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锂离子电池隔膜 物理强度测试解决方案
发布者: 时间:2018-05-29 浏览次数:1040次

 

 

技术联系人:张震南

电话:18911577722

邮箱:zhangzhennan@wohuakeji.com

 

LLOYD力学测试系统为我公司导入的美国AMETEK集团的旗下产品,在锂电池行业有着非常广泛的应用。

 

随着科技的日新月异,智能手机、清洁机器人、无人机、新能源汽车等已越来越多的走进人们的日常生活,作为能量与动力的重要载体-锂离子电池也在被越来越多的应用。

 
锂离子电池的性能,直接决定了科技设备的续航时间、行驶里程、载荷能力和安全性等因素。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等四个主要部分组成,其中隔膜是核心关键材料之一,是制约电池安全性、循环寿命、电性能的关键组件。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
 

 图片:小米9号平衡车22km超长行驶里程

 
隔膜的主要作用是分隔电池的正、负极材料,防止两极接触而短路,同时还能是电解质离子通过其 中。在厚度尽可能薄的前提下,需保证具有一定的物理力学强度,以满足隔膜在生产和使用过程中的种种环境。锂电池隔膜所需力学性能,主要包括拉伸强度、穿刺强度,剥离强度(涂层复合膜)等。
 
 
 
因电池生产工艺中,隔膜需要与正负极材料一同卷曲已形成我们常见的圆柱体电池或软包电池,足够的拉伸强度可保证隔膜在卷曲过程中不发生破裂,顺利成型;而正负极材料在长期的使用过程中,内容物易发生结晶现象,晶体锋利的边缘易戳破电池隔膜,使正负极材料接触,有发生短路的危险,因此一定的抗穿刺能力对隔膜至关重要。针对涂层复合隔膜,涂布质量的好坏、均匀与否直接影响成品质量。LLOYD 剥离强度测试可以检测涂层的剥离强度, 验证产品质量。
 

目前,国产锂电池隔膜已逐渐接近并超过进口隔膜水平。干法工艺,湿法工艺和陶瓷涂层隔膜都有了很大的发展,各个工厂的产量也在逐年提升。如何高效的提高成品测试速度, 保证成品质量成为各个工厂的重要课题。针对这种情况,英国 LLOYD 材料测试系统专门为锂电池隔膜行业推出了一整套物理强度测试系统。该系统以 LLOYD 材料试验机为核心,搭配气动拉伸,气动穿刺辅具,剥离辅具,极大的提高了电池隔膜物理强度的测试效率。

 

LLOYD(劳埃德)测试系统源自英国,是美国 AMETEK(阿美特克)集团旗下产品。

 

LLOYD 材料试验系统专注于轻工检测,以读数级精度,高达 8000Hz 的单通道数据采样率, 最高 2032mm/min 的测试速度广泛应用于世界 500 强企业中。LLOYD 材料测试系统可准确、便捷的完成材料拉伸,压缩,弯曲,穿刺,剥离,撕裂,摩擦,蠕变,松弛,低频疲劳等多种测试项目。丰富的治具方案可在保证数据准确性的同时为用户提供极大的操作便利性。同时,作为测控系统的核心,专业的 Nexygen Plus 3 操作软件广受广大用户的认可。软件自带庞大的国际标准库,除了 ASTM, DIN, EN, ISO, JIS 等国际标准,用户也可便捷的自建标准文件。


物理强度

锂离子电池隔膜拉伸测试

LLOYD 隔膜拉伸测试采用气动夹具夹紧,在避免操作人员往复手动操作夹紧的同时,极大的提高了测试速度;同时气动夹紧排出了人为夹持过松导致的打滑现象,进一步的提高了数据稳定性。脚踏式开关可解放出操作人员的双手,以更方便和轻松的放置试样。同时为满足不同人员的操作习惯, 还可通过气动辅具上的手动开关进行闭合、松开操作,为用户提供极大的便利性。

图片:LLOYD10次拉伸试验叠加效果

 图片:LLOYD气动拉伸治具

拉伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。LLOYD 800mm 的测试行程可满足多数隔膜的拉伸试验,同时还有 1400mm 行程机型可选,充分满足定制化需求。

 

锂离子电池隔膜穿刺试验

LLOYD 气动穿刺治具是专门为提高电池隔膜穿刺试验效率和稳定性开发的一款气动辅具。该治具采用双杠升降,可定制前后隔膜入料或左右入料,符合人体工程学设计;同时入料方向可旋转,满足不同操作人员的使用习 惯。试验人员放置好隔膜后,可通过脚踏开关(或手动开关)快速操作完成夹持,夹持完毕后,只需按手控盒的开始键即可开始试验,试验完毕后可快速安置好下一试验点,迅速完成5 点或多点测试。

 

 

图片:LLOYD10次穿刺试验叠加效果

 

图片:LLOYD气动穿刺治具

 

锂离子电池涂层隔膜剥离试验

以锂离子电池聚乙烯(PE)等隔膜为基体,在其表面均匀的涂覆厚度为1~2μm混有纳米氧化铝粉末及胶凝剂浆体,可以制成无机复合陶瓷涂层锂离子电池隔膜。陶瓷涂层隔膜可以有效的提高锂离子电池的热安全性, 同时对电解液具有良好的润湿性及保液性能,可以有效的提高锂离子电池的容量保持性能。

 

 

涂布质量的好坏直接关系到电池电性能的发挥,剥离强度试验不仅可以有效的鉴定涂布质量,显示浆料涂布强度,均匀性等指标,还可以指导涂布产线的调整,使成品更加均匀可靠。

 

扫码枪(barcode)快速录入样品编号,试验数据使用灵活

整套物性测试可采用扫码枪快速录入试样信息,极大的提高了测试效率;同时,LLOYD 专用 NexygenPlus 测控软件支持多格式数据输出,及多位置数据输出,为后续数据分析提供了极大的便利性和灵活性。


 

同时,LLOYD 测试软件支持全点数据输出,用户可根据需要将所需的测试数据点输出至Excel,通过 Office 软件的强大功能做进一步的数据和曲线分 析,也可将所需数据粘贴至其他系统。

 

对于超长延伸率的隔膜,LLOYD 有多种机型可选。标准 800mm 的行程可满足大多数试验需求,更有 1400mm 的测试行程的单柱机型可覆盖超长延伸率测试。而对于需要搭配外置测试系统辅助工作的需求,LLOYD 双柱 LD 系列 452mm 的柱间宽度和 1070mm(可扩至 1669mm)的行程可轻松容纳各类系统和样品。

 

图片:LLOYD LD系列双柱测试系统       LLOYD高低温试验箱

 

需要温度条件下隔膜性能的模拟测试,LLOYD 提供多种尺寸的专业温度环境箱配合主机使用,可为研发和生产提供更多条件下隔膜性能的模拟。双柱测试系统具有更宽的试验空间和更高的控制精度,以满足客户更高准确度的要求。

 

对于隔膜生产商,需要在研发与质控环节严格测试以保证成品的均一性,稳定性和可靠性;对于锂电池生产商,需要对来料做严格的检验以保证来自不同工厂、不同时间、不同工艺,不同批次的隔膜满足生产要求;对于锂电池使用者,更需对整个供应链严格把控,以确保最终成品的安全、可靠,和高性能。

 

LLOYD 品牌拥有超过 60 年的材料试验机生产和物性分析经验,以国际先进的技术为新能源工业保驾护航。

 

 

精准、高效、稳定的测试系统,不仅可以提供高质量的测试数据,更可保障生产环节节奏稳步进行。

阿美特克LLOYD材料试验机是汇集LLOYD在全球材料测试领域50余年经验而成的经典测试产品,可覆盖至0.00005N至150KN范围的高精度力学测试分析。该产品广泛应用于研发试验室,生产产线,质量控制,教育科研,航空航天等多个领域。

LLOYD 全球化的服务支持网络覆盖全球 120 多个国家,为广大用户提供高质量的技术支持,培训,设备维护和专业的方案定制服务。
 
 
产品特点:
  

▲单通道 8KHz 内部数据采样率, 真实捕捉瞬间力值变化;

▲读数级测量精度,最佳精度保证;

▲最高 2032mm/min 测试速度,满足多数测试速度需求和未来扩展需要;

▲150/180mm 弯喉深度,最舒适、便捷的测试空间;

▲直线导轨导向技术,高刚度机架;

▲独特的刚度补偿功能,确保最精确力值分析;

▲即插即用式自动识别传感器,轻松扩展测试范围;

▲读数级力值精度,更真实反映力学性能;

▲开放式庞大国际标准数据库,即选即用;

▲模块化程序编辑功能,轻松自定义试验标准;

▲静态/动态视频捕捉功能,支持回放分析;

▲内置 SPC 功能,专业数据统计与分析

 

 

 
近年来,随着性能的提升,高性能薄膜已被越来越多的应用于各个行业,如平板显示器、太阳能电池、充电电池、医疗器材、汽车、照明(LED,OLED)、食品包装、建材、软板等。精准、高效的物理性能测试不仅能为膜生产企业提高生产和测试效率,更能为各行各业提供基础保障。
 

 
膜材料主要可分为功能性薄膜和选择性分离膜两种:

  功能性薄膜品种多样、功能各异,可应用于电子、电器、电气绝缘、标牌/铭牌、线路板、仪器仪表、医药、汽车、印刷包装、建筑建材、新能源等各行业,根据其用途、功能不同可分为以下几大类:

1. 防护阻隔用膜,例如包装用膜、手机防护膜、标签膜、护卡膜、缠绕拉伸膜、太阳能电池用薄膜等;

2. 光学薄膜,包括汽车防爆膜、建筑膜、玻璃窗膜、液晶显示用薄膜、感光胶片等;

3. 电子电气膜,如电容器用薄膜、抗静电薄膜、绝缘膜等;  

4. 建筑膜材,包括粘结膜、防水隔膜、防水透气膜等;  

5. 其他特种膜,如转移膜、离型薄膜等。  

 

而选择性分离膜中已产业化的技术主要有:用于水处理行业的微滤(简称 MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透RO),以及其他应用于其他领域的离子交换膜电渗析ED)、透析(D)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)及蒸汽渗透(VP)等等。
 
测试需求
不同功能的膜,因应用于生产、生活的不同领域,其物理机械强度性能的要求也各不相同。如何科学、精确、高效的分析功能膜的物理强度至关重要。
英国 LLOYD 物性分析仪专注于材料测试 50 余年,具备丰富的轻工分析经验。其高性能的测试产品和定制化的测试方案广受全球用户青睐,可为高性能膜的生产商、使用商提供精确,高效的强度测试保障产品性能。
 
LLOYD 物性分析仪常规测试内容有:
 
★拉伸强度测试 性模量测试

★撕裂强度测试 合强度测试  

★剥离强度测试 劳强度测试  

★穿刺强度测试 变性能测试  

★摩擦系数测试 弛性能测试  

★应力应变测试 度环境测试

★以及各种定制化测试方案


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