電池隔膜水分檢測儀原理及固含量檢測儀操作

摘要：受三星手機(jī)爆炸的影響,，電池行業(yè)越來越重視電池材料的水分問題，尤其是電池隔膜方面,，廠家對隔膜的質(zhì)量要求越來越高,，而行業(yè)內(nèi)常用的是涂過陶瓷粉末的隔膜，由于隔膜和陶瓷的一些特性,，隔膜的密度很小,，給水分檢測在成一定的難度，很多廠家都沒有很好的辦法來準(zhǔn)確檢測出隔膜的水分含量,。本文在后面將介紹一種行業(yè)內(nèi)常用的電池隔膜水分檢測儀,。

    電池隔膜zui主要的功能是分隔電池中的正負(fù)極板,，防止正負(fù)極板直接接觸產(chǎn)生短路，同時(shí),，由于隔膜中具有大量貫通的微孔,，電池中的正負(fù)離子可以在微孔中自由通過，在正負(fù)極板之間遷移形成電池內(nèi)部導(dǎo)電回路,，而電子則通過外部回路在正負(fù)電極之間遷移形成電流,，供用電設(shè)備利用。

一,、對于鋰離子電池用隔膜,，基本性能參數(shù)如下：

1、厚度

    對于消耗型鋰離子電池（手機(jī),、筆記本電腦,、數(shù)碼相機(jī)中使用的電池），25微米的隔膜逐漸成為標(biāo)準(zhǔn),。然而,，由于人們對便攜式產(chǎn)品的使用的日益增長，更薄的隔膜,，比如說20微米,、18微米、16微米,、甚至更薄的隔膜開始大范圍的應(yīng)用,。對于動力電池來說，由于裝配過程的機(jī)械要求,，往往需要更厚的隔膜,，當(dāng)然對于動力用大電池，安全性也是非常重要的,，而厚一些的隔膜往往同時(shí)意味著更好的安全性,。

2、透氣率

    從學(xué)術(shù)角度來說,，隔膜在電池中是惰性的,，即隔膜不是電池的必要組成部分，而僅僅是電池工業(yè)化生產(chǎn)的要求,。隔膜的存在首先要滿足它不能惡化電池的電化學(xué)性能,，主要表現(xiàn)在內(nèi)阻上。含電解液的隔膜的電阻率和電解液本身的電阻率之間的比值稱為MacMullin數(shù),。一般來說,，消耗型鋰離子電池的這個數(shù)值為接近8，當(dāng)然這個數(shù)值越小越好。通常來說,，鋰離子電池隔膜中會有一個透氣率的參數(shù),，或者叫Gurley數(shù)。這個數(shù)是這么定義的,，即一定體積的氣體,，在一定壓力條件下通過一定面積的隔膜所需要的時(shí)間，氣體的體積量一般為50cc,，有些公司也會標(biāo)100cc,，zui后的結(jié)果會差兩倍。面積應(yīng)該是1平方英寸,，壓力差記不太清楚了,。這個數(shù)值從一定意義上來講，和用此隔膜裝配的電池的內(nèi)阻成正比,，即該數(shù)值越大,，則內(nèi)阻越大。然而,，對于不同的隔膜,，該數(shù)字的直接比較沒有任何意義。因?yàn)殇囯x子電池中的內(nèi)阻和離子傳導(dǎo)有關(guān),，而透氣率和氣體傳到有關(guān),，兩種機(jī)理是不一樣的。換句話說,，單純比較兩種不同隔膜的Gurley數(shù)是沒有意義的,，因?yàn)榭赡軆煞N隔膜的微觀結(jié)構(gòu)*不一樣；但同一種隔膜的Gurley數(shù)的大小能很好的反應(yīng)出內(nèi)阻的大小,，因?yàn)橥环N隔膜相對來說微觀結(jié)構(gòu)是一樣的或可比較的,。

 

 

3、浸潤度

    為了保證電池的內(nèi)阻不是太大,，要求隔膜是能夠被電池所用電解液*浸潤,。這方面沒有一個*的檢測標(biāo)準(zhǔn)。大致可以通過以下試驗(yàn)來判斷：取典型電解液（如EC：DMC=1:1,，1M LiPF6）,，滴在隔膜表面，看是否液滴會迅速消失被隔膜吸收,，如果是則說明浸潤性基本滿足要求。更準(zhǔn)確的測試可以用超高時(shí)間分辨的攝像機(jī)記錄從液滴接觸隔膜到液滴消失的過程,，計(jì)算時(shí)間,，通過時(shí)間的長短來比較兩種隔膜的浸潤度。浸潤度一方面?zhèn)€隔膜材料本身相關(guān)，另一方面?zhèn)€隔膜的表面及內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān),。

4,、化學(xué)穩(wěn)定性

    換句話說就是要求隔膜在電化學(xué)反應(yīng)中是惰性的。經(jīng)過若干年的工業(yè)化檢驗(yàn),，一般認(rèn)為目前隔膜用材料PE或PP是滿足化學(xué)惰性要求的,。

5、孔徑

    一般來說,，隔膜為了阻止電極顆粒的直接接觸,，很重要的一點(diǎn)就是防止電極顆粒直接通過隔膜。目前所使用的電極顆粒一般在10微米的量級,，而所使用的導(dǎo)電添加劑則在10納米的量級,，不過很幸運(yùn)的是一般碳黑顆粒傾向于團(tuán)聚形成大顆粒。一般來說,，亞微米孔徑的隔膜足以阻止電極顆粒的直接通過,，當(dāng)然也不排除有些電極表面處理不好，粉塵較多導(dǎo)致的一些諸如微短路等情況,。

6,、穿刺強(qiáng)度

    這個參數(shù)實(shí)際上是由于電極表面不夠平整，以及裝配過程中工藝水平有限而提出的一個要求,，因此要求隔膜有相當(dāng)?shù)拇┐虖?qiáng)度,。穿刺強(qiáng)度的測試有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可遵循，大致是在一定的速度（每分鐘3-5米）下,，讓一個沒有銳邊緣的直徑為1mm的針刺向環(huán)狀固定的隔膜,，為穿透隔膜所施加在針上的zui大力就稱為穿刺強(qiáng)度。同樣的,，由于測試的時(shí)候所用的方法和實(shí)際電池中的情況有很大的差別,，直接比較兩種隔膜的穿刺強(qiáng)度不是特別合理，但在微結(jié)構(gòu)一定的情況下,，相對來說穿刺強(qiáng)度高的,，其裝配不良率低。但單純追求高穿刺強(qiáng)度,，必然導(dǎo)致隔膜的其他性能下降,。

7、熱穩(wěn)定性

    隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(nèi)（-20C~60C）保持熱穩(wěn)定,。一般來說目前隔膜使用的PE或PP材料均可以滿足上述要求,。

   當(dāng)然還有一個就是由于電解液對水份敏感，大多數(shù)廠家會在注液前進(jìn)行80C左右的烘烤,，這對PP/PE隔膜也不會存在太大的問題 ,。

8,、熱關(guān)閉溫度

    內(nèi)容由于安全性問題比較嚴(yán)重，目前鋰離子電池用隔膜一般都能夠提供一個附加的功能,，就是熱關(guān)閉,。一般我們將原理電池（兩平面電極中間夾一隔膜，使用通用鋰離子電池用電解液）加熱,，當(dāng)內(nèi)阻提高三個數(shù)量級時(shí)的溫度稱為熱關(guān)閉溫度,。這一特性可以為鋰離子電池提供一個額外的安全保護(hù)。實(shí)際上關(guān)閉溫度和材料本身的熔點(diǎn)密切相關(guān),，如PE為135C附近,。當(dāng)然不同的微結(jié)構(gòu)對熱關(guān)閉溫度有一定的影響。但對于小電池,，熱關(guān)閉機(jī)制所起的作用很有限,。

9、孔隙率

目前,，鋰離子電池用隔膜的孔隙率為40%左右,。孔隙率的大小和內(nèi)阻有一定的關(guān)系,，但不同種隔膜之間的空隙率的值無法直接比較,。

 

二、電池隔膜水分檢測儀特點(diǎn)

A,、工作原理

采用干燥失重法原理,，通過加熱系統(tǒng)快速加熱樣品，使樣品的水分能夠在zui短時(shí)間之內(nèi)*蒸發(fā),，從而能在很短的時(shí)間內(nèi)檢測出樣品的含水率,。檢測一般樣品通常只需3分鐘左右。冠亞水分儀采用的原理與國家標(biāo)準(zhǔn)烘箱法相同,，檢測結(jié)果具有可替代性,，儀器采用一鍵式操作，不僅操作簡單而且也避免了人為因素對測量結(jié)果產(chǎn)生的誤差,。

 

B,、儀器特點(diǎn)

    檢測速度快，只需幾分鐘,，創(chuàng)行業(yè)之zui,；

　　采用一代傳感技術(shù),快速、簡便,一鍵式操作;

　　操作簡單,，全自動操作模式,，無可動部件；

　　關(guān)鍵零部件均采用純進(jìn)口材料,，以保證產(chǎn)品檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性,；

　　零易損件,，樣品盤采用耐酸耐堿耐變形的純不銹鋼材料，無易耗品,，樣品盤克循環(huán)利用；

采用特質(zhì)的環(huán)形鹵素光源,，加熱均勻,，加熱器更耐用；

可以定制增加測試空間,，防止隔膜因加熱膨脹而影響到測試結(jié)果,，從而能夠準(zhǔn)確檢測出隔膜的水分含量

 

C、技術(shù)參數(shù)

    1,、稱重范圍：0-90g

       可調(diào)試測試空間為3cm

    2,、水分測定范圍：0.01-100%

    3、樣品質(zhì)量：0.100-90g

    4,、加熱溫度范圍：起始-205℃

       加熱方式：可變混合式加熱

       微調(diào)自動補(bǔ)償溫度zui高15℃

    5,、水分含量可讀性：0.01%

    6、顯示參數(shù)：7種

 　　　紅色數(shù)碼管獨(dú)立顯示模式

    7,、外型尺寸：380×205×325(mm)

    8,、電源：220V±10%

    9、頻率：50Hz±1Hz

    10,、凈重：3.7Kg