随着各(gè)種(zhǒng)高(gāo)性(xìng)能(néng)能(néng)源儲存設备，如(rú)锂離子電(diàn)池、鈉離子電(diàn)池、锂硫電(diàn)池等的(de)应用(yòng)，電(diàn)池的(de)安(ān)全(quán)性(xìng)受到(dào)人(rén)们越来(lái)越多(duō)的(de)關(guān)注。隔膜材料是(shì)電(diàn)池結構中(zhōng)非常重要(yào)的(de)一(yī)个(gè)組成(chéng)部(bù)分(fēn)，即使是(shì)肉眼(yǎn)看(kàn)不(bù)到(dào)的(de)微小缺陷發(fà)生(shēng)在(zài)其(qí)表(biǎo)面(miàn)，都会(huì)給(gěi)電(diàn)池带来(lái)诸如(rú)電(diàn)壓失穩、自(zì)放(fàng)電(diàn)、微短路(lù)、甚至(zhì)热(rè)擊穿等危險。所(suǒ)以它的(de)質(zhì)量(liàng)好壞直(zhí)接關(guān)系(xì)到(dào)電(diàn)池整體(tǐ)的(de)運行安(ān)全(quán)性(xìng)。然而(ér)在(zài)電(diàn)池薄膜的(de)實(shí)際加工、生(shēng)産过程中(zhōng)，其(qí)表(biǎo)面(miàn)難免会(huì)産生(shēng)微孔或(huò)者(zhě)微裂紋等缺陷 (图(tú)1(a))。如(rú)何快(kuài)速準确的(de)檢測出(chū)電(diàn)池隔膜的(de)缺陷是(shì)一(yī)个(gè)亟待解(jiě)決的(de)问題(tí)。本(běn)文(wén)提(tí)出(chū)一(yī)種(zhǒng)简便、高(gāo)效、無損的(de)低(dī)空(kōng)气(qì)流速壓強(qiáng)差測量(liàng)方(fāng)法(fǎ)来(lái)實(shí)現(xiàn)对(duì)隔膜表(biǎo)面(miàn)缺陷的(de)探測。研究發(fà)現(xiàn)，这(zhè)種(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)可(kě)以敏感(gǎn)且(qiě)高(gāo)效的(de)檢測出(chū)薄膜表(biǎo)面(miàn)産生(shēng)的(de)微孔和(hé)微裂紋两(liǎng)種(zhǒng)缺陷，並(bìng)能(néng)分(fēn)辨出(chū)微孔的(de)个(gè)數、大(dà)小以及(jí)微裂紋的(de)擴展(zhǎn)程度。而(ér)進(jìn)一(yī)步的(de)實(shí)验(yàn)測試發(fà)現(xiàn)这(zhè)些缺陷会(huì)对(duì)電(diàn)池的(de)正(zhèng)常運行带来(lái)不(bù)同程度的(de)負面(miàn)影響。这(zhè)一(yī)新(xīn)方(fāng)法(fǎ)对(duì)電(diàn)池隔膜的(de)質(zhì)量(liàng)監測、失效分(fēn)析以及(jí)隔膜塗料的(de)性(xìng)能(néng)檢測具有重要(yào)意(yì)義。

　　近(jìn)日(rì)，華中(zhōng)科技大(dà)學(xué)航空(kōng)航天(tiān)學(xué)院李仁府教授团(tuán)隊與(yǔ)華盛顿(dùn)州立大(dà)學(xué)材料與(yǔ)機(jī)械工程系(xì)王宇助理(lǐ)研究教授、仲偉虹(hóng)教授团(tuán)隊(共(gòng)同通(tòng)訊作者(zhě))在(zài)国際頂級期(qī)刊(kān)Energy Storage Materials上(shàng)以短通(tòng)訊形式發(fà)表(biǎo)題(tí)为““See” the Invisibles: Inspecting Battery Separator Defects via Pressure Drop”的(de)文(wén)章(zhāng)，共(gòng)同第(dì)一(yī)作者(zhě)是(shì)華中(zhōng)科技大(dà)學(xué)李毅超博士與(yǔ)華盛顿(dùn)州立大(dà)學(xué)傅雪薇博士生(shēng)。受離子傳输與(yǔ)气(qì)流傳输相似性(xìng)的(de)啟發(fà)(图(tú)1(c))，研究人(rén)員采用(yòng)一(yī)套(tào)简易裝(zhuāng)置(图(tú)1(b))对(duì)不(bù)同流速下空(kōng)气(qì)流通(tòng)过隔膜前(qián)後(hòu)産生(shēng)的(de)壓強(qiáng)差進(jìn)行測量(liàng)與(yǔ)分(fēn)析，以此(cǐ)判斷隔膜的(de)缺陷度。为了验(yàn)證方(fāng)法(fǎ)的(de)有效性(xìng)，研究人(rén)員人(rén)为通(tòng)过扎孔與(yǔ)拉伸在(zài)隔膜上(shàng)制造了两(liǎng)類(lèi)缺陷：微孔與(yǔ)微裂紋(图(tú)2)。結果顯示，壓強(qiáng)差法(fǎ)可(kě)以快(kuài)速有效的(de)檢測並(bìng)分(fēn)辨出(chū)微孔的(de)个(gè)數、尺(chǐ)寸(cùn)，以及(jí)微裂紋的(de)程度，特别在(zài)較高(gāo)流速条(tiáo)件(jiàn)下靈敏度更(gèng)高(gāo)(图(tú)3)。通(tòng)过对(duì)两(liǎng)種(zhǒng)缺陷条(tiáo)件(jiàn)下隔膜導離子特性(xìng)的(de)測試發(fà)現(xiàn)，除了3号(hào)微孔隔膜，其(qí)他(tā)带缺陷的(de)隔膜均未能(néng)被(bèi)導離子測試方(fāng)法(fǎ)發(fà)現(xiàn)(图(tú)4)，而(ér)壓強(qiáng)差法(fǎ)已可(kě)以成(chéng)功探測出(chū)所(suǒ)有缺陷情(qíng)況。進(jìn)一(yī)步，将两(liǎng)種(zhǒng)缺陷条(tiáo)件(jiàn)下的(de)隔膜組裝(zhuāng)成(chéng)半電(diàn)池測試其(qí)電(diàn)化(huà)學(xué)性(xìng)能(néng)發(fà)現(xiàn)，當隔膜上(shàng)僅出(chū)現(xiàn)一(yī)个(gè)微孔时(shí)就(jiù)發(fà)生(shēng)了短路(lù)現(xiàn)象(xiàng);而(ér)10%拉伸条(tiáo)件(jiàn)下産生(shēng)的(de)微裂紋隔膜電(diàn)池也(yě)發(fà)生(shēng)了充放(fàng)電(diàn)异(yì)常;4%與(yǔ)6%拉伸条(tiáo)件(jiàn)下産生(shēng)的(de)微裂紋隔膜電(diàn)池在(zài)經(jīng)过250次(cì)充放(fàng)電(diàn)循环(huán)後(hòu)也(yě)發(fà)生(shēng)了電(diàn)池性(xìng)能(néng)下降的(de)現(xiàn)象(xiàng)。究其(qí)原因可(kě)能(néng)是(shì)缺陷引發(fà)了锂離子在(zài)電(diàn)池內(nèi)部(bù)的(de)不(bù)均勻傳输與(yǔ)沉積導致(zhì)不(bù)穩定(dìng)SEI膜的(de)産生(shēng)，这(zhè)个(gè)过程会(huì)進(jìn)一(yī)步消耗電(diàn)解(jiě)質(zhì)並(bìng)導致(zhì)顯著的(de)容量(liàng)損失。

　　图(tú)1.檢測電(diàn)池隔膜缺陷的(de)壓差法(fǎ)：(a)隔膜在(zài)生(shēng)産过程中(zhōng)可(kě)能(néng)産生(shēng)的(de)缺陷;(b)試验(yàn)測試方(fāng)法(fǎ);(c)離子流过隔膜與(yǔ)空(kōng)气(qì)流过隔膜的(de)相似性(xìng)示意(yì)图(tú)。

　　图(tú)2. 两(liǎng)類(lèi)人(rén)为制造的(de)隔膜缺陷：(a)扎孔制造微孔方(fāng)法(fǎ);(b)微孔形貌與(yǔ)尺(chǐ)寸(cùn);(c)拉伸制造微裂紋方(fāng)法(fǎ);(d)微裂紋形貌。

　　图(tú)3. (a)不(bù)同微孔个(gè)數条(tiáo)件(jiàn)下壓強(qiáng)差與(yǔ)流速關(guān)系(xì);(b)不(bù)同流速下微孔个(gè)數與(yǔ)損失因子關(guān)系(xì);(c)流速與(yǔ)損失因子敏感(gǎn)性(xìng)關(guān)系(xì);(d)不(bù)同流速下微孔尺(chǐ)寸(cùn)與(yǔ)損傷因子關(guān)系(xì);(e)不(bù)同微裂紋下流速與(yǔ)壓強(qiáng)差關(guān)系(xì);(f)固定(dìng)流速下隔膜应變(biàn)與(yǔ)損失因子關(guān)系(xì)。

　　图(tú)4. 隔膜的(de)導離子特性(xìng)：(a)不(bù)同微孔条(tiáo)件(jiàn)下隔膜的(de)尼奎斯特图(tú);(b)不(bù)同微裂紋条(tiáo)件(jiàn)下隔膜的(de)尼奎斯特图(tú);(c)两(liǎng)種(zhǒng)缺陷下隔膜導離子特性(xìng)对(duì)比。

　　图(tú)5. 将有缺陷隔膜組裝(zhuāng)成(chéng)半電(diàn)池測試其(qí)電(diàn)化(huà)學(xué)性(xìng)能(néng)：(a)0.1C条(tiáo)件(jiàn)下带一(yī)个(gè)微孔隔膜的(de)電(diàn)池充放(fàng)電(diàn)曲(qū)線(xiàn);(b)0.1C条(tiáo)件(jiàn)下带不(bù)同微裂紋隔膜的(de)電(diàn)池充放(fàng)電(diàn)曲(qū)線(xiàn);(c)循环(huán)穩定(dìng)性(xìng)測試;(d)带不(bù)同微裂紋隔膜的(de)電(diàn)池庫倫效率;(e)带微裂紋隔膜下SEI膜成(chéng)形示意(yì)图(tú)。

　　【總(zǒng)結】

　　本(běn)文(wén)作者(zhě)首次(cì)提(tí)出(chū)了以一(yī)種(zhǒng)高(gāo)效、便捷、低(dī)成(chéng)本(běn)且(qiě)無損傷的(de)基于(yú)低(dī)流速下壓強(qiáng)差測量(liàng)方(fāng)法(fǎ)来(lái)評估電(diàn)池隔膜可(kě)能(néng)産生(shēng)的(de)缺陷。結果顯示，相比傳統的(de)導離子測試方(fāng)法(fǎ)，壓強(qiáng)差法(fǎ)可(kě)以有效檢測出(chū)微孔與(yǔ)微裂紋两(liǎng)類(lèi)缺陷，並(bìng)且(qiě)高(gāo)流速更(gèng)有利于(yú)缺陷的(de)發(fà)現(xiàn)，而(ér)这(zhè)些缺陷会(huì)不(bù)同程度的(de)对(duì)電(diàn)池性(xìng)能(néng)産生(shēng)負面(miàn)影響，带来(lái)安(ān)全(quán)隐患。这(zhè)一(yī)方(fāng)法(fǎ)为電(diàn)池隔膜的(de)質(zhì)量(liàng)監控與(yǔ)評估，以及(jí)電(diàn)池的(de)失效分(fēn)析提(tí)供了一(yī)種(zhǒng)新(xīn)途徑。

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