锂电用铜箔中穿刺强度检测方案(万能试验机)

SSL-CA20-213Excellence in Science Excellence in ScienceAGS-009 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD.-Analytical Applications CenterEmail： sshzyan@shimadzu.com.cnTel：86(21)34193996http：//www.shimadzu.com.cn 使用不同材质穿刺针对锂电池隔膜穿刺测试与研究 AGS-009 摘要：本文介绍了岛津 AGS-X 电子万能试验机，遵循标准《GB/T 36363-2018锂离子电池用聚烯烃隔膜》，对锂电池隔离膜进行穿刺试验测试其强度。使用不同材质的穿刺针，对同一样品进行穿刺测试，进行数据对比，通过这项研究，我们能够评估同一穿刺针测试数据的稳定性，以及不同穿刺针测试下的数据差异性。 关键词：AGS-X锂电池隔离膜 穿刺 锂离子二次电池又又充电电池(以下简称锂电池)，因其能量密度高、电池电压高等优点，被广泛用作信息终端和消费电子等领域的能源。近年来，其应用范围渐渐扩大至日常生活领域(包括混合电动汽车等)，未来的需求将进一步增加。 锂电池的组成部分中，锂电池隔离膜防止正极和负极之间的接触，同时起到允许锂离子通过的间隔物的作用。由于锂电池隔离膜放置位置，使其与正负极粗糙表面接触，因此需要较高的机械强度。由于电极表面不够平整，以及装配过程中工艺水平有限，要求隔膜有相当的穿刺强度。穿刺强度测试遵循标准 《GB/T 36363-2018锂离子电池用聚烯烃隔膜》，以 实验部分 1.1仪器 AGS-X10KN 电子万能实验机 500N气动穿刺夹具(三种穿刺针) 1.2分析条件 试验类型：穿刺试验试验速度：100 mm/min负荷传感器容量：50N试验温度：25℃试验力精度：显示值的±0.5%夹具：500N气动穿刺夹具 实验介绍 100 mm/min 的速度，使用直径为1mm，尖端球面R0.5的穿刺针，刺向10mm 直径环状固定的隔膜，穿透隔膜所施加在针上的最大力与样品厚度比就称为穿刺强度。标准对穿刺针的材质与硬度没有明确的规定，尺寸符合标准，材质不同的穿刺针，所测的数据会有差别。 因此，我们使用岛津 AGS-X电子万能试验机、隔离膜专用气动穿刺夹具，三种穿刺针 (SKD61、钨钢、红宝石)，对同种隔离膜进行穿孔测试，以评估穿刺强度的稳定性，探究不同材质穿刺针对实验结果的影响变化。 2.1试验方法 本次使用的是500 N气动穿刺夹具，夹具打开、闭合通过夹具右侧手拨开关切换，样品的夹持力由气缸提供，固定样品的上、下环内径010mm。图1为穿刺试验实际状态。 样品尺寸长245mm，宽150mm，厚12um，由专用隔离膜厂家提供(见图1)。 图11隔离膜样品及穿刺试验图 穿刺测试使用的穿刺针直径为1mm，尖端球面R0.5，图2为三种穿刺针照片，表1为三种穿刺针的材质与硬度对照表。 表1 穿刺针材质硬度表 穿刺针 材质 硬度 1号 SKD61 约HRC55 2号 钨钢 约HRA90 红宝石 莫氏硬度9 3号 (刚玉) (与钨钢接近) 图2 穿刺针 2.2试验结果 图4穿刺试验曲线(位移-载荷) 图4与表2分别为穿刺试验曲线与试验数据，同一种样品，用三种穿刺针，每种穿刺针测试5个样品。 表2试验数据 穿刺针 样品 最大穿刺力(N) 穿刺强度(N/um) 最大位移(mm) 1_1 5.8395 486.629 1.868 1_2 5.9393 494.947 1.893 SKD61 穿刺针 1_3 5.8886 490.718 1.910 1_4 5.8486 487.390 1.887 1_5 5.8532 487.768 1.880 平均值 5.8739 489.490 1.888 标准差 0.0411 3.42225 0.0157 2_1 5.6415 470.127 1.842 2_2 5.6088 467.396 1.844 2_3 5.6087 467.393 1.833 钨钢 穿刺针 2_4 5.6025 466.875 1.844 2_5 5.6404 470.037 1.855 平均值 5.6209 468.366 1.844 标准差 0.0190 1.58146 0.0080 3_1 6.1911 515.923 1.946 3_2 6.1653 513.776 1.947 3_3 6.1844 515.368 1.952 红宝石 穿刺针 3_4 6.1734 514.451 1.942 3_5 6.1764 514.703 1.965 平均值 6.1781 514.844 1.950 标准差 0.0100 0.82971 0.0088 表2中的试验数据包括最大穿刺力(穿刺测试过程中的最大载荷)、穿刺强度(最大载荷除以样样厚度)、最大位移(最大载荷时的位移减掉样品受力0.3N时位移，避免因样品装夹松紧度不同、更换穿刺针后的初始位置不同的影响。) 从数据可以看出，同一根穿刺针得出的数据，一致性很高、误差小，说明整套测试系统稳定性高。不同的穿刺针的平均穿刺力穿比，红宝石(6.1781 N) >SKD61 材质 (5.8739 N)>钨钢材质(5.6209N)，红宝石穿刺针所得穿刺力比钨钢针测的穿刺力大0.3042N(约5%)。从以上可得出不同材质的穿刺针，同一样品的穿刺力会有差异。 钨钢与红宝石穿刺针的硬度达到 HRA90，超高硬度，耐磨性好，穿刺针的穿刺寿命(次数)会更高。 结论 综上所述，本试验中使用 AGS-X 电子万能试验、50N传感器、500N气动穿刺夹具，可以满足标准《GBT36363-2018锂离子电池用聚烯烃隔膜》要求，获取锂电池隔离膜穿刺强度等数据，稳定性好，一致性高；同时，通过试验发现，使用不同材质的穿刺针，对同样的样品进行穿刺测试，测试结果有差异。 岛津应用云 锂电池的组成部分中，锂电池隔离膜防止正极和负极之间的接触，同时起到允许锂离子通过的间隔物的作用。由于锂电池隔离膜放置位置，使其与正负极粗糙表面接触，因此需要较高的机械强度。遵循GB标准，对锂电池隔离膜进行穿刺试验测试其强度。使用不同材质的穿刺针，对同一样品进行穿刺测试，进行数据对比，通过这项研究，我们能够评估同一穿刺针测试数据的稳定性，以及不同穿刺针测试下的数据差异性。