以鋰離子電（diàn）池隔（gé）膜為例探討（tǎo）高透（tòu）過率材料透氣性的測試技術

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　　鋰離子電池隔膜、無紡布等在現實生活中屬於高氣體透過率（即低阻隔）的材料，相較於中高阻隔（gé）性材料，其透氣性測試通常（cháng）表現出不同的特點：首先是透過氣體量增大，要求設備中提供測試氣體的氣源部分容量必須更加充（chōng）分（fèn）；第二是滲透氣體透過速（sù）度加快，要求探測傳感器具有更高的靈敏度或者更大（dà）的量（liàng）程；第三是達到一（yī）些標準要求的滲透平（píng）衡（héng）判斷條件的時間（jiān）不充分。當前的阻（zǔ）隔性設備將檢測（cè）重點集中（zhōng）在中高阻隔性樣品上，因而（ér）在（zài）檢測高透過率樣品時會出現一些困難。

1.  高透過率材（cái）料透氣性檢（jiǎn）測難點及方法概述

　　透過氣體量增大和（hé）滲透氣體透過速度加快對阻（zǔ）隔性測試來講是檢測高透過率材（cái）料的難點所在。例（lì）如對於壓（yā）差法氣體透過率測試來講，判斷滲透平衡（héng）是要依靠檢測下腔中氣（qì）體壓力的變化率來獲得（dé）的，但當遇到高透過率的測試樣品時，在向測（cè）試上腔通入測試氣體的（de）瞬間，由於樣品的（de）高透過率使得測試下腔（qiāng）的壓力開始快速上（shàng）升。壓差法的測試準確（què）性主要取決於測試下腔中的壓力傳感器所測數據，因此在（zài）檢測高（gāo）透過（guò）率樣品時，由於（yú）壓力變化速度過快，隻有采用具有較好的（de）靈敏（mǐn）度和較高的精度的（de）壓力傳感器才能進行這類材料的檢測。

　　其中第三點關於“滲透平衡時間點”的判斷是透氣性檢測中的關（guān）鍵點，必（bì）須嚴格執行滲透（tòu）平衡（héng）的判斷條件，否則可能會引起（qǐ）判斷失誤，導致在滲透未達到平衡時就結束試驗（yàn）。對於中（zhōng）高阻隔性樣品（pǐn）來講，從滲透開始到建立平（píng）衡（héng）大概需（xū）要幾小時。但是對於（yú）低阻隔樣品，即高透過率樣品，例（lì）如鋰（lǐ）離子電池隔膜等（děng）材料，要達到（dào）滲透平衡所需時間非常短暫。

　　對於壓差法（fǎ）測試，可以通過以下方法擴展測試量（liàng）程：

　　首先是改變測試模（mó）式。由於（yú）高透過率樣品達到滲透平衡耗（hào）時（shí）很短，因此，在檢測這種樣（yàng）品時可直接設定試驗開始壓強和試驗結束壓（yā）強，通過測量壓強變（biàn）化的時（shí）間計算樣品的氣體透過率。實際檢測表明，這樣不但擴大了（le）測試量程（chéng），同時數據（jù）重複（fù）性也得到極大（dà）的改（gǎi）善。不過由於壓強變化速度太快，檢測這類材料時隻能依靠自動檢測設備。17C.COM V係列壓差法阻隔性（xìng）設備都具有一（yī）種“模糊測試”功能，通過這個（gè）測試模式就（jiù）能實現（xiàn）對（duì）高透過率樣品的（de）檢測。

　　其（qí）次，使用MASK測（cè）試附件改變測試麵積（jī）。改變測試麵積之後，能有效調節單位（wèi）時間內通過樣品的測試氣（qì）體（tǐ）量。目前17C.COM提供（gòng）的MASK，它具有幾種可選擇的透過麵積（jī），使用起來非常方便。

2.  鋰離子（zǐ）電池隔膜透氣性簡（jiǎn）介及測試

　　鋰離子電（diàn）池（chí）通常由正（zhèng）極、負極、隔膜、電解液和外殼（ké）組成，鋰離子（zǐ）通（tōng）過在正（zhèng）負（fù）極之間不斷的嵌入與脫嵌完成了電池（chí）的充 放電（diàn）工（gōng）作。其中電池隔膜（mó）作為電池（chí）的（de）核心部件，發揮了隔離正負極、同時允許鋰離子在兩極之間的往複通過的關鍵作（zuò）用，故一般采用微孔薄膜（mó）材料進行製（zhì）備。微孔結構雖然滿足了隔膜通暢性的要求，但由（yóu）於具體製（zhì）備工藝不（bú）同（常見工藝如幹法、濕法（fǎ）或電紡等），微孔膜在厚度、孔徑、孔隙率、孔曲折度等關鍵參數方麵多有（yǒu）不同。如隔膜厚度和孔曲折度越小，意味著隔膜電阻（zǔ）相對較小，利於鋰離子的順利（lì）通過；合適的孔徑、空隙及平均的微孔分布，可以有效防止正負極接觸、鋰枝（zhī）晶刺穿隔膜以及電（diàn）阻增大。

　　以上參數雖可直觀體現鋰離子電池隔膜（mó）的結（jié）構性能，但測試方法複（fù）雜且不準確，因此，行業逐漸采用透氣性來表征隔膜的通暢（chàng）性。隔膜透氣性是（shì）指隔膜在（zài）一定的時間壓力下透過的氣體量，行（háng）業中習慣（guàn）采用Gurley值來表示，意指在1.22kPa的壓力下，測試100ml的氧氣透（tòu）過1 in.^2（平方英寸）的隔（gé）膜所用的（de）時間。公式如（rú）下：

注（zhù）：t_Gur為Gurley值，?為孔（kǒng）曲折度，L為隔膜（mó）厚度，ε為孔隙率，d為（wéi）孔徑。

　　從公式中可以發現，電池隔膜（mó）透氣性是厚（hòu）度、孔（kǒng）曲折度（dù）、孔徑、孔隙率等結構因（yīn）素共（gòng）同影響的（de）結果，在評定電池隔膜通暢性方麵具有可參照性。同時（shí），隔膜透氣性的測試也相對（duì）簡單，可借助透氣性測試儀完成。

　　試驗項目：鋰離子電池隔（gé）膜透氣性    試驗設（shè）備：濟南17C.COMBTY-B2P透氣性測試儀

　　試（shì）驗方法：抽選（xuǎn）國內六（liù）款鋰離子電池隔膜命名為1#、2#、……，6#，選（xuǎn）取隔（gé）膜平整部分，用專用取樣器裁取直徑為（wéi）13mm的圓形試樣，加（jiā）緊於儀器的測試（shì）上下腔之間。在23℃的環境溫度中，對上下腔抽真空處理，待達（dá）到規定的真空度後，關閉下腔，向上腔（qiāng）充入99.9%的幹燥N2，使得試樣兩側（即上下（xià）腔）保持一定的氣體壓差，N2會在濃度梯度的作用下自高壓側透過試樣滲（shèn）透到低壓側，通過（guò）測量低壓側氣體壓力的變化（huà），從而計算出Gurley值。

　　結果與分析：

表1. 隔膜透氣性測試結果（guǒ）

　　從透氣性測試結果來看，所測隔（gé）膜的透氣性均良好。1#至3#為同一家企業生產，隨著厚度的遞增，鋰離子透過的路徑（jìng）延長（zhǎng），Gurley值也逐漸變大（dà），這意味著（zhe）隔膜的透氣性降低。4#樣品（pǐn）雖然也為PP材（cái）質，但其采用的是雙向拉伸工藝，拉（lā）伸後隔膜（mó）的孔徑（jìng）及分布均勻性較好，這在一定程度上會提升隔膜的透氣性能。5#為多（duō）層複合隔（gé）膜，跟其他相（xiàng）比，透氣性方麵沒有體現明顯的優勢。

3.  總結（jié）

　　以鋰（lǐ）離子電池隔（gé）膜為代表的（de）高（gāo）透過率材料因較大的氣體透過量、較快的氣體透（tòu）過速度和難以判斷滲透平衡的時間等原（yuán）因，使其透氣性檢測過程中存（cún）在諸多困難。選擇傳統壓差（chà）法測試該類材料時，應選（xuǎn）擇（zé）適當的（de）測試模式並輔以MASK附件，以實現對高透過率材料的精確測量。借助此方法對五種不同鋰離子電池（chí）隔膜的透氣性進行了評估，測試結（jié）果準確並具有對比性（xìng），進一步印證了壓差法（fǎ）測（cè）試高透過率材料（liào）透氣性（xìng）的可靠性。