摘要：電池隔膜是鋰電子電池不可或缺的組成部分，隔膜抗穿刺性能優(yōu)劣對電池性能具有重要影響。本文采用Labthink蘭光XLW(PC)智能電子拉力試驗機對電池隔膜樣品的抗穿刺性能進行驗證，并通過對驗證方法、試驗原理、設備參數(shù)及適用范圍等內(nèi)容的詳細描述，為企業(yè)監(jiān)控電池隔膜的抗穿刺性能提供參考。

關鍵詞：電池隔膜、抗穿刺性能、穿刺力、智能電子拉力試驗機

1、意義

隨著科學技術的進步及環(huán)保意識的增強，具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、自放電率小、低污染、無記憶效應等優(yōu)異性能的鋰電子電池在手機、筆記本電腦、平板電腦、數(shù)碼相機、電動車、航空航天、航海、人造衛(wèi)星、小型醫(yī)療、軍用通信設備等產(chǎn)品及領域中得到廣泛應用。電池隔膜作為正、負極的隔離材料，是鋰電子電池的必要組成部分，所采用隔膜材料性能的優(yōu)劣直接影響電池的安全性與成本。

抗穿刺性能是評價隔膜材料性能的重要力學指標，可有效反映隔膜裝配過程中是否易于短路。將混合后的活性物質、炭黑、增塑劑和PVDF均勻地涂覆在金屬箔片上，經(jīng)過高溫真空干燥后制成的鋰電池電極，其表面由活性物質和炭黑混合物的微小顆粒所構成而呈現(xiàn)凸凹不平，故而被夾在正負極間的隔膜材料，需要承受很大的壓力，因此隔膜材料應具有較強的抗穿刺性能，以防止鋰電池的正負極接觸而短路。

圖1　電池隔膜

2、試驗依據(jù)

本次驗證試驗過程依據(jù)標準GB/T 10004-2008《包裝用塑料復合膜、袋干法復合、擠出復合》中穿刺強度的相關規(guī)定進行操作，該標準適用于由不同塑料材料通過干法復合或擠出復合工藝制成的復合膜、袋。

3、試驗樣品

本文以常見的聚烯烴類電池隔膜為試驗樣品，測試其抗穿刺性能。

4、試驗設備

本次試驗利用XLW(PC)智能電子拉力試驗機對電池隔膜樣品的穿刺力進行測試，該設備由濟南蘭光機電技術有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)。

　　圖2　XLW(PC)智能電子拉力試驗機

4.1　試驗原理

抗穿刺性能的高低以刺穿待測試樣過程中產(chǎn)生的最大力值——穿刺力表示。試驗時，將試樣裝夾在固定夾具中，配置有穿刺針的動夾具以設定的速度向試樣移動，直至刺穿試樣，該動夾具中含有力值傳感器，可實時監(jiān)控刺穿過程中的力值變化，從而得到試樣的穿刺力。另外，該夾具中同時配有位移傳感器，用于實施監(jiān)測試樣的變形情況。

4.2　設備參數(shù)

500 N、50 N兩種規(guī)格的力值傳感器可供選擇;根據(jù)相關標準規(guī)定，設備提供50 mm/min、100 mm/min、150 mm/min、200 mm/min、250 mm/min、300 mm/min、500 mm/min七種試驗速度，可根據(jù)試驗標準要求自由設定;1000 mm的超長行程可以滿足大變形率材料的測試;限位保護、過載保護、自動回位以及掉電記憶等智能配置，保證用戶的操作安全;集成拉伸、剝離、撕裂等七種獨立的測試程序，為用戶提供了多種試驗項目的選擇。

4.3　適用范圍

(1)本設備可用于塑料薄膜、復合膜、薄片等材料的抗穿刺性能、拉伸性能、拉斷力、抗拉強度與變形率、抗撕裂性能、剝離強度性能、熱封強度性能等指標的測試;可用于輸液袋蓋、軟橡膠瓶塞、口服液蓋穿刺/拉拔力的測試;可用于膠帶解卷力、塑料瓶抗壓力、組合蓋及果凍杯、酸奶杯蓋膜的開啟力等產(chǎn)品與包裝性能的測試。

(2)本設備可滿足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余項國內(nèi)外相關標準。

5、試驗過程

(1)用取樣器從待測試的電池隔膜樣品表面裁取試樣5片。

(2)在設備控制軟件上設置試驗速度、試樣名稱、試驗次數(shù)等參數(shù)信息，將試樣裝夾在專用夾具中，并安裝好穿刺針。點擊“試驗”選項，試驗開始，穿刺針按照設定試驗速度移動刺穿試樣，設備實時顯示力值變化，并在測試結束報告穿刺力值。

　　圖3試樣裝夾圖

(3)重復夾樣、點擊試驗操作，分別測試其余4片試樣的穿刺力值。

6、試驗結果

5片試樣的穿刺力測試值分別為5.34 N、5.61 N、5.57 N、5.49 N、5.32 N，所檢測的電池隔膜樣品的抗穿刺性能為5片試樣測試結果的平均值5.47 N。

7、結論

本文利用XLW(PC)智能電子拉力試驗機對電池隔膜的抗穿刺性能進行驗證，試驗過程簡單，設備易于操作，智能化程度高，試驗結果可真實反映試樣的抗穿刺能力。除抗穿刺力外，本次試驗所采用設備還可用于測試電池隔膜的拉伸性能。