TA探“電”| 電池隔膜高溫穩(wěn)定性和熔體完整性評(píng)估

TMA介紹

熱機(jī)械分析(Thermomechanical Analysis，TMA)是指在程序控溫下，測(cè)量試樣在恒定的較小負(fù)荷下尺寸變化與溫度或時(shí)間關(guān)系的一種技術(shù)。TMA是最重要的熱分析技術(shù)之一，是對(duì)DSC、TGA和DMA技術(shù)的有力補(bǔ)充，是研究各種材料(例如熱塑性塑料、熱固性材料、彈性體、粘合劑和涂料、薄膜和纖維、金屬、陶瓷和復(fù)合材料)的膨脹行為和軟化溫度的出色工具。TMA可以測(cè)量由物理或化學(xué)轉(zhuǎn)變(例如玻璃化轉(zhuǎn)變、結(jié)晶、熔融或固化)引起的材料的熱膨脹和收縮行為、軟化以及機(jī)械性能的變化。

TMA表征電池隔膜材

TMA可用于評(píng)估材料的線膨脹系數(shù)CTE、相轉(zhuǎn)變溫度如Tg、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、軟化溫度、受熱時(shí)樣品的尺寸穩(wěn)定性等。本文采用TMA儀器對(duì)兩種不同聚合物隔膜進(jìn)行尺寸穩(wěn)定性及潛在失效溫度進(jìn)行表征。

實(shí)驗(yàn)方法

將樣品制備成長(zhǎng)度約5-10mm，寬度約4-5mm的尺寸均勻的樣條，垂直加載于拉伸夾具上，施加0.01N的載荷，在氮?dú)鈿夥障乱?℃/min的速率升溫至薄膜熔融斷裂。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

TMA在電池隔膜材料高溫尺寸穩(wěn)定性和完整性表征中，有著重要的應(yīng)用：

圖2：Celgrad 2400 (PP) 和

2325 (PP/PE/PP) 的TMA曲線

結(jié)論

圖2顯示了兩種不同的Celgard隔膜的TMA數(shù)據(jù)。收縮起始溫度、變形溫度和熔斷溫度總結(jié)在表1中。單層PP膜(Celgard 2400)顯示出更高的收縮起始溫度(121℃)、約160℃的變形溫度和非常高的熔斷溫度(約180℃) 。多層聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔膜(Celgard 2325)將聚乙烯的低溫閉孔性能與聚丙烯的高溫熔體完整性結(jié)合在一起，從而使隔膜的收縮起始溫度(106℃)和熔融溫度(135℃)與PE非常接近，而熔斷溫度(192℃)與PP非常接近。鋰離子電池需要熔體完整性大于150℃的隔膜。與單層PE隔膜相比，外部為丙烯的三層隔膜有助于在較高溫度下保持隔膜的熔體完整性。這對(duì)于為混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)出更大的鋰離子電池特別重要^[1]。

TMA還被用來(lái)分析前沿的陶瓷涂覆的微孔隔膜^[2]。這種隔膜在高溫下由于縱向和橫向收縮量的減少而具有更佳的高溫穩(wěn)定性。在該測(cè)試方法中，將長(zhǎng)度為5-10mm，寬度為4-5mm左右的樣品保持在0.01N的恒定載荷下，同時(shí)以5℃/min的速率升溫，直到溫度超過(guò)樣品的熔點(diǎn)且樣品斷裂。通常，隨著隔膜樣品溫度的升高，樣品最初顯示出少量但可測(cè)量的收縮量，隨后樣品膨脹直至最終斷裂或破裂。

Discovery TMA 系列熱機(jī)械分析儀可評(píng)價(jià)隔膜和輔料的熱膨脹系數(shù)、玻璃化轉(zhuǎn)變、軟化點(diǎn)、熱變形溫度、尺寸穩(wěn)定性、熱收縮力等，助您避免短路和熱失效，提高電池安全性。