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聚合物锂电池漏液有效检测方法
来源: | 作者:pmo0253c1 | 发布时间: 2020-11-25 | 590 次浏览 | 分享到:

随着聚合物电池工艺发展和客户要求的不断提高, 漏液已经成为聚合物电池质量控制难点, 也是产品质量*核心竞争力的载体, 如何防止漏液电池产生, 并*大可能杜绝漏液电池流出到客户端, 成为各电池厂家竞争的一个重要方面。 然而,针对聚合物电池的漏液问题, 各厂家都没有有效的方法检验, 开发一种能够判断电池是否漏液的方法, 对聚合物电池漏液检测有实际意义。

聚合物锂电池漏液概念
聚合物锂离子电池铝塑包装壳破裂、 封装密封性差、 腐蚀开裂的情况下, 其内部的电解液漏出, 同时外部空气进入电池体内, 引起电池鼓气的现象, 漏液不良被客户定义为涉及安全的不良类型生。

为了防止聚合物电池出现漏液不良的问题, 工程技术上一方面改进封装方法, 提高封装密封性能, 另-方面改进检验漏液的方法, 一般有以下几种检验电池是否
漏液的方法:
1、 外观检查, 通过 100%的人工检验, 观察是否有电解液流出和电池外观变形等。这种方法是*传统的方法, 也是在现实中*易操作的, 但依赖人员的检出力, 其防呆性能较差。 这就是原有的检测方法。
2、 真空检测, 使用真空的方法, 利用漏液电池鼓气的特点,对电池整体抽真空,在漏液电池内外形成较大的压差, 电解液可能被伴随着内部产气流出电池, 再进行外观检查, 将不良挑出。 这种方法检出率较低, 但因其操作性较好也是常用的方法。
3、 泄漏物质检测, 电池一旦发生漏夜, 其内部的电解液会流到电池外, 如果能够敏感的检测到电解液, 就可以判断电池是否发生漏液, 这种方法的局限性在于没有成形的测试机构, 对电解液特别敏感, 应用较少, 一般较多的使用 PH 试纸,石蕊试液等化学试剂。 若能够解决检测电解液的方法问题, 则是*有前途的一种检测手段。
在检测方案设计之初, 我们按照第三种方法进行开发, 并将重点先确定在能够检测电解液的仪器开发上来, 通过市场调研, 我们了解到 VOC 检测仪能够对有机物很敏感, 而电解液的主要成分也是有机物, 因此存在重大的改善应用机会。

VOC 检测仪( Volatile Organie Compounds )是利用一组光离子化传感器 PID ( photo ionization detector )对有机挥发组分进行检测的仪器, 用于微量 VOC 挥发检测, 主要应用于环境检测、 室内环境, 安全等行业。 工作过程及原理是:通过内置的空气泵将待检测环境的气体吸人光离子化器中进行电离, 电离有机气体, 并收集电离电压, 转化成数字显示出来, 数值的大小反应环境中的有机气体的摩尔含量, 一般单位为 PPb、 PPm。
方案设计原理路径分析
1、 VOC 检测仪对有机挥发气体敏感度实验测试
实验分 5 个组别进行, 测试对象分别为: (1) 普通环境、 (2) 极片车间、 (3)电解液氛围、 (4) 合格电池旁边、 (5) 漏液电池旁边。
测试仪显示数值分别为:(1) 0–10PPb、 (2) 500- – I 000PPb、 (3) 5000PPm以上、 (4) 0- -20PPb、 (5) 50- 200PPb。
通过以上简单的实验可以看出, VOC 检测仪对环境中的有机气体是很敏感的, 其对聚合物的电解液也是敏感的, 不同环境能够引起 VOC 检测仪的示数发生明显的变化。 说明利用 VOC 检测仪进行漏液检测是可能的。
2、 电池测试实验
(1)正常电池, 密封性良好, 其内部电解液不会出现在电池外部, 少量的有机挥发组分, 实验测试时, 引起 VOC 检测仪较小示数变化或者不能引起示数变化,测试数值小表明无大量有机挥发物, 电池无破损, 判定电池 OK。
(2)漏液电池, 密封失效, 其内部的电解液能够通过某种方式从泄漏点逸散到电池外部, 电解液分解产生挥发性或其小分子组分逸出, 实验测试时, 被 VOC 检测仪检测到, 引起示数较大变化, 测试数值大表明有大量有机挥发物, 电池可能漏液或表面有电解液, 判定电池 NG。
3、 优化实验方案设计
由于检测仪和测试环境等因索的限制, 我们不能用传统的实验设计方式进行实验, 因此根据各因素的特点设计了两套方案, 并优化。
(1)方案 1:测试温度 25C, 真空度-90KPa, 真空时间 300s, 空气流动, 漏液孔尺寸0.1mm, 测试数量 8- -30Pcs, 用自制测试盒收集挥发组分。 本方案对电池施加真空, 希望增加漏液电池的电解液组分的挥发, 自制一个测试腔体, 增加测试仪探头区域内有机组分的浓度, 通过实验发现:测试系统的检出不符合要求, 但能粗略的反应测试对象中是否有漏液电池的存在;测试装置密封性差, 受到外界环境的影响太大。 通过上述分析确认本方案由于其测试波动性大, 数据不能准确检出漏液电池, 不能满足要求。
(2)方案 2:测试温度 20C, 真空度-90KPa, 真空时间 15s, 空气流动, 漏液孔任意大小, 测试数量 8- -30Pes, 使用专用密封装置收集挥发组分。 本方案中在有机含量相对稳定的环境中, 特制了一组具备盛放电池.抽真空、 充放气体的真空密封测试装置, 配套自动计时器和 VOC 检测仪。 结果看出, 该方法能够明显区分漏液电池与正常电池, 且单次测试数量较多,产能提升空间较大;测试系统受压缩空气质量或环境的波动较小, 测试系统稳定, 可操作性强。 本套方案是较理想的测试系统。
通过对以上两套方案的对比和实验验证, *终选定第二套方案为*终的参数优化测试方案。
4、 检测参数优化
( 1 )设计单次检测数量(6- -24 只)和抽真空时间( 10- -15s 只)的 2 因子实验, 评估测试正常电池数量和真空保持时间对检测系统的影响。
(2)设计固定抽真空时间 15s, 单次检测 6 只、 12 只、 18 只、 24 只正常电池时,动态侦测 VOC 检测仪的变化过程, 读取第 10s、 第 15s 时 VOC 检测仪的读数, 分析其差值。
(3)固定抽真空时间 15s, 单次检测正常电池数量 24 只, 动态侦测 VOC 检测仪抽气检测时的数值变化, 分析其*佳读数时间。通过对实验结果及数据的分析发现, 随着单次检测正常电池数量的增加, 真空保持时间增加, 测试值增加;各组不同检测个数的读数, 第 10s 和第 15s 之间的差值是基本一致的, 即其数值变化率相当;每组测试过程中, VOC 测试值随着时间的增加, 先升高后降低, 在约 5s 时达到*大值, 因此*佳读数时间在 5- -10s 范围内。
通过以上的分析和改善, *终确定 VOC 检查漏液电池的参数为测试温度 20C,真空度-90KPa, 真空时间 15s, 抽气检测时间 10s, 使用流动的压缩气体, 测试数量为小电池 8Pcs, 大电池 30PCS, 使用特制的严格密封的测试装置进行挥发组分收集, 测试环境稳定。
5、 检测方法验证
对采用前述优化后的条件进行的验证测量, 从实验数据的分析可以发现, 正常电池的测试数值均小于测试上限值, 且其值呈正态分布;漏液不良电池的测试数值均大于上限值, 且其值无规律散乱分布;大型号电池测试数值远远大于小型号电池测试数值。 以上数据均可量化反映正常电池与漏液不良电池的区别, 可以判断电池是否发生漏液。
结语
通过对聚合物锂离子电池漏液检测方法的研究, 我们实现了新的应用, VOC 检测仪是聚合物锂电池漏液有效检测方法。