锂电池隔膜及涂层厚度检测

一、前言

电池是能将化学能转化成电能的装置,在大家的脑海中,关于电方面知名度最高的非伏特莫属了,当然在漫漫历史长河中还有很多的和伏特一样的科学家,一生致力于电学研究,不断的将自身的研究成果传递给后来人,就这样经过几百年的沉淀与创新,电池的工业化生产也就应运而生了。

现在我们的生活已经离不开电池了,手机、电脑、手表、手电筒、家电,还有很多无线设备等等。也正是因为电池市场的不断发展膨胀,才让电池在短短的一百多年间从最早的干电池逐步发展到了现在已经成熟应用的锂电池。

二、锂电池的发展

说起锂电池的概念想必大家都已经不再陌生了,这种由锂金属或者锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的电池其实最早是来自于伟大的发明家爱迪生,不过长期没有得到应用,随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。

锂电池的基本结构包括:正极、负极、隔膜、电解液、外壳五金件,随着现在广大消费者对电池的性能要求越来越高,尤其是新能源汽车的日益扩张,电池性能也就成为了大众能否接受电动汽车一道门槛。而这其实就是一道心理门槛,锂电池作为理想的公认的储能元件,必须在这个时候承担起这样一份责任,通过性能的提升来帮助广大消费者消除顾虑。

在锂电池的所有性能中,大众最关心的还是和自身生命健康息息相关的安全性能,国内也发生过电动汽车经撞击而发生起火爆炸的事故,这种惨痛的经历让电动汽车的高速发展蒙上了一层阴影,痛定思痛,必须反思,从电池各个部件的安全隐患着手,利用先进的检测技术来监测组成电池各部件的材料性能,从源头上排除因材料加工性能不佳而产生的安全隐患,相信这也是所有电池厂商所希望的结果,而电池厂商所外购的最多的锂电池部件就是锂电池隔膜。

三、锂电池隔膜产品性能现状

锂电池隔膜的功能主要是隔开正负极,防止短路;允许锂离子自由通过,在正负极间迁移;在电池过热时,闭孔切断电流确保电池安全。因此隔膜性能的优劣直接决定了电池的安全性能。而在走访了各大电池厂商之后,发现电池厂商对隔膜的耐热性能以及厚度均匀性、一致性十分关心,耐热性能一方面是材料本身决定的,另一方面就是厚度均一性所决定的。随着锂电池行业的发展以及生产加工技术的进步,电池隔膜的厚逐渐降低至20μm以下,试想一下如果存在厚度的薄弱点,那么就势必会导致隔膜机械性能、耐热性能减弱,安全隐患也就随之产生了。

为什么现在国内的数一数二的电池厂都购买日韩等国的进口膜,无非就是人家隔膜做的比国产的均匀,出于无奈之下高价购买。不过现在电池厂家可以慢慢将注意力往国内转移了,国内的电池厂商正在如火如荼的进军动力电池市场,想要做出国产高品质18650甚至更具技术含量的新产品,那么势必就会对电池隔膜有更高的技术要求,像中科科技、佛山金辉、ATL、苏州捷力等都投入了巨额的资金用来开发及生产高品质隔膜,通过与他们的沟通发现大家都觉得我们自己的膜已经足以替换进口膜了,但是要取得相互的信任是需要时间的,如何让隔膜厂商对自己的产品有足够的信心,又如何让国内甚至一些国外的电池厂商放心的用着国内的膜?该如何去评价国内的膜?我们的标准又在哪里?带着这些疑问去咨询了佛山金辉、中国化学与物理研究协会、全国检标委等专业机构的负责人,发现《锂离子电池用聚烯烃隔膜》经过两年多漫长的讨论却还没能定稿。众所周知未来锂电池隔膜的高端化、技术化需要行业的标准化,电池隔膜行业该如何让国内外厂家认可,方法只有一个:公认的、理想的、准确的、环保的产品性能检测技术。

四、锂电池隔膜厚度检测技术概述

通过对隔膜厚度一致性的测量恰恰能够反映电池隔膜的耐热性、机械性能等问题,厚度检测包括了基材厚度以及耐热涂层的厚度。在走访了国内众多隔膜厂之后发现,现在国内很多企业在用机械式测厚仪进行离线测量,虽然机械式测厚仪的测量精度在不断的提升,很多隔膜厂家能通过离线测量得到准确的隔膜总厚度或者基材厚度,但是离线测量只能取个别点来代表整卷膜的厚度均一性,不够全面,并且仅用机械法无法直接得到耐热涂层的厚度,也就是说总厚度、基材厚度、涂层厚度无法实现一一对应,因此离线测量并不是一种能够反应生产线实际情况的最佳方法。通过和国内外隔膜生产线上的工程师沟通不难发现隔膜厚度在线测量技术是每条生产线上各个工艺工程师所期盼的,这种在线技术不仅采用非接触式的测量方式,不会破坏样品,而且能随时反映隔膜的厚度变化,更加直观、准确、真实,这样的产品检测报告也能让电芯厂更清楚所采购的隔膜产品性能,电池产品中所使用的隔膜是有保障的,因此在线检测技术在近几年受到了国内隔膜厂以及电芯厂的亲睐,发展迅速。

然而在线厚度检测技术也是错综复杂,目前国内的隔膜生产线主要采用的测量方式有射线(β、X线)、红外线等。通过对不同检测原理的研究,以下列出了两者的比较:

 通过比较不难发现,无论从锂电池隔膜产品适用性还是使用安全性的角度考虑,红外线检测方式将成为未来的主流趋势,其实现在国内很多的厂商也都已经意识到射线的检测方式在锂电池隔膜行业已经属于日韩的淘汰技术,随着红外线技术的发展,国内一流隔膜厂商已经开始逐步进行设备更新,毕竟环保才代表着未来。五、Kurabo红外线检测技术根据目前的锂电池隔膜厚度红外线检测设备全球市场情况,像NDC、ThermoFisher、ScanTech等公司都无法对无机涂层进行测量,然而,现在的隔膜基本结构普遍为基膜和陶瓷涂层相结合,尤其是在高端的动力电池隔膜方面,动力电池隔膜涂层厚度检测显得尤为重要,涂层厚度的一致性决定了产品的耐热性能,耐热性能往往又直接决定电池的安全性。那么该如何对超薄耐热涂层进行直接测量?很幸运的是日本Kurabo公司通过在红外线检测技术领域多年的研究,开发出了一套能同时精确测量基材厚度和耐热涂层厚度的系统,这套系统完全是为锂电池隔膜行业量身定做的,已在旭化成、三菱、帝人等工厂的生产线上成熟应用,为高端动力电池隔膜提供了强有力的检测方法,保证了隔膜产品的出厂合格率。以下是对这套全球唯一能直接测量锂电池隔膜涂层厚度的红外线检测系统—RX-410的技术优势介绍!RX-410技术优势:①:可测量半透明品,即使是透明性低的多孔性材质也可得到很     高的测量精度。②:一套系统即可同时测量基膜及耐热层厚度。③:采用安全的红外光,更加安全,维护保养更加方便。④:非接触式的生产线上测定,不会破坏产品。⑤:测量时间快,最短响应时间为50毫秒。⑥:采用3波长的测量方式,不受外界环境的干扰,精度可得到   长期保障。⑦:P偏光技术:减少杂散光的影响至最低。⑧:多重滤光片组合,量身定做最合适的滤光片。六、愿景 作为检测仪器供应商来说,我们的目标及责任就是将行业内最佳的检测方式带给大家,并能帮助那些有长远目光致力于进步发展做高品质产品的企业,行业的标准化以及健康的发展需要他们站出来担起这份责任,正如张正铭教授所讲:新能源从来没有像现在这样引人关注,得益于新能源的发展。发展意味着先进技术的引入, 摆脱旧技术的束缚,迎接新技术的创造。      

β、X线

各种放射性核素发射出具有特定能量的粒子或光子束流

对人体有辐射伤害,有法律约束

低,所测结果为测量头间物质总厚

放射源采购周期长,高压控制箱需定期维护,成本高,需管理区域及管理者

测量方式发光原理安全性分离性能维护保养

红外线

在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线

安全的光,对人体无害

高,实现不同物质的单独测量

安装及维护十分方便,只需考虑更换灯泡,节省成本,无需设定特定区域

β、X线

各种放射性核素发射出具有特定能量的粒子或光子束流

对人体有辐射伤害,有法律约束

低,所测结果为测量头间物质总厚

放射源采购周期长,高压控制箱需定期维护,成本高,需管理区域及管理者