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锂离子电池生产现场异物管控

锂离子电池生产现场异物管控

来源:
2022/01/05 18:00
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【摘要】:

  金属异物导致蓄电池内部短路有两种基本过程,如图1所示。在第一种情况下,较大的金属颗粒直接刺穿膜片,导致正负极之间短路,这是一种物理短路。

  在第二种情况下,当金属异物与正极混合时,充电后正极电位升高,金属异物在高电位下溶解,通过电解液扩散,然后低电位溶解在负极中的金属沉积在负极表面,最后刺穿隔膜,形成短路,即化学溶液短路。电池厂最常见的金属异物包括铁、铜、锌、铝、锡、不锈钢等。

  在电池生产现场,电池产品容易混入异物,包括电极浆料混入金属杂质;电杆切割过程中产生的切割毛刺或金属碎屑;当电极片在缠绕过程中被切断时,毛刺或金属异物颗粒混入铁芯。极耳和外壳的焊接会产生金属屑等,如图所示。3和4。

  对于金属异物和毛刺的控制标准,一般来说,毛刺尺寸小于隔膜厚度的一半,但一些制造商有更严格的控制要求,毛刺不超过涂层。

  在测试过程中,电池在注入前通过电压测试来检测内部短路不合格品;X射线检测到细胞内有异物。老化过程通过电池压降δV检测不合格品。

  通过耐压试验检测金属异物

  绝缘耐压试验一般采用安全表,在电池热压成型试验中,仪器向电池施加一个电压,电压持续一段规定的时间,然后检测电流是否保持在规定的范围内,确定电池正负极内部是否存在短路。一般情况下,施加的电压如图5所示:

  ① 在一定时间T1内,将电池上的电压从0增加到U。

  ② 电压U在T2处保持一段时间。

  ③ 试验结束后,切断试验电压,对电池的杂散电容进行放电。

  在测试过程中,阳极板彼此接近,只有15到30微米,裸电池内部可以形成一定的电容(杂散电容),因为电容,测试电压必须从“零”开始,缓慢上升,为了避免充电电流过大,所需的电容越大,缓慢上升,t1时间越长,可以增加的电压越低。

  当充电电流过大时,必然会引起测试仪的误判,导致测试结果不正确。一旦被测电池的杂散电容完全充电,只剩下实际泄漏电流。由于直流电压测试会给被测电池充电,因此请确保在测试后对电池放电。

  膜片具有一定的电压强度,当加载电压过高时,膜片肯定会击穿,形成泄漏电流。因此,首先,铁芯绝缘测试电压应低于击穿电压。如图6所示,当正负极间无异物时,试验电压下的泄漏电流小于规定值,判定电池合格。

  如果正负极之间有一定尺寸的异物,隔膜被挤压,正负极间距减小,正负极之间的击穿电压会下降,如果同时加载相同的电压,泄漏电流可能会超过设定的报警值。通过设置测试电压等参数,可以统计分析判断电池内异物的大小,然后根据实际生产状况和质量要求,设置测试参数,制定质量判断标准。

  样本异物尺寸和耐压试验(假设值)

  在测试中,主要参数包括电压缓慢上升时间T1、电压保持时间T2、负载电压U和报警泄漏电流。如上所述,T1和U与电池的杂散电容有关。电容越大,需要的慢上升时间T1越长,负载电压U越低。此外,U还与膜片本身的耐压强度有关。如果测试单元内有异物,将导致内部短路,隔膜将损坏,如图7所示。

  因此,锂电池绝缘耐压试验是产品工艺检验的重要环节,可以检测出不合格产品,提高最终电池产品的安全系数。实际测试需要考虑许多因素,如参数设置和判断标准。

 

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