TA探“电”| 电池隔膜高温稳定性和熔体完整性评估

TMA介绍

热机械分析(Thermomechanical Analysis，TMA)是指在程序控温下，测量试样在恒定的较小负荷下尺寸变化与温度或时间关系的一种技术。TMA是最重要的热分析技术之一，是对DSC、TGA和DMA技术的有力补充，是研究各种材料(例如热塑性塑料、热固性材料、弹性体、粘合剂和涂料、薄膜和纤维、金属、陶瓷和复合材料)的膨胀行为和软化温度的出色工具。TMA可以测量由物理或化学转变(例如玻璃化转变、结晶、熔融或固化)引起的材料的热膨胀和收缩行为、软化以及机械性能的变化。

TMA表征电池隔膜材

TMA可用于评估材料的线膨胀系数CTE、相转变温度如Tg、应力应变关系、软化温度、受热时样品的尺寸稳定性等。本文采用TMA仪器对两种不同聚合物隔膜进行尺寸稳定性及潜在失效温度进行表征。

实验方法

将样品制备成长度约5-10mm，宽度约4-5mm的尺寸均匀的样条，垂直加载于拉伸夹具上，施加0.01N的载荷，在氮气气氛下以5℃/min的速率升温至薄膜熔融断裂。

实验结果

TMA在电池隔膜材料高温尺寸稳定性和完整性表征中，有着重要的应用：

图2：Celgrad 2400 (PP) 和

2325 (PP/PE/PP) 的TMA曲线

结论

图2显示了两种不同的Celgard隔膜的TMA数据。收缩起始温度、变形温度和熔断温度总结在表1中。单层PP膜(Celgard 2400)显示出更高的收缩起始温度(121℃)、约160℃的变形温度和非常高的熔断温度(约180℃) 。多层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔膜(Celgard 2325)将聚乙烯的低温闭孔性能与聚丙烯的高温熔体完整性结合在一起，从而使隔膜的收缩起始温度(106℃)和熔融温度(135℃)与PE非常接近，而熔断温度(192℃)与PP非常接近。锂离子电池需要熔体完整性大于150℃的隔膜。与单层PE隔膜相比，外部为丙烯的三层隔膜有助于在较高温度下保持隔膜的熔体完整性。这对于为混合动力和电动汽车开发出更大的锂离子电池特别重要^[1]。

TMA还被用来分析前沿的陶瓷涂覆的微孔隔膜^[2]。这种隔膜在高温下由于纵向和横向收缩量的减少而具有更佳的高温稳定性。在该测试方法中，将长度为5-10mm，宽度为4-5mm左右的样品保持在0.01N的恒定载荷下，同时以5℃/min的速率升温，直到温度超过样品的熔点且样品断裂。通常，随着隔膜样品温度的升高，样品最初显示出少量但可测量的收缩量，随后样品膨胀直至最终断裂或破裂。

Discovery TMA 系列热机械分析仪可评价隔膜和辅料的热膨胀系数、玻璃化转变、软化点、热变形温度、尺寸稳定性、热收缩力等，助您避免短路和热失效，提高电池安全性。