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鋰離子電池隔膜進行穿透與拉伸試驗

和晟儀器 ? 2022-06-01 18:22 ? 次閱讀

本文介紹了HS-3000A-S電子萬能試驗機,配合恒溫箱,對鋰電池隔離膜進行穿刺與拉伸試驗測試其強度。通過這項研究,我們能夠評估在生產和使用過程中,隔離膜在不同溫度下的強度特性。

關鍵詞:鋰電池 隔膜 拉伸強度 穿刺 拉伸

鋰離子二次電池又稱充電電池(以下簡稱鋰離子電池),因 其能量密度高、電池電壓高等優點,被廣泛用作信息終端和消費電子等領域的能源。最近,它們越來越多地傳播到一般家庭應用領域,包括混合電動汽車,而且很明顯,未來的需求將進一步增加。 由于鋰離子電池有時會因短路、過充放電、沖擊等原因變得不穩定,因此在電池組件層面上加入了多種保護機制,以確保安全由 于鋰離子電池重量輕、體積小。

在這些組成部分中,鋰離子電池隔離膜防止正極和負極之間的接觸,同時起到允許鋰離子通過的間隔物的作用。并且,它還 具有防止短路時由于電流過大而導致電池溫度升高的功能。由于鋰離子電池隔離膜放置位置,使其與正負極粗糙表面接觸,因此需要較高的機械強度。這種機械強度必須保持穩定,即使溫度有一些上升(這在某種程度上是常見的),例如電池充電。因此,我們使用和晟HS-3000A-S電子萬能試驗機與恒溫箱配合,在不同溫度狀態下,對隔離膜進行了穿孔和拉伸測試,以評估強度隨溫度變化的情況。

1、實驗設備

1.1 儀器 HS-3000A-S 電子萬能實驗機 恒溫箱

1.2 分析條件

  • 試驗類型:穿刺/拉伸試驗
  • 負荷傳感器容量:100N
  • 試驗力精度:顯示值的 ±0.5%
  • 試驗速度:50mm/min
  • 試驗溫度:25℃ /60℃ /90℃
  • 夾具:50N 氣動夾具(平面齒0.4Mpa)

2、 試驗方法

用于穿刺試驗的隔離膜,從兩個小型電子設備上的鋰離子電池(圓柱形)中取出,用于測試環境溫度變化對隔離膜特性的影響。

用于拉伸試驗的隔膜是從商用鋰離子電池(方形)中取出的,聚乙烯(PE)作為主要成分的樣品。進行拉伸試驗時,將每個分離樣品制成啞鈴形樣品,其方向為每個分離樣品的長度和 寬度。所有標本的總長度35mm,平行截面尺寸為10(長)×2(寬)mm。

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圖 1. 拉伸試驗樣品

2.2 試驗結果

為穿刺試驗的力 - 位移曲線,表1示出了與溫度對應 的最大力和最大位移。在25°C 和 60°C下的試驗結果對比表明,最大力沒有太大的差別,但最大位移是在60°C 時更大。在60°C 和 90°C 的結果值比較最大力在 90°C處明顯減小,但最大位移值變化不明顯。綜上所述,可以判斷在60℃時,鋰離子電池分離器的強度沒有降低,盡管其延伸性能明顯增加。

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圖 2. 穿刺試驗結果

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表1.測量結果表

圖3 和圖4分別示出了樣品1的寬度和長度方向,應力 - 應變曲線。圖5和圖6分別示出了樣品2的寬度和長度方向,應力 - 應變曲線。表2顯示了在每個溫度下獲得的力學性能的測試值,每個樣品,寬度方向拉伸強度都比長度方向低,但一般寬度方向伸長率更大。再比較表2中的數據時,試樣的長度方向拉伸強度約為寬度方向的5 倍。此外,樣品1在長度上的斷裂應變降低了,在寬度方向上大約是長上度方向的 15倍。根據述結果,可以推測該隔離膜(樣品1)為采用長度拉伸的方法制造。試樣2的寬度方向拉伸強度約為試樣1的兩倍,斷裂應變較低。

因此,由于試樣2在長度方向上具有更大的拉伸強度和較低的斷裂應變的傾向,推測樣品2是以低的雙軸拉伸比制造的,并且在長度方向上的拉伸比大于寬度方向的拉伸比。

當比較 25° C 和 60° C下的試樣斷裂應變和拉伸強度時,盡管由于試驗溫度增加到 60° C,斷裂應變值增加了 2 倍,但拉伸強度略有下降。同樣,當與 60° C 和 90° C下的物理性能測量值相比,斷裂應變與 25° C 和 60° C 下的應變相比,表現出同樣的顯著增加趨勢。然而,在這種情況下,拉伸強度值出現顯著的降低。

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圖 3.測試結果(樣品1,橫向)

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圖 4.測試結果(樣品1,縱向)

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圖5.測試結果(樣品2,橫向)

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圖 6.測試結果(樣品2,縱向)

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圖 5.測試結果(樣品2,橫向)

試驗結果

綜上所述,很明顯,本試驗中使用的鋰離子電池隔離膜在60° C 下仍保持良好的機械強度,盡管其伸長特性提高。隔離膜需要高機械強度性能,以承受電池內溫度的變化。這里,從鋰離子電池隔膜在常溫下的穿孔和拉伸試驗結果可以清楚地看出,使用和晟HS-3000A-S電子萬能試驗機,可以可靠地評估鋰離子電池隔膜的機械性能。

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