CN113008942A - 涂布膜涂层浆料分散性的检测方法、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池隔膜测试领域，具体为一种涂布膜涂层浆料分散性的检测方法，将涂布膜置于RC并联电路中充当电阻器，在RC并联电路两端建立瞬时电压并监测RC并联电路中电压降ΔU数值，根据式(1)、式(2)，判断涂布膜浆料的分散性；
其中，ρ为涂布膜电阻率，ε0为绝对介电常数，εr为相对介电常数，d为涂层厚度，S为测试面积，本方法通过测量涂布膜样品电压降的数值，评价涂布膜浆料的分散性，具有方法简单、重复性好、表征效果准确、测试面积大，结果具有代表性的特点。
Description
技术领域
本发明涉及涂布膜测试领域，具体是一种涂布膜涂层浆料分散性的检测方法、系统。
背景技术
目前，为解决以多孔聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯及其混合产品为主材的普通商用锂离子电池隔膜在上述性能上存在的不足，涂布膜已经被证明可以有效提高电池隔膜的热稳定性、机械性能、对电解液浸润性等。由于高分子聚烯烃的非极性特性、表面能低的问题，一般陶瓷涂料难以均匀附着，易在涂布过程中形成团聚现象，使得涂布效果变差，影响电池的电性能，局部的漏涂和多涂甚至会在电芯内产生应力集中而导致电芯产生异常失效状况。因此，提高涂层均匀性成为了生产中的首要目标，而对其进行准确的测试表征更是重中之重。
对于涂布后的隔膜产品，目前只能进行局部的四探针法测量电导率、扫描电镜观测表面形貌，效率较低，并且由于氧化铝陶瓷电导率较低，其较高的阻值也会导致测试准确性下降。
综上所述，现在的测试方法主要存在以下问题：(1)测试结果准确度不高；(2)局部表征不具备代表性；(3)测试效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服目前技术的不足，提供一种测试结果准确的、适用于生产过程中大量测试表征的涂布膜涂层浆料分散性的检测方法。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种涂布膜涂层浆料分散性的检测方法：将涂布膜置于RC并联电路中充当电阻器，在RC并联电路两端建立瞬时电压并监测RC并联电路中电压降ΔU数值，根据式(1)、式(2)，判断涂布膜浆料的分散性；
本发明另一个目的在于提供基于上述检测方法可行的检测系统，包括电压控制监测单元，与电压控制监测单元外接端电连接的、用于夹持隔膜的导电夹持单元。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本方法通过测量涂布膜样品电压降的数值，评价涂布膜浆料的分散性，使得对于涂布膜浆料分散性的测试不再受到绝缘材料电阻测试方法中微小电流极高的测试难度的制约，且提高测试样品尺寸，具有方法简单、重复性好、表征效果准确、测试面积大，结果具有代表性的特点。
附图说明
图1为固体介质的电流吸收特性曲线。
图2为RC并联电路示意图。
图3为本发明测试系统结构示意图。
图4为本发明电压控制监测单元工作原理示意图。
图5为本发明实施例中单个样品测试夹结果曲线。
具体实施方式
在描述之前，应当理解，不应将在说明书和所附权利要求书中使用的术语解释为限于一般的词典含义，而应当根据允许本发明人为了最好的解释而合适地限定术语的原则，基于对应于本发明的技术方面的含义和概念进行解释。因此，在此提出的描述仅是为了说明目的而优选的例子，不是为了限制本发明的范围，因此，应当理解，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下作出其它的等价物和修改。
理论上，涂布膜浆料中包括涂层颗粒以及粘结剂，对涂布膜浆料分散性的评价即是指涂布层中，涂层颗粒与粘结剂混合均匀程度的评价，由于涂布膜涂层浆料中存在高电阻值的粘结剂与低电阻率的涂层颗粒，因此，当涂层颗粒团聚时，则电阻率低的涂层颗粒直接连接，当涂层颗粒与粘结剂混合均匀分散时，涂层颗粒之间由于存在电阻率较高的粘结剂而涂布膜整体呈现为高电阻值的状态。基于此，可依据涂布膜电阻值来判断涂布膜涂层浆料的分散性程度。
而涂布膜做为绝缘材料，其电阻值的测定是通过在涂布膜两侧施加电压、测量电流，再基于欧姆定律计算出电阻。当在涂布膜两端施加电压时，检测到的电流会由三部分组成，分别为：1.电容电流，2.吸收电流，3.泄露电流，其在检测过程中随时间变化关系如图1所示，因此，需要等待电容电流I1、吸收电流I2趋于稳定或消失时，通过检测泄露电流I3的数值，测定涂布膜的电阻值。但实际上，由于涂布膜涂层中含有的粘结剂等高分子材料的非极性特性，其有损极化过程响应缓慢，吸收电流I2长时间存在，因而对直接测量电阻造成极大难度。根据相关文献报道(EP/ZnO双层复合绝缘界面极化特性实验研究，陆小虹，哈尔滨理工大学硕士学位论文，2014)，无机涂层与有机高分子涂布膜基膜基底界面存在也慢极化效应，将进一步提高准确测量电导电流的难度。
因此，发明人提供一种新的测试方法：如图2所示，将涂布膜置于RC并联电路中充当电阻器R，在RC并联电路两端建立瞬时电压并监测RC并联电路中电压降ΔU数值，根据式(1)、式(2)，判断涂布膜浆料的分散性；
其中，ρ为涂布膜电阻率，ε0为绝对介电常数，εr为相对介电常数，d为涂层厚度，S为测试面积。
上述式(1)出自《高电压技术》机械工业出版社-吴广宁，式(2)为发明人自行推导过程。
可知，涂布膜的电阻率ρ与电压降ΔU为单调负相关，且又本检测方法仅期望比较不同涂层分散性状况，将采用相同基膜和涂层材料，根据有效介质模型中复合材料介电常数估算方法，其差异主要由各组分差异引起，因此基膜相同、涂布浆料相同的涂布膜其ε0、εr数值在通过公式(2)判断浆料分散性时，可视为常数。
即：相同基膜与涂布浆料下，测试得到的电压降ΔU数值越小，则电阻率越高，涂布膜涂层分散效果越佳。本测试方法通过测量电压降ΔU数值，避免了微小电流测试中的各种干扰因素，极大地降低了测量技术难度，能够提供更稳定和准确的结果。
基于上述检测方法，本发明继而提供一种涂布膜涂层浆料分散性的检测系统，包括电压控制监测单元10，与电压控制监测单元10电压的输出端、输入端电连接的、用于夹持涂布膜的导电夹持单元20。测试时首先需要建立RC并联电路，用导电夹持单元20夹持涂布膜，此时，涂布膜充当RC并联电路中的电阻器，导电夹持单元20充当电容器，通过电压控制监测单元10在RC并联电路两端建立瞬时电压并监测RC并联电路中电压降ΔU数值。
而，电压降ΔU的测试方式，是利用在RC并联电路两端建立瞬时电压后RC并联电路的暂态响应原理相关文献：《高电压技术》机械工业出版社-吴广宁：当系统建立起一定电压并瞬间切断电源后，电容C由于已被充满电，将逐渐从涂布膜形成的绝缘电阻中泄露电荷，进而可出现电压下降的现象，根据电压控制监测单元10的电压-时间变化曲线得到电压降ΔU数据。
电压控制监测单元10可以为如图4所示，由控制系统、电压脉冲发生器、电信号检测器以该连接方式组成，能够实现实现电压的产生、控制、监测的单个或组合仪器，优选的可使用电压降测试仪。
导电夹持单元20可以为任何导电且具有夹持涂布膜功能的机械结构，优选的，可使用包括两个电极板21，两个电极板21分别与电压控制监测单元10电压的输出、输入端电连接。
为在测试过程中提供压紧力，使导电夹持单元20与被测涂布膜接触紧密防止空隙对涂布膜介电常数大小产生影响，在测试系统中还可增加与导电夹持单元20连接的压力单元30。
压力单元30可以为任何实现增加导电夹持单元20夹持力的机械装置，例如液压压力控制装置，电控压力装置，重力压力控制装置，优选为万能测试机。
实施例一
如图3所示，涂布膜涂层浆料分散性的检测系统包括：电压控制监测单元10、导电夹持单元20、压力单元30，电压控制监测单元10为电压降测试仪，导电夹持单元20包括两个电极板21，两个电极板21分别与电压降测试仪的电压输出端、输入端电连接，压力单元30为万能测试机，万能测试机的输出端与电极板21远离涂布膜A的外侧连接。电压降测试仪工作原理示意图如图4所示，整个电压降测试仪由三部分组成，首先控制系统负责接收操作信号并向电压脉冲发生器输出控制信号，电压脉冲发生器接收到信号后在涂布膜A两端建立一定数值的电压，而后立即断开电压，此时电信号检测器持续监测涂布膜A两端电压差，直至达到设定监测时间。在设定监测时间内的电压降的大小即为测试结果，被反馈至控制系统进行输出。
以涂布膜a和涂布膜b为对照样品进行测试，涂布膜a为低转速搅拌的陶瓷浆料涂覆至12微米厚的聚烯烃膜基底上制成具有4微米涂层厚度的涂布膜，涂布膜b高转速搅拌的陶瓷浆料涂覆在相同12微米厚的聚烯烃膜基底上制成具有4微米涂层厚度的涂布膜(理论上，低转速搅拌的陶瓷浆料分散程度应该低于高转速搅拌的陶瓷浆料)。
设定测试条件为：涂布膜两端建立55V电压后断开电路，测量300ms内电压降下降大小；测试电极板面积为30cm×30cm。
具体测试步骤：
1.制样：将涂布膜a、涂布膜b分别裁剪样品至35cm×35cm大小；
2.将样品放置于上下电极板21间，驱动万能测试机使得电极板21压紧样品；
3.将上下电极板21通过导线分别与电压降测试仪正负极相接，构成测试回路；
4.通过电压降测试仪的控制系统设定信号输入，条件如上所述；
5.记录输出数据(单个样品电压-时间变化曲线如图5所示，电压降数值由曲线看，为第0ms时的电压值与第300ms时的电压值差值，测试时电压降测试仪上会直接给出压降的数值)。
下表为涂布膜a和涂布膜b五次测试的结果。
由上表可知，涂布膜b相较于涂布膜a电压降ΔU数值较小，则电阻率越高，意味着涂布膜b的涂层分散效果越佳，与理论结果相匹配。
Claims (6)
1.一种涂布膜涂层浆料分散性的检测方法，其特征在于，将涂布膜置于RC并联电路中充当电阻器，在RC并联电路两端建立瞬时电压并监测RC并联电路中电压降ΔU数值，根据式(1)、式(2)，判断涂布膜浆料的分散性；
其中，ρ为涂布膜电阻率，ε0为绝对介电常数，εr为相对介电常数，d为涂层厚度，S为测试面积。
2.一种涂布膜涂层浆料分散性的检测系统，其特征在于，包括电压控制监测单元(10)，与电压控制监测单元(10)电压的输出、输入端电连接的、用于夹持涂布膜的导电夹持单元(20)。
3.如权利要求2所述的涂布膜涂层浆料分散性的检测系统，其特征在于，还包括与导电夹持单元(20)连接，用于增加导电夹持单元(20)夹持力的压力单元(30)。
4.如权利要求2所述的涂布膜涂层浆料分散性的检测系统，其特征在于，电压控制监测单元(10)为电压降测试仪。
5.如权利要求2所述的涂布膜涂层浆料分散性的检测系统，其特征在于，导电夹持单元(20)包括两个电极板(21)，两个电极板(21)分别与电压控制监测单元(10)电压的输出、输入端电连接。
6.如权利要求3所述的涂布膜涂层浆料分散性的检测系统，其特征在于，所述压力单元(30)为万能测试机。
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| CN114235902A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-03-25 | 湖北亿纬动力有限公司 | 测试炭黑分散稳定性的方法 |
Also Published As
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| CN113008942B (zh) | 2024-08-02 |
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