电池隔膜抗穿刺性能的验证方法

摘要：电池隔膜是锂电子电池不可或缺的组成部分，隔膜抗穿刺性能优劣对电池性能具有重要影响。本文采用Labthink兰光XLW(PC)智能电子拉力试验机对电池隔膜样品的抗穿刺性能进行验证，并通过对验证方法、试验原理、设备参数及适用范围等内容的详细描述，为企业监控电池隔膜的抗穿刺性能提供参考。

关键词：电池隔膜、抗穿刺性能、穿刺力、智能电子拉力试验机

1、意义

随着科学技术的进步及环保意识的增强，具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、低污染、无记忆效应等优异性能的锂电子电池在手机、笔记本电脑、平板电脑、数码相机、电动车、航空航天、航海、人造卫星、小型医疗、军用通信设备等产品及领域中得到广泛应用。电池隔膜作为正、负极的隔离材料，是锂电子电池的必要组成部分，所采用隔膜材料性能的优劣直接影响电池的安全性与成本。

抗穿刺性能是评价隔膜材料性能的重要力学指标，可有效反映隔膜装配过程中是否易于短路。将混合后的活性物质、炭黑、增塑剂和PVDF均匀地涂覆在金属箔片上，经过高温真空干燥后制成的锂电池电极，其表面由活性物质和炭黑混合物的微小颗粒所构成而呈现凸凹不平，故而被夹在正负极间的隔膜材料，需要承受很大的压力，因此隔膜材料应具有较强的抗穿刺性能，以防止锂电池的正负极接触而短路。

图1  电池隔膜

2、试验依据

本次验证试验过程依据标准GB/T 10004-2008《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》中穿刺强度的相关规定进行操作，该标准适用于由不同塑料材料通过干法复合或挤出复合工艺制成的复合膜、袋。

3、试验样品

本文以常见的聚烯烃类电池隔膜为试验样品，测试其抗穿刺性能。

4、试验设备

本次试验利用XLW(PC)智能电子拉力试验机对电池隔膜样品的穿刺力进行测试，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。

图2  XLW(PC)智能电子拉力试验机

4.1 试验原理

抗穿刺性能的高低以刺穿待测试样过程中产生的最大力值——穿刺力表示。试验时，将试样装夹在固定夹具中，配置有穿刺针的动夹具以设定的速度向试样移动，直至刺穿试样，该动夹具中含有力值传感器，可实时监控刺穿过程中的力值变化，从而得到试样的穿刺力。另外，该夹具中同时配有位移传感器，用于实施监测试样的变形情况。

4.2 设备参数

• 500 N、50 N两种规格的力值传感器可供选择；根据相关标准规定，设备提供50 mm/min、100 mm/min、150 mm/min、200 mm/min、250 mm/min、300 mm/min、500 mm/min七种试验速度，可根据试验标准要求自由设定；1000 mm的超长行程可以满足大变形率材料的测试；限位保护、过载保护、自动回位以及掉电记忆等智能配置，保证用户的操作安全；集成拉伸、剥离、撕裂等七种独立的测试程序，为用户提供了多种试验项目的选择。

4.3 适用范围

(1) 本设备可用于塑料薄膜、复合膜、薄片等材料的抗穿刺性能、拉伸性能、拉断力、抗拉强度与变形率、抗撕裂性能、剥离强度性能、热封强度性能等指标的测试；可用于输液袋盖、软橡胶瓶塞、口服液盖穿刺/拉拔力的测试；可用于胶带解卷力、塑料瓶抗压力、组合盖及果冻杯、酸奶杯盖膜的开启力等产品与包装性能的测试。

(2) 本设备可满足GB/T 10004、ISO 37、GB 8808、GB/T 1040.1、GB/T 1040.2、GB/T 1040.3、GB/T 1040.4、GB/T 1040.5、QB/T 2358、QB/T 1130、ASTM D 882、ASTM D 1938、ASTM D 3330等20余项国内外相关标准。

5、试验过程

(1) 用取样器从待测试的电池隔膜样品表面裁取试样5片。

(2) 在设备控制软件上设置试验速度、试样名称、试验次数等参数信息，将试样装夹在专用夹具中，并安装好穿刺针。点击“试验”选项，试验开始，穿刺针按照设定试验速度移动刺穿试样，设备实时显示力值变化，并在测试结束报告穿刺力值。

图3 试样装夹图

(3) 重复夹样、点击试验操作，分别测试其余4片试样的穿刺力值。

6、试验结果

5片试样的穿刺力测试值分别为5.34 N、5.61 N、5.57 N、5.49 N、5.32 N，所检测的电池隔膜样品的抗穿刺性能为5片试样测试结果的平均值5.47 N。

7、结论

本文利用XLW(PC)智能电子拉力试验机对电池隔膜的抗穿刺性能进行验证，试验过程简单，设备易于操作，智能化程度高，试验结果可真实反映试样的抗穿刺能力。除抗穿刺力外，本次试验所采用设备还可用于测试电池隔膜的拉伸性能，济南兰光机电技术有限公司是一家专业从事包装检测设备研发生产与包装检测服务的高新技术企业，现有设备已服务于食品、药品、包装、汽车、日化、电子、高校及第三方检测机构等多个行业与领域。愈了解，愈信任！Labthink兰光期待与行业中的企事业单位增进技术沟通与合作。