决定安然的不只有厚度隔膜失落效模式分析-片头模版

干法拉伸工艺制备的隔膜在各个方向上的强度有着很大的各向异性，例如在本"大众年夜众号文章《常见锂离子电池隔膜失落效剖析》中我们就曾经先容过干法拉伸工艺隔膜在纵向MD上的抗拉强度可以达到140MPa以上，但是在横向TD和对角线方向上的抗拉强度仅仅>20MPa，两个方向上的抗拉强度存在很大的差异。
由于上述测试都是在单轴向拉力下测得的数据，与锂离子电池在遭受挤压时，多轴向同时受力的环境不同，因此由上述实验得到的隔膜抗拉强度数据也无法准确预测在挤压过程中隔膜失落效的发生。
为了理解隔膜在实际遭受形变时的失落效机理，近日，美国橡树岭国家实验室的Sergiy Kalnaus等人利用半球挤压测试对隔膜的失落效模式进行了研究，并采取数字影像法DIC对在隔膜过程中应变在隔膜中的分布进行了研究，为建立隔膜的在实际利用中的失落效模型供应了主要的参考数据。

实验中Sergiy Kalnaus分别测试了来自Celgard的2325和2075两款隔膜，两款隔膜的基本信息如下表所示。
下图a和b分别是celgard2325隔膜的原始状态和失落效后的微不雅观构造，下图c和d分别是celgard2075隔膜的原始状态和失落效后的微不雅观构造。
从SEM图片上可以看到隔膜中的纵向纤维被拉伸变宽，并且涌现了部分纤维断裂的情形。
可以把稳到由于干法拉伸工艺制备的隔膜存在明显的各向异性，从而导致隔膜存在各向异性，因此裂纹都是涌如今强度较差的横向MD方向上。

对2325隔膜失落效前的瞬间拍照显示，在2325隔膜失落效前，不才图中箭头的位置涌现了两条半透明的区域，两条半透明带的涌现可能是由于2325隔膜的中间的PE层的缘故原由（由于单层PP隔膜2075在失落效前并没有涌现半透明带）。
由于2325隔膜终极发生隔膜断裂时的应变数据“离散度”比较大，很难准确的找到一个“临界点”，为了方便研究Sergiy Kalnaus将2325隔膜所能承受的极限应变定义为半透明带首次涌现时隔膜所发生的应变。

下图为2325和2075两种隔膜在发生失落效前瞬间的隔膜应变分布，（个中图a和图b为2075型号隔膜中应变分布，图c和图d是2325型号隔膜中的应变分布图；图a和c是利用直径为50.8mm的圆球进行挤压时造成的应变分布，图b和d则是利用直径为25.4mm直径的圆球进行挤压时造成的应变分布），根据实验结果，虽然挤压隔膜的半球的直径分别为50.8mm和25.4mm，但是隔膜的极限应变并没有应为挤压球的直径不同而发生变革，表明隔膜发生失落效的极限应变只与隔膜的材质有关，与测试所用的半球的直径无关，至少在实验中所用的挤压球的直径范围内是如此的（2325和2075两种隔膜的极限分别是34%和43%）。

在上述的测试数据的根本上，Sergiy Kalnaus利用有限元剖析工具对两种隔膜的失落效模式进行了仿真剖析，下图为仿真数据与电池的实验数据（个中图a为2325隔膜的数据，图b为2075隔膜的数据）。
可以看到，仿真数据（线）与实验数据（点）拟合的非常好，表明了模型的准确性。
仿照显示，2325和2075两种隔膜都在应变达到0.35旁边时发生了失落效，这与实验数据基本吻合，仅稍有出入，造成这一偏差的缘故原由紧张还是短缺两种隔膜在对角线方向上的强度数据。

Sergiy Kalnaus事情的突出贡献是创造，导致隔膜失落效的极限应变与测试所采取的半球形的直径无关，仅仅与隔膜的材质有关，对付2325隔膜而言，导致失落效的极限应变为0.34，而2075隔膜失落效的极限应变为0.43（但是这并不虞味着2075隔膜安全性更好，从上面的数据来看，2325隔膜产生同样的应变所须要的外力是2075隔膜的两倍，这能够很好的担保锂离子电池在遭受挤压变形时的安全性）。
比较于传统的采取单轴拉力法测试隔膜的抗拉强度，Sergiy Kalnaus所采取的半球法能够更好的重现隔膜在锂离子电池中遭受挤压时的失落效模式，因此采取该实验测试得到的隔膜失落效数据也能够更好的用于预测在挤压测试中电池内短路的发生。

本文首发于"大众年夜众号“新能源Leader”（ID：newenergy-Leader），作者：凭栏眺。
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