一种锂离子电池隔膜褶皱试验装置及褶皱检测方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池隔膜材料的技术领域，具体涉及一种锂离子电池隔膜褶皱试验装置及褶皱检测方法。


背景技术：

2.目前常见的商用锂离子电池隔膜主要是聚烯烃隔膜，因其较高的机械强度、良好的电化学稳定性、均匀的孔隙结构和突出的成本优势，一直主导着锂离子电池市场。锂离子电池聚烯烃隔膜主要分为：干法隔膜、湿法隔膜和陶瓷隔膜。随着新能源汽车市场占有率的提升，目前动力电芯的需求增长迅猛，同时储能市场增长速度较快，基于此，干法隔膜因为其成本和安全性能的优势，在储能及动力电池领域市占率正在提升。
3.薄型化是干法隔膜发展的必然趋势，动力型干法隔膜应用从最初应用的32μm，逐渐变成25μm、24μm、22μm。2018年开始，20μm干法隔膜在动力电池领域逐步应用成熟，并向14μm、12μm规模化应用进发。未来干法隔膜的产品厚度将从12μm逐步向10μm、9μm方向前进，但随着隔膜厚度变小，隔膜发生褶皱的概率在上升。
4.隔膜发生褶皱的原因如下：干法隔膜为纤维状结构，分为晶区与非晶区，电池在注液过程中，电解液在隔膜内晶区和非晶区渗透时，产生的毛细作用会导致隔膜在液体流动方向的前端隆起，隆起后再进行电池热压工序时会使隔膜和极片间出现间隙从而导致了宏观的褶皱，隔膜厚度越小，褶皱变形越明显。
5.隔膜褶皱的危害：隔膜出现褶皱，与极片接触界面褶皱处会有多层隔膜，导致隔膜与极片间界面产生缺陷，缺陷会造成电池内阻分布不均匀，内阻低的地方可能会产生局部过充或过放，进而影响电池的一致性及循环性能。同时隔膜褶皱缺陷还容易高压电池起火，使电池的不安全风险上升，严重时甚至会导致电动汽车召回事件。目前并无有效的检测方法和明确的指标对隔膜褶皱性能进行评价，为防止电池褶皱带来的安全风险，需对干法隔膜的褶皱现象进行提前检测，预防其给下游带来危害。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种锂离子电池隔膜褶皱试验装置及褶皱检测方法，可以模拟电池隔膜在实际使用中产生褶皱的情况，并能够对褶皱情况进行检测，对电池隔膜的抗褶皱性能进行评价。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种锂离子电池隔膜褶皱试验装置，包括水浴锅、承载组件和重力压块，水浴锅内注入有有机溶液；承载组件位于所述水浴锅内，包括第一平面板和第二平面板，待测隔膜夹于所述第一平面板和所述第二平面板之间；重力压块承压在所述承载组件上。
8.进一步地，所述重力压块为多个，多个所述重力压块的整体重心与所述承载组件的中心位于同一竖直方向上。
9.进一步地，锂离子电池隔膜褶皱试验装置还包括垫块，所述垫块位于所述水浴锅
的底端，所述承载组件位于所述垫块上。
10.进一步地，所述垫块为多个，多个所述垫块的整体中心、多个所述重力压块的整体重心和所述承载组件的中心均位于同一竖直方向上。
11.进一步地，所述第一平面板和所述第二平面板的正投影面完全覆盖待测隔膜的正投影面。
12.进一步地，本技术还提供一种锂离子电池隔膜褶皱检测方法，采用上述所述的试验装置，所述检测方法步骤如下：
13.按照预设的尺寸裁剪需要测试的待测隔膜；
14.将待测隔膜夹于第一平面板和第二平面板之间后直接放置于水浴锅中；
15.将重力压块放置于承载组件上；
16.在水浴锅中缓慢倒入有机溶剂，至少当有机溶剂没过承载组件时停止有机溶剂的加入；
17.设置水浴加热温度使其模拟隔膜在加热工序的环境，当检测到有机溶剂的温度达到指定温度时，开始计时；当计时时间达到预设时长后，停止水浴加热，排空有机溶剂；
18.待水浴锅温度降下后，取出承载组件并将其内的待测隔膜取出进行自然干燥，待测隔膜干燥后用尺子测量其上褶皱的直径，并记录褶皱的数量。
19.进一步地，在将承载组件放置于水浴锅中的步骤之前，先在水浴锅的底端放置多个垫块，垫块放置平稳后再将承载组件直接放置于垫块上。
20.进一步地，重力压块为多个，在放置重力压块时，先在承载组件的中心位置放置重力压块，然后再在承载组件的边缘位置陆续放置其余重力压块。
21.进一步地，所述第一平面板和所述第二平面板采用等大的玻璃板，待测隔膜夹于两片玻璃板之间且边缘不突出玻璃板的边缘。
22.进一步地，在将承载组件放置于水浴锅中的步骤中，承载组件的边缘与水浴锅的侧壁留有空间，避免直接接触。
23.本发明的有益效果在于：
24.1、通过测试干法锂离子电池隔膜在被有机溶剂浸润的条件下，经过承载组件的夹持及重力压块的静压后进行水浴加温，可以有效模拟隔膜在有机溶液浸润过程及热压过程产生的褶皱的情况，方便对电池隔膜产生褶皱的情况及时检测，可以对隔膜的抗褶皱性能进行评价，可以有效预防隔膜褶皱对电池的危害。
25.2、褶皱试验装置还包括垫块，垫块位于水浴锅的底端，承载组件位于垫块上。通过设置垫块，可以避免承载组件与水浴锅的底部直接接触，使得待测隔膜充分浸润在有机容易中进行水浴加热，使得待测隔膜受热均匀，有效的保证了试验环境。
26.3、第一平面板和所述第二平面板的正投影面完全覆盖待测隔膜的正投影面。避免待测隔膜在试验过程中发生卷边翘边的情况而影响到试验的精准度。
27.4、目前关于隔膜褶皱检测并无有效方法，在本技术的锂离子电池隔膜褶皱检测方法中，先模拟电池隔膜的使用环境进行试验使其发生褶皱，然后再对褶皱情况进行测量，可以直观的模拟隔膜在电池内褶皱的条件，对隔膜的褶皱情况可以进行提前测试，对隔膜的抗褶皱性能进行评价，有效预防隔膜褶皱对电池的危害。上述褶皱检测方法弥补了隔膜褶皱这一指标检测的空白，有代表性。且试验装置简单易获取，检测方法操作简单。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例1提供的一种锂离子电池隔膜褶皱试验装置的整体结构示意图；
30.图2为本发明实施例2提供的一种锂离子电池隔膜褶皱检测方法的步骤图。
31.附图标记说明：
32.1、水浴锅；11、有机溶剂；2、承载组件；21、第一平面板；22、第二平面板；3、重力压块；4、垫块；5、待测隔膜。
具体实施方式
33.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
37.实施例1
38.参照图1，作为本发明实施例提供的一种锂离子电池隔膜褶皱试验装置，包括水浴锅1、承载组件2和重力压块3，水浴锅1内注入有有机溶剂11；承载组件2位于水浴锅1内，承载组件2包括第一平面板21和第二平面板22，待测隔膜5夹于第一平面板21和第二平面板22之间；重力压块3承压在承载组件2上。
39.通过测试干法锂离子电池隔膜在被有机溶剂11浸润的条件下，经过承载组件2的夹持及重力压块3的静压后进行水浴加温，可以有效模拟隔膜在有机溶液浸润过程及热压过程产生的褶皱的情况，方便对电池隔膜产生褶皱的情况及时检测，可以对隔膜的抗褶皱性能进行评价，可以有效预防隔膜褶皱对电池的危害。
40.具体地，褶皱试验装置还包括垫块4，垫块4位于水浴锅1的底端，承载组件2位于垫块4上。通过设置垫块4，可以避免承载组件2与水浴锅1的底部直接接触，使得待测隔膜5充
分浸润在有机容易中进行水浴加热，使得待测隔膜5受热均匀，有效的保证了试验环境。第一平面板21和第二平面板22的正投影面完全覆盖待测隔膜5的正投影面。本实施例中，第一平面板21和第二平面板22采用等大的玻璃板，玻璃板表面平整光滑，可以与待测隔膜5更好的压紧贴合。待测隔膜5夹于两片玻璃板之间且边缘不突出玻璃板的边缘，避免待测隔膜5在试验过程中发生卷边翘边的情况而影响到试验的精准度。
41.作为可变实施例，第一平面板21和第二平面板22还可以为非等大的结构，只需要保证第一平面板21和第二平面板22的正投影面完全覆盖待测隔膜5的正投影面即可。
42.本实施例中，重力压块3为多个，多个重力压块3的重心与承载组件2的中心位于同一竖直方向上。垫块4也为多个，多个垫块4的整体中心、多个重力压块3的整体重心和承载组件2的中心均位于同一竖直方向上，一方面可以保证承载组件2的放置平稳性，避免倾倒，另一方面重力压块3对承载组件2的压力也较均匀，进而使得待测隔膜5受压均匀，有效模拟隔膜在电池内褶皱的条件。有机溶剂11采用无水乙醇，无水乙醇成本低廉容易获取，且也无污染。
43.实施例2
44.作为本发明实施例提供的一种锂离子电池隔膜褶皱检测方法，采用实施例1中所述的试验装置，实施例1中对锂离子电池隔膜褶皱试验装置有详细阐述，故此不再赘述，检测方法步骤如下：
45.s10：按照预设的尺寸裁剪需要测试的待测隔膜5；
46.s20：将待测隔膜5夹于第一平面板21和第二平面板22之间后直接放置于水浴锅1中；
47.s30：将重力压块3放置于承载组件2上；
48.s40：在水浴锅1中缓慢倒入有机溶剂11，至少当有机溶剂11没过承载组件2时停止有机溶剂11的加入；
49.s50：设置水浴加热温度使其模拟隔膜在加热工序的环境，当检测到有机溶剂11的温度达到指定温度时，开始计时；当计时时间达到预设时长后，停止水浴加热，排空有机溶剂11；
50.s60：待水浴锅1温度降下后，取出承载组件2并将其内的待测隔膜5取出进行自然干燥，待测隔膜5干燥后用尺子测量其上褶皱的直径，并记录褶皱的数量。
51.具体地，在s10步骤中，预设尺寸可以采用50cm
×
80cm，可以根据水浴锅1的大小来具体设定。
52.在s20步骤中，第一平面板21和第二平面板22采用等大的玻璃板，玻璃板表面平整光滑，可以与待测隔膜5更好的压紧贴合。待测隔膜5夹于两片玻璃板之间且边缘不突出玻璃板的边缘，避免待测隔膜5在试验过程中发生卷边翘边的情况而影响到试验的精准度。在将承载组件2放置于水浴锅1中之前，先在水浴锅1的底端放置多个垫块4，垫块4放置平稳后再将承载组件2直接放置于垫块4上。通过设置垫块4，可以避免承载组件2与水浴锅1的底部直接接触，使得待测隔膜5充分浸润在有机容易中进行水浴加热，使得待测隔膜5受热均匀，有效的保证了试验环境。其中垫块4还可以采用粘接固定的方式固定在水浴锅1的底壁上。在将承载组件2放置于水浴锅1的过程中，承载组件2的边缘与水浴锅1的侧壁留有空间，避免直接接触。
53.在s30步骤中，重力压块3为多个，在放置重力压块3时，先在承载组件2的中心位置放置重力压块3，然后再在承载组件2的边缘位置陆续放置其余重力压块3，可以有效防止重力压块3将承载组件2压翻。在重力压块3放置完成后，保证多个垫块4的整体中心、多个重力压块3整体的重心和承载组件2的中心均位于同一竖直方向上，一方面可以保证承载组件2的放置平稳性，避免倾倒，另一方面重力压块3对承载组件2的压力也较均匀，进而使得待测隔膜5受压均匀，有效模拟隔膜在电池内褶皱的条件。
54.在s40步骤中，水浴锅1的侧壁设有刻度线，有机溶剂11采用无水乙醇，无水乙醇成本低廉容易获取，且也无污染。在此步骤中，可以当无水乙醇没过承载组件2且高于承载组件5-10个刻度线时停止有机溶剂11的加入。考虑到水浴加热无水乙醇的沸腾，因此无水乙醇不仅要没过承载组件2，还需要略高于承载组件2，这样采用保证承载组件2上的待测隔膜5有效进行水浴加热。
55.在s50步骤中，水浴加热温度可以设置为60
°
，60
°
的温度可有恰好模拟隔膜在热压工序的环境。当水浴锅1内的乙醇温度在加热过程中达到60
°
后，开始计时。计时时间的预设时长为30分钟，即计时30分钟后，停止水浴加热，排空无水乙醇，在排空无水乙醇的过程中要防止烫伤。
56.在s60步骤中，虽然无水乙醇已经排空，但水浴锅1和承载组件2温度还是较高，因此等待待水浴锅1和承载组件2温度降下后，取出承载组件2并将其内的待测隔膜5取出进行自然干燥，自然干燥即为将隔膜放置于室温条件下无需任何干燥处理等待自动干燥即可。待测隔膜5干燥后用尺子测量其上褶皱的直径，并记录褶皱的数量。可以根据试验中隔膜尺寸的大小、褶皱的直径及褶皱的数量，来制定褶皱的标准，进而判断当前的待测隔膜5的褶皱标准是否达标。
57.目前关于隔膜褶皱检测并无有效方法，在本技术的锂离子电池隔膜褶皱检测方法中，先模拟电池隔膜的使用环境进行试验使其发生褶皱，然后再对褶皱情况进行测量，可以直观的模拟隔膜在电池内褶皱的条件，对隔膜的褶皱情况可以进行提前测试，对隔膜的抗褶皱性能进行评价，有效预防隔膜褶皱对电池的危害。上述褶皱检测方法弥补了隔膜褶皱这一指标检测的空白，有代表性。且试验装置简单易获取，检测方法操作简单。
58.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。