摘要 本文簡要介紹了電池的結構、電池(chí)隔膜的作用以及隔膜透氣性的優劣對電池性能產生的影響,並介紹了隔膜透氣性檢測(cè)專用設備 Labthink BTY-Den 的(de)實際(jì)測試情(qíng)況。
關鍵字 電池,隔膜,透氣性,BTY-Den
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   隔膜是構成電池的基本材(cái)料之一,置於電池的正負電極之間,有利於提高電池的(de)比(bǐ)容量和比能量,降低電池的內(nèi)阻。好的電(diàn)池隔膜對於電子絕緣性、離子導(dǎo)電性、材料的厚度和均(jun1)勻性、力(lì)學強(qiáng)度、耐堿性、透氣性(xìng)以及電化(huà)學穩定性都(dōu)有要求。

1、電池結(jié)構

    電池主要由正(zhèng)極(jí)、負極、隔板、電解液四部分構成(參(cān)見圖 1),隔膜是特殊形式的(de)隔板。在使用隔(gé)膜之前,漿糊紙曾(céng)用作隔板廣(guǎng)泛應用於糊(hú)式電池和紙板電池中,當電池(chí)工業發展(zhǎn)到(dào)堿性電池、二次電池之後,以(yǐ)前的漿(jiāng)糊紙已經(jīng)無法滿足電池設計的要求,在(zài) 多種指標上均占(zhàn)優勢的 隔膜就成為主要使(shǐ)用的隔板了。

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圖 1. 鎳氫電池結構圖

2、電池隔膜的作用

    電池隔膜是電(diàn)池結構中最重要的一部分(fèn),它作為電池的正負極之間的隔離(lí)板,首先它必須具備良好的(de)電絕(jué)緣性,其次(cì)由於它在電解液中處於(yú)浸濕狀態,必須具備良好的耐堿性,並(bìng)且要有良好的透氣性等。因此電池製造商在選(xuǎn)擇(zé)隔膜時多選用在較廣的溫度範圍內(-55℃~85℃)保持電子穩(wěn)定性、體(tǐ)積(jī)穩定(dìng)性、和化學穩定性(xìng),對電子呈高阻,對離子呈低阻,便(biàn)於氣體擴散的盡量薄的隔離板。

    隔膜性能的好壞在很大程度上將影響電池的循環壽命和(hé)自放電狀況,隔膜孔洞、厚度、阻抗的設計也成為判別(bié)電池(chí)品質好壞的重要指標(biāo)。對於鎳(niè)氫電池,如果隔膜的透(tòu)氣性(xìng)不好(hǎo),電池過充時正極產生的氧氣可能無法(fǎ)被快速複合掉,造成電池內壓升高,當壓力升高達到一定值後將從安全(quán)閥泄壓從(cóng)而造成電解(jiě)液的損失;隔膜透(tòu)氣性好將有利於(yú)電池的氧複合順利進行,增加電池的耐過充性能。對於鋰電(diàn)池,如(rú)果隔膜的透(tòu)氣性不好,將影響鋰離(lí)子在正負極之間的傳遞,繼而影響(xiǎng)鋰電池的充放電。

3、電池隔膜的透氣性檢測

    隔膜的透(tòu)氣性主要是針對氧氣而言,它需要達到一定的範圍以滿(mǎn)足使用要求。隔膜(mó)的透氣性、麵密度、吸堿百(bǎi)分比等參數(shù)都是相互(hù)關聯的(de)。如(rú)果隔膜透氣性(xìng)很大,則隔膜的麵密度就會有所降低,這會對電池的性(xìng)能產生一定的影響。但是(shì)如果其它各項參數均達到理想的範圍內,而隔膜(mó)的(de)透氣性卻不好,一樣會(huì)影響電池的性能,因此對隔膜的透氣性進行檢測是很有必要的。

4、BTY-Den透(tòu)氣性測試儀

    BTY-Den透氣性(xìng)測試儀是在Labthink BTY-B1的基礎上(shàng)改(gǎi)型製造的。Labthink BTY-Den采(cǎi)用正壓法,能夠提(tí)供的上下(xià)測試腔的壓差可達0.1MPa,完全可以滿足電池隔膜透氣性檢測的壓力條件;再者,BTY-Den采用高分辨率的傳感器為電池隔膜的精確測量提供(gòng)了可靠保障(zhàng),由於傳感器的分辨(biàn)率高,同時也提(tí)高了(le)試驗的測試效率。

    使用 BTY-Den透氣(qì)性測試儀檢測電(diàn)池隔膜A、B,材質均未知(客戶提供),壓差為1.22kPa(可(kě)調), 部分測試數(shù)據詳見表(biǎo) 1和表2:

表 1. 電池隔膜A測試數據

測試時間

05/04/27
14:52:33

05/04/28 11:26:38

05/04/29 8:29:59

05/04/30 10:50:59

測試溫度(dù)(℃)

23.6

23.7

24.0

24.7

O2 透(tòu)氣量

212.6

214.3

209.2

212.7

O2 透(tòu)氣(qì)量mean

212.2

S

2.1

CV%

1.01

注: O2 透氣量的單位是:s /100cc·in2·1.22kPa

表 2. 電池隔膜B測試數據

測試時間

05/04/28 10:18:16

05/04/29 11:42:12

05/04/30 8:55:04

測試溫度(℃)

23.5

24.0

24.7

O2透(tòu)氣量

422.8

429.9

419.1

O2透氣量mean

423.9

S

5.5

CV%

1.29

注: O2 透氣量的單位是:s /100cc·in2·1.22kPa

    BTY-Den可對試樣進行連續測試並(bìng)且能夠保持高精度、高數據重度性,如隔膜A在4月28日的10:26~11:26期間連續進行了9次(cì)試驗,試驗結果分別為:211.5,203.6,205.9,220.6,214.4,214.2,217.3,211.4,214.3(單位:s /100cc·in2·1.22kPa),計算可得(dé)測(cè)試平均值是212.6 s /100cc·in2·1.22kPa,標準偏(piān)差(chà)S是5.3,數據波動百分(fèn)比CV%是2.49%,由此看出,數據的穩定性、重複性是相(xiàng)當好的。

5、總(zǒng)結(jié)

    電池隔膜的透氣性是衡量電池隔膜的一項(xiàng)重要指標,進而也是衡(héng)量(liàng)電池品質的一項重要指標。BTY-Den的問世無疑(yí)可以促進隔膜質量的檢測。另一(yī)方麵也說明,Labthink17C.COM在阻隔性檢測(cè)領域中的研究已不僅 限於軟包裝材料,而且完全具備了(le)為(wéi)其它行業製作相關透氣性測(cè)試設備的能力。

  

    隔膜是構成電池的基本材(cái)料之一,置於電池的正負電極之間,有利於提高電池的比容量和比能量,降(jiàng)低電池的內阻。好的電池(chí)隔膜(mó)對於電子絕緣性、離子導電性、材料的厚度和均勻(yún)性、力學強度、耐堿性、透氣性以及電化學穩定性(xìng)都有要求。

1、電池結構

    電池主要由(yóu)正極(jí)、負極、隔板、電解液四部分構成(參見圖 1),隔膜是特殊形式的(de)隔板。在使用隔膜之前(qián),漿糊紙曾用作隔板廣(guǎng)泛(fàn)應用於糊式(shì)電池和紙(zhǐ)板電池中,當(dāng)電池工業發展到堿性電池、二次電池之後,以前的漿糊紙(zhǐ)已經無法滿足電(diàn)池設計的要求,在(zài) 多種指標(biāo)上均占優勢的 隔膜就成為主要使用的隔板了。

圖46.jpg

圖 1. 鎳氫電池結構圖

2、電(diàn)池隔(gé)膜的作用

    電池隔膜是(shì)電池結構中(zhōng)最重要的一部分,它作(zuò)為電池的正負極之間(jiān)的隔離板,首先它(tā)必須具備良好的(de)電(diàn)絕緣性,其次由於它在電解液中處於浸濕狀態(tài),必(bì)須具(jù)備良好的耐堿性,並且要有良好的透氣性等。因此電池製造商在選擇隔膜時多選用在較廣的溫度範圍內(-55℃~85℃)保持電子穩定性、體積穩定(dìng)性、和化學穩定性,對電子呈高阻,對離(lí)子呈低阻,便於氣(qì)體擴散(sàn)的盡量薄的隔離板。

    隔膜性能的好壞在很大程度上將影響電池的循環壽命和自放電狀況,隔膜孔洞、厚度、阻抗的設計也成為判別電池品質好壞(huài)的(de)重要指標。對於鎳氫(qīng)電池,如果隔膜的透氣性不好,電池過充時正極產生的氧氣可能無法被快速複合掉,造成電池內壓升高(gāo),當壓(yā)力升高達到一定值後將從安(ān)全閥泄壓從而造成電解液的損失;隔膜透(tòu)氣性好將有利於電池的氧複合順利(lì)進行,增(zēng)加電池的耐過充性能。對於鋰電池,如果隔(gé)膜的透氣性不好,將影響鋰離子在正(zhèng)負極之間的傳(chuán)遞,繼而影響(xiǎng)鋰電池的充放電。

3、電池隔膜的透氣性檢測

    隔膜的透氣性主要(yào)是針對氧氣而言,它需要(yào)達到(dào)一定(dìng)的範(fàn)圍以滿足使用要求。隔膜的透氣性、麵密度、吸堿百分比等參數都是相互關聯(lián)的(de)。如果隔膜透氣性很大,則隔膜的麵密度就會有所降低,這會對電池的性能產生一定(dìng)的影響。但是如(rú)果其它各項參數均達到理想的範圍內,而隔膜的透氣性卻不好,一樣會影響電池的性能,因此對隔膜的透氣性進行(háng)檢測是很有必要的。

4、BTY-Den透(tòu)氣性測試儀(yí)

    BTY-Den透氣性測試儀是在Labthink BTY-B1的基礎上改型製造的。Labthink BTY-Den采用正(zhèng)壓法,能夠(gòu)提供的上(shàng)下測試腔的壓差可達0.1MPa,完全可以滿足電(diàn)池隔膜透氣性檢測的(de)壓力條件;再者,BTY-Den采(cǎi)用高分辨率的傳感器為電池隔(gé)膜的精確測(cè)量提供了可靠(kào)保(bǎo)障(zhàng),由於傳感器的分辨率高,同時也提高了試驗的測試效率(lǜ)。

    使用 BTY-Den透氣性(xìng)測試儀檢測電池隔膜A、B,材質(zhì)均未知(客戶提(tí)供),壓差為1.22kPa(可調), 部分測(cè)試數據詳見表 1和表2:

表 1. 電池隔膜A測試數(shù)據

測試時間

05/04/27
14:52:33

05/04/28 11:26:38

05/04/29 8:29:59

05/04/30 10:50:59

測試溫度(℃)

23.6

23.7

24.0

24.7

O2 透氣量

212.6

214.3

209.2

212.7

O2 透(tòu)氣量mean

212.2

S

2.1

CV%

1.01

注(zhù): O2 透氣量的單位是:s /100cc·in2·1.22kPa

表 2. 電池(chí)隔膜B測試數據

測試時間

05/04/28 10:18:16

05/04/29 11:42:12

05/04/30 8:55:04

測試溫度(℃)

23.5

24.0

24.7

O2透氣量

422.8

429.9

419.1

O2透氣(qì)量mean

423.9

S

5.5

CV%

1.29

注: O2 透氣量的單位是:s /100cc·in2·1.22kPa

    BTY-Den可對(duì)試樣進行(háng)連續測試並且能夠保持高精度、高數據重度(dù)性,如隔膜A在4月28日的10:26~11:26期間連續進行了9次試驗,試驗(yàn)結(jié)果分別為:211.5,203.6,205.9,220.6,214.4,214.2,217.3,211.4,214.3(單位:s /100cc·in2·1.22kPa),計算可得測試(shì)平(píng)均值是(shì)212.6 s /100cc·in2·1.22kPa,標準偏差(chà)S是5.3,數據波動百分比CV%是2.49%,由此看出,數據(jù)的穩(wěn)定性、重複性是相當好的。

5、總結

    電池隔(gé)膜的透氣性(xìng)是衡量(liàng)電池隔膜(mó)的一項重要指標,進而也是衡量電池(chí)品質的一項重要指標。BTY-Den的問世無疑可以促進隔膜質量(liàng)的檢測。另(lìng)一方麵也說明,Labthink17C.COM在阻隔性檢測領域中的研究已(yǐ)不僅 限於軟包裝材料(liào),而且完全具備了為其它行(háng)業製作相關透氣性測試設備的能力。

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