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，廠家對隔膜的質量要求越來越高，而行業(yè)內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極板，防止正負極板直接接觸產生短路，同時，由于隔膜中具有大量貫通的微孔，電池中的正負離子可以在微孔中自由通過，在正負極板之間遷移形成電池內部導電回路，而電子則通過外部回路在正負電極之間遷移形成電流，供用電設備利用。

一、對于鋰離子電池用隔膜，基本性能參數如下：

1、厚度

    對于消耗型鋰離子電池（手機、筆記本電腦、數碼相機中使用的電池），25微米的隔膜逐漸成為標準。然而，由于人們對便攜式產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用。對于動力電池來說，由于裝配過程的機械要求，往往需要更厚的隔膜，當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意味著更好的安全性。

2、透氣率

    從學術角度來說，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)化生產的要求。隔膜的存在首先要滿足它不能惡化電池的電化學性能，主要表現在內阻上。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。一般來說，消耗型鋰離子電池的這個數值為接近8，當然這個數值越小越好。通常來說，鋰離子電池隔膜中會有一個透氣率的參數，或者叫Gurley數。這個數是這么定義的，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間，氣體的體積量一般為50cc，有些公司也會標100cc，zui后的結果會差兩倍。面積應該是1平方英寸，壓力差記不太清楚了。這個數值從一定意義上來講，和用此隔膜裝配的電池的內阻成正比，即該數值越大，則內阻越大。然而，對于不同的隔膜，該數字的直接比較沒有任何意義。因為鋰離子電池中的內阻和離子傳導有關，而透氣率和氣體傳到有關，兩種機理是不一樣的。換句話說，單純比較兩種不同隔膜的Gurley數是沒有意義的，因為可能兩種隔膜的微觀結構*不一樣；但同一種隔膜的Gurley數的大小能很好的反應出內阻的大小，因為同一種隔膜相對來說微觀結構是一樣的或可比較的。

 

 

3、浸潤度

    為了保證電池的內阻不是太大，要求隔膜是能夠被電池所用電解液*浸潤。這方面沒有一個*的檢測標準。大致可以通過以下試驗來判斷：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。更準確的測試可以用超高時間分辨的攝像機記錄從液滴接觸隔膜到液滴消失的過程，計算時間，通過時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，另一方面?zhèn)€隔膜的表面及內部微觀結構密切相關。

4、化學穩(wěn)定性

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

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，而所使用的導電添加劑則在10納米的量級，不過很幸運的是一般碳黑顆粒傾向于團聚形成大顆粒。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，當然也不排除有些電極表面處理不好，粉塵較多導致的一些諸如微短路等情況。

6、穿刺強度

    這個參數實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的穿刺強度。穿刺強度的測試有工業(yè)標準可遵循，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大力就稱為穿刺強度。同樣的，由于測試的時候所用的方法和實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度不是特別合理，但在微結構一定的情況下，相對來說穿刺強度高的，其裝配不良率低。但單純追求高穿刺強度，必然導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（-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。

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

8、熱關閉溫度

    內容由于安全性問題比較嚴重，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，當內阻提高三個數量級時的溫度稱為熱關閉溫度。這一特性可以為鋰離子電池提供一個額外的安全保護。實際上關閉溫度和材料本身的熔點密切相關，如PE為135C附近。當然不同的微結構對熱關閉溫度有一定的影響。但對于小電池，熱關閉機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?？紫堵实拇笮『蛢茸栌幸欢ǖ年P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

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短時間之內*蒸發(fā)，從而能在很短的時間內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準烘箱法相同，檢測結果具有可替代性，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果產生的誤差。

 

B、儀器特點

    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,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；

　　關鍵零部件均采用純進口材料，以保證產品檢測結果的準確性；

　　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果，從而能夠準確檢測出隔膜的水分含量

 

C、技術參數

    1、稱重范圍：0-90g

       可調試測試空間為3cm

    2、水分測定范圍：0.01-100%

    3、樣品質量：0.100-90g

    4、加熱溫度范圍：起始-205℃

       加熱方式：可變混合式加熱

       微調自動補償溫度zui高15℃

    5、水分含量可讀性：0.01%

    6、顯示參數：7種

 　　　紅色數碼管獨立顯示模式

    7、外型尺寸：380×205×325(mm)

    8、電源：220V±10%

    9、頻率：50Hz±1Hz

    10、凈重：3.7Kg