提供的首周循环的充放电曲线。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供了一种电池隔膜电性能的检测方法，其主要方法步骤流程如图1所示，包括：

步骤10，组装检测用电池；

检测用电池包括被检测的电池隔膜。

电池隔膜可以是常规的电池隔膜，也可以是新型的由离子导体膜涂覆的基膜构成的隔膜，在离子导体膜涂覆的基膜构成的隔膜的情况下，该测试还可以反映离子导体膜的电性能。

检测用电池包括正极片、负极片、电解液和隔膜；

正极片包括：锂片、铝片、铜片中的任一种；正极片的形状为圆型、椭圆形、方形；大小为0.5～100cm²；

负极片包括：锂片或铜片；负极片的形状为圆型、椭圆形、方形；大小为0.5～120cm²；

电解液包括：六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、高氯酸锂(liclo4)、六氟合砷酸锂(liasf6)、三氟甲磺酸锂(licf3so3)、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(lin(cf3so2)2)、双乙酸硼酸锂(libob)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)、双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、二氟磷酸锂(lipf2o2)、硝酸锂(lino3)、醋酸锂(ch3cooli)中的一种或多种。

电解液中还可以包括溶剂和添加剂，溶剂和添加剂包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯脂(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、丙烯酸甲酯(ma)、丙烯酸乙酯(ea)、碳酸亚乙烯酯(vc)、1,3-二氧戊环(dol)、二甲醚(dme)、乙二醇二甲基醚、二乙二醇二甲基醚、三乙二醇二甲基醚和四乙二醇二甲基醚中的一种或多种混合。

在检测用电池的装配中，隔膜的涂覆面要对向负极片装配。

在一个具体的例子中，电池装配可以采用如下方式和结构实现：负极壳→负极片→隔膜(涂覆面对负极)→电解液→正极片→垫片→弹片→正极壳；

在另一个具体的例子中，电池装配可以采用如下方式和结构实现：负极壳→弹片→垫片→负极片→隔膜(涂覆面对负极)→电解液→正极片→垫片→正极壳。

以上两种方式仅为举例，并不限定测试用电池只能采用这两种方式装配。

在由离子导体膜涂覆的基膜构成的隔膜的情况下，基膜包括：聚乙烯(pe)膜、聚丙烯(pp)膜、无纺布膜、纤维膜中的一种或多种复合膜；离子导体粉末添加助剂后制成的浆料涂覆于基膜的一侧或两侧，可以呈对称或不对称涂覆；离子导体膜的厚度为6-30μm，涂覆的面质量在0.005g/cm²-1g/cm²之间；优选的，离子导体膜为6-20μm，涂覆的面质量在0.005g/cm²-0.5g/cm²之间。

在装配好测试用电池后，即可进行测试。

本发明的检测方法，是可以在一个或多个设定的测试温度下进行测试。设定的测试温度范围为-30℃-60℃，通常按照低温[-30℃-10℃),常温[10℃-30℃)和高温[30℃-60℃]来分段选取测试温度。

优选的，设定的测试温度具体为：-20℃、0℃、25℃、45℃、60℃中的一个或几个。

步骤20，将检测用电池静置2-24小时后，在设定的测试温度下，进行首周循环测试，根据首周循环测试的测得的首周放电容量数据表征隔膜化成状况；

具体的，首周循环测试的测试条件具体为：以第一电流大小进行恒流放电，放电截至电压为0～2v；然后再以第二电流进行恒流充电，充电截至电压为0.5v～4.6v；第一电流、第二电流的大小均在0.001ma-200ma之间。

在优选的方案中，静置的时间为10-24小时；首周循环测试中，以第一电流大小进行恒流放电的放电截止电压为0.0001-0.1v,以第二电流进行恒流充电的充电截止电压为0.5v-2v；

更优选的，首周循环测试中，以第一电流大小进行恒流放电的放电截止电压为0.0001-0.01v,以第二电流进行恒流充电的充电截止电压为1v-2v。

通过测试，首周放电容量数据越高，代表化成情况越好。采用本实施例的参数，如果测得室温下首周放电容量大于判定参考值0.02mah，表明隔膜化成状况比传统的隔膜要好。如果改变测试条件或者隔膜制备条件，该判定参考值会相应发生变化，本领域技术人员可以根据相应的条件来确定对应的判定参考值。

步骤30，在设定的测试温度下进行指定周数的循环测试，指定周数的循环测试中每一周的测试条件相同，计算指定周数的循环充电容量总合，用以表征隔膜的电性能；

具体的，在固定的恒流放电截止时间下以第三电流大小进行恒流放电，然后再以第四电流进行恒流充电，充电截至电压为0.5v～4v；指定周数在10-100周之间。第三电流和第四电流的大小均在0.001ma-200ma之间。

在优选的方案中，第三电流和第四电流的大小均在0.1ma-10ma之间，以第四电流进行恒流充电的充电电压截止0.5v-2v，指定周数为10周-50周。

更优选的，第三电流和第四电流的大小均在0.5ma-10ma之间，以第四电流进行恒流充电的充电电压截止1v-2v，指定周数为20周-50周。

通过测试，在指定周数下，循环充电容量总合越大，代表隔膜的电性能越好。采用本实施例的参数，如果20周循环充电容量总和大于判定参考值62mah，表明电性能比传统的隔膜要好。如果改变测试条件或者隔膜制备条件，该判定参考值会相应发生变化，本领域技术人员可以根据相应的条件来确定对应的判定参考值。

本发明提供的电池隔膜电性能的检测方法能够对电池隔膜的电性能进行检测，从而提供电池隔膜性能的客观评价依据。

为了更好的说明本发明提供的电池隔膜性能的检测方法，以下提供了一些具体的实施例以做进一步说明。

实施例1

取cr2032型扣式电池相关配件进行电池装配，包括正极壳、负极壳、对应大小的弹片、垫片，正极片采用直径为14mm的锂片、负极采用直径为16mm的铜片、离子导体膜采用直径为16.5mm，基膜为pp和pe复合隔膜，厚度为12μm的隔膜，电解液为1摩尔的lipf6(ec/dmc1:1)；组装顺序为：负极壳→负极片→隔膜(涂覆面对负极)→电解液→正极片→垫片→弹片→正极壳。在常温环境下进行测试，测试步骤为：静置16小时，首周循环测试：0.01ma恒流放电至电压降至0.005v，0.1ma恒流充电至电压升至2.6v；再进行循环20周测试，每一周的循环测试程序为：0.5ma恒流放电6小时后再以0.5ma恒流充电至2v。

图2为本发明实施例1提供的20周循环的充放电曲线；图3为本发明实施例1和实施例2提供的首周循环的充放电曲线。由图中可以看出，测试结果为：首周放电容量为0.0048mah，20周循环累积充电容量为67.914mah。

实施例2

取cr2032型扣式电池相关配件进行电池装配，包括正极壳、负极壳、对应大小的弹片、垫片，正极片采用直径为14mm的锂片、负极采用直径为16mm的铜片、离子导体膜采用直径为16.5mm，基膜为pp和pe复合隔膜，厚度为15μm的隔膜，电解液为1摩尔的lipf6(ec/dmc1:1)；组装顺序为：负极壳→负极片→隔膜(涂覆面对负极)→电解液→正极片→垫片→弹片→正极壳。在常温环境下进行测试，测试步骤为：静置8小时，首周循环测试：0.02ma恒流放电至电压降至0.05v；0.02ma恒流充电至电压升至3.6v；再进行循环30周测试，每一周的循环测试程序为：1ma恒流放电2小时后，再以1ma恒流充电至3.6v。

首周充放电曲线见图3，测试结果首周放电容量为0.083mah；30周循环累积充电容量为81.5821mah。

实施例3

取cr2025型扣式电池相关配件进行电池装配，包括正极壳、负极壳、对应大小的弹片、垫片，正极片采用直径为14mm的锂片、负极采用直径为16mm的铜片、离子导体膜采用直径为16.5mm，基膜为无纺布隔膜，厚度为14μm的隔膜，电解液为1摩尔的lipf6(ec/dmc/emc1:1:1)；组装顺序为：负极壳→负极片→隔膜(涂覆面对负极)→电解液→正极片→垫片→弹片→正极壳。在室温下进行测试，测试步骤为：静置12小时，首周循环测试：0.01ma恒流放电至电压降至0.005v，0.1ma恒流充电至电压升至2.6v；再进行循环50周测试，每一周的循环测试程序为：0.5ma恒流放电6小时后，再以0.5ma恒流充电至2v。

测试结果为：首周放电容量为0.2176mah，50周循环累积充电容量为101.0624mah。

实施例4

取cr2032型扣式电池相关配件进行电池装配，包括正极壳、负极壳、对应大小的弹片、垫片，正极片采用直径为14mm的锂片、负极采用直径为16mm的铜片、离子导体膜采用直径为16.5mm，基膜为pp和pe复合隔膜，厚度为12μm的隔膜，电解液为1摩尔的lipf6(ec/emc1:1)+1％vc；组装顺序为：负极壳→负极片→隔膜(涂覆面对负极)→电解液→正极片→垫片→弹片→正极壳。电池在45℃环境中测试，测试步骤为：静置16小时，首周循环测试：2ma恒流放电至电压降至0.05v，1ma恒流充电至电压升至3.6v；再进行循环20周测试，每一周的循环测试程序为：10ma恒流放电2小时后以10ma恒流充电至3.6v。

测试结果为：首周放电容量为0.0947mah，20周循环累积充电容量为67.6652mah。

实施例5

取cr2032型扣式电池相关配件进行电池装配，包括正极壳、负极壳、对应大小的弹片、垫片，正极片采用直径为14mm的锂片、负极采用直径为16mm的铜片、离子导体膜采用直径为16.5mm，基膜为pp和pe复合隔膜，厚度为12μm的隔膜，电解液为1摩尔的lipf6(ec/emc1:1)+1％vc；组装顺序为：负极壳→负极片→隔膜(涂覆面对负极)→电解液→正极片→垫片→弹片→正极壳。在0℃测试步骤为：静置16小时，首周循环测试：2ma恒流放电至电压降至0.05v，1ma恒流充电至电压升至3.6v；再进行循环20周测试，每一周的循环测试程序为：3ma恒流放电2小时后以3ma恒流充电至3.6v；电池在45℃环境中测试。

测试结果为：首周放电容量为0.0308mah，20周循环累积充电容量为78mah。

实施例6

取cr2032型扣式电池相关配件进行电池装配，包括正极壳、负极壳、对应大小的弹片、垫片，正极片采用直径为14mm的锂片、负极采用直径为16mm的铜片、离子导体膜采用直径为16.5mm，基膜为pp和pe复合隔膜，厚度为12μm的隔膜，电解液为1摩尔的lipf6(ec/emc1:1)+1％vc；组装顺序为：负极壳→负极片→隔膜(涂覆面对负极)→电解液→正极片→垫片→弹片→正极壳。电池在常温环境中测试，步骤为：静置16小时，首周循环测试：0.01ma恒流放电至电压降至0.005v，0.1ma恒流充电至电压升至2.6v；再进行循环20周测试，每一周的循环测试程序为：0.5ma恒流放电6小时后以0.5ma恒流充电至2v。

测试结果为：首周放电容量为0.0629mah，20周循环累积充电容量为102.1615mah。

将上述各实施例进行整理，表1为实施例1～6的测试的隔膜种类及测试结果。

表1

从实施例1和2中可以看出，隔膜a在实施例2的首周测试条件下得到较好的化成，在实施例1的循环测试条件下电性能表现更优；

从实施例4和5中可以看出，隔膜a在实施例4的测试温度下(45℃)化成状况及电性能都优于在0℃下测试结果；

从实施例1、3和6对比可看出，相同的测试条件下三种不同隔膜化成性能从优到劣的顺序为：c＞a＞b，循环电性能优劣顺序为：c＞a＞b。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。