在現(xiàn)代社會(huì)，鋰離子電池已經(jīng)成為許多設(shè)備和產(chǎn)品的主要電源，包括手機(jī).筆記本電腦.電動(dòng)汽車和無(wú)人機(jī)等。然而，這些設(shè)備的普及也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，尤其是關(guān)于鋰電池安全問(wèn)題的討論。鋰離子電池的“抗穿刺性能”，通常稱為抗穿刺強(qiáng)度或穿刺強(qiáng)度，是衡量其機(jī)械完整性和安全性的核心指標(biāo)。它主要用來(lái)評(píng)估電池在受到尖銳物體刺穿等特殊情況時(shí)，抵抗內(nèi)部短路和熱失控的能力。為了確保鋰電池的安全使用，需要一種能夠檢測(cè)其抗穿刺性能的設(shè)備！
為什么“抗穿刺”如此重要？
鋰離子電池一旦被刺穿，正負(fù)極可能直接接觸導(dǎo)致內(nèi)部短路，瞬間產(chǎn)生巨大熱量，引發(fā)熱失控，進(jìn)而導(dǎo)致起火.爆炸等嚴(yán)重安全事故。
提升抗穿刺性能，就是為了在這類ji端機(jī)械濫用情況下，較大程度地保障電池安全。其中，隔膜作為隔離正負(fù)極的物理屏障，其抗穿刺能力是關(guān)鍵。
測(cè)試說(shuō)明：
混合穿刺強(qiáng)度測(cè)試的是電極混合物刺穿隔膜造成短路時(shí)隔膜所受到的力，方法可以參照NASATM2010-216099《Battery Separator Characterization and Evaluation Procedures for NASA’s Advanced Lithium-ion Batteries》或GB/T21302-2016《包裝用復(fù)合膜.袋通則》。混合穿刺強(qiáng)度一般用于電池發(fā)生短路概率的評(píng)估，由于鋰離子電池的隔膜與正.負(fù)極的粗糙表面有接觸，在電池的組裝和使用過(guò)程中，電極表面有可能將隔膜刺穿，因此混合穿刺強(qiáng)度相對(duì)穿刺強(qiáng)度而言是一種動(dòng)態(tài)的指標(biāo)參數(shù)。
鋰電池隔膜耐穿刺強(qiáng)度測(cè)試方法：將直徑為100mm的試片安裝在樣膜固定夾環(huán)上，然后用直徑1.0mm，直徑頂端半徑為0.5mm的鋼針，以（50±5）mm/min的速度去頂刺，讀取鋼針穿透試片的負(fù)荷。測(cè)試片數(shù)5個(gè)以上，取其算術(shù)平均值。
鋰電池隔膜穿刺強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)對(duì)隔膜的拉伸強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中要注意夾具間距.拉伸速率以及試樣尺寸等參數(shù)的設(shè)定。USABC規(guī)定，隔膜的拉伸強(qiáng)度須滿足如下條件：即當(dāng)施加1000psi的外力時(shí)，隔膜的偏置屈服應(yīng)小于2％。
一.鋰電池隔膜拉力試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：
1.試驗(yàn)力：50N；
2.試驗(yàn)機(jī)度等級(jí)：0.5級(jí)；
3.試驗(yàn)力測(cè)量范圍：0.2%-100%FS；
4.試驗(yàn)力示值相對(duì)誤差：示值的±0.5%以內(nèi)；
5.位移分辨力：0.03m；
6.位移示值相對(duì)誤差：示值的±0.5%以內(nèi)；
7.試驗(yàn)力分辨力：試驗(yàn)力的1/±500000（全程分辨力不變）；
8.力控速率調(diào)節(jié)范圍：0.01-5%FS/S；
9.力控速率相對(duì)誤差：設(shè)定值的±1%以內(nèi)；
10.橫梁速度調(diào)節(jié)范圍：0.001-500mm/min；
11.橫梁速度相對(duì)誤差：設(shè)定值1%以內(nèi)；
12.A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)：滿程有效值±50萬(wàn)碼；
13.測(cè)試系統(tǒng)分辨率：1/500000；
14.傳感器-通道頻帶測(cè)試結(jié)果：通道頻帶寬度1000HZ；
15.數(shù)據(jù)采集速度：1000點(diǎn)/秒；
16.恒力.恒變形.恒位移控制范圍：0.5%--100%FS；
17.恒力.恒變形.恒位移控制精度：設(shè)定值<10%FS時(shí)，為設(shè)定值的±1%以內(nèi)；設(shè)定值≥10%FS時(shí)，為設(shè)定值的±0.1%以內(nèi)；
二.主機(jī)參數(shù)：
1.有效拉伸空間（帶夾具）：500mm；
2.主機(jī)重量：約110kg；
3.電源：電壓220V/50Hz±10%；功率0.4kW；
4.主機(jī)外型尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：570×430×1400mm；
三.應(yīng)用領(lǐng)域
1.電動(dòng)汽車：隨著電動(dòng)汽車的普及，對(duì)其電池的安全性要求也越來(lái)越高。鋰電池隔膜拉力試驗(yàn)機(jī)可以對(duì)電池隔膜進(jìn)行穿刺測(cè)試，以確保其在高壓和短路等特殊條件下的安全性。
2.儲(chǔ)能系統(tǒng)：儲(chǔ)能系統(tǒng)是未來(lái)能源系統(tǒng)的重要組成部分，而電池是儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心部件。鋰電池隔膜穿刺試驗(yàn)機(jī)可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池隔膜進(jìn)行安全評(píng)估。
3.3C產(chǎn)品：許多消費(fèi)電子產(chǎn)品，如手機(jī).筆記本電腦等，都使用鋰電池作為電源。這些設(shè)備的安全性也需要通過(guò)隔膜穿刺試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。
四.鋰電隔膜概述
隔膜在電池中的主要功能是隔離電池正負(fù)極，防止短路，同時(shí)保證鋰離子在充放電的過(guò)程中正常通過(guò)微孔通道以保證電池正常工作，因此隔膜的性能對(duì)于鋰離子電池的內(nèi)阻.容量.循環(huán)性能.充放電流密度以及安全性等關(guān)鍵指標(biāo)有重要的影響。
（一）隔膜的性能評(píng)估主要來(lái)自穩(wěn)定性.一致性和安全性三個(gè)方面，其中穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)難度相對(duì)較低，一致性和安全性的實(shí)現(xiàn)受制于工藝和材料。
1.在穩(wěn)定性方面：電化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)以及機(jī)械強(qiáng)度高的隔膜可以有效降低隔膜受到腐蝕和變形的程度，這對(duì)于電池的使用壽命長(zhǎng)短相當(dāng)關(guān)鍵。
2.在一致性方面：主要考量的是隔膜上微孔的孔徑以及厚度，只有保證較低的電阻和較高的離子導(dǎo)電性，電池才會(huì)具有較好的充放電性能。在安全性上，抗穿刺以及耐高溫的隔膜可以有效防止電池在使用過(guò)程中出現(xiàn)短路的情況，一旦出現(xiàn)短路，極有可能造成爆炸等事故發(fā)生。
（二）哪些因素影響抗穿刺性能？
1.隔膜材料與工藝：這是決定性因素。例如，氧化鋁涂覆聚乙烯隔膜的穿刺強(qiáng)度可達(dá)426.91 N·mm??。隔膜的抗穿刺強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)值通常在300-500克力左右。
2.電池化學(xué)體系：磷酸鐵鋰（LFP）電池在針刺測(cè)試中通常表現(xiàn)更安全，能實(shí)現(xiàn)“不冒煙.不起火.不爆炸”。而三元鋰（NCM） 和鈷酸鋰（LCO） 電池在穿刺時(shí)反應(yīng)更劇烈。
3.電池荷電狀態(tài)（SOC）：SOC越高，能量越大，穿刺時(shí)熱失控風(fēng)險(xiǎn)也越高。
4.環(huán)境因素：溫度升高或電解液浸潤(rùn)會(huì)降低隔膜力學(xué)性能（下降20%-50%），進(jìn)而影響整體抗穿刺能力。
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