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锂离子电池生产现场异物管控

文章来源:MD7摩登7能源官网 人气:11 发表时间:2022-04-15 08:58:01
极片上的颗粒或微量金属残渣、隔膜上的微小缺陷、电芯在组装过程中引入的粉尘等,都会造成电芯内部微短路。 图 1 金属异物导致电池内部短路的原理 金属异物造成电池内部短路的基本原理有两种过程,如...
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极片上的颗粒或微量金属残渣、隔膜上的微小缺陷、电芯在组装过程中引入的粉尘等,都会造成电芯内部微短路。


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图 1 金属异物导致电池内部短路的原理


金属异物造成电池内部短路的基本原理有两种过程,如图1所示。第一种情况,尺寸较大的金属颗粒直接刺穿隔膜,导致正负极之间短路,这是物理短路。第二种情况,当金属异物混入正极后,充电之后正极电位升高,高电位下金属异物发生溶解,通过电解液扩散,然后负极低电位下溶解的金属再在负极表面析出堆积,最终刺穿隔膜,形成短路,这是化学溶解短路。电池工厂现场最常见的金属异物有Fe、Cu、Zn、Al、Sn、不锈钢等。

电池制造现场容易发生异物混入电池产品的工艺包括电极浆料混入金属杂质;极片切割工序产生切割毛刺或金属碎屑,;卷绕工艺极片切断产生毛刺或电芯内部混入金属异物颗粒;极耳和壳体焊接产生金属屑等等,如图2和图3所示。

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图 2 极片激光切割碎屑


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图 3 分切毛刺


耐电压测试检出金属异物
绝缘耐电压测试一般采用安规仪,在电芯热压整形时测试,仪器给电芯施加一个电压,这个电压持续一段规定的时间,然后检测其电流是否保持在规定的范围内,判断电芯正负极内部有无短路。一般,施加电压如图4所示:


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图 4 绝缘耐电压测试示意图



在测试中,正负极极片由于相互靠近,仅仅15-30μm,裸电芯内部会形成一定的电容(杂散电容),由于电容量存在,测试电压必须由“零”开始,缓慢上升,以避免充电电流过大,电容量越大所需的缓升时间t1越长,一次所能增加的电压也越低。充电电流过大时,一定会引起测试器的误判,使测试的结果不正确。一旦被测电芯的杂散电容被充满,只会剩下实际的漏电电流。由于直流耐压测试会对被测电芯充电,所以在测试后,一定要对被测电芯放电。


老化工艺检出金属异物

金属异物在电芯内部会导致内部微短路,电池自放电,电压下降。一般老化程序为:三元材料等电池充电到4.0-4.2V,常温存储 7d,高温45℃存储7d,检测电池老化前后的电压差剔除不合格品。将电池在高温或常温状态下开路搁置 7 天或 28 天,通过对电池放电至截止电压测量其放电电量来判断其自放电性能,如图五所示。该方法需要对电池进行长达一个月的搁置检测,时间周期长,影响因素大,并且长时间占用了较多的设备和场地,测试过程是对人力和财力的大量浪费。


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图 5 老化不合格品检出


总之,电池生产异物管控非常重要,车间洁净度控制好坏可能直接影响电池安全性。



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