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鋰離子電池生產現(xiàn)場異物管控

文章來源:PNAS普納斯能源官網 人氣:6118 發(fā)表時間:2022-04-15 08:58:01
極片上的顆?;蛭⒘拷饘贇堅?、隔膜上的微小缺陷、電芯在組裝過程中引入的粉塵等,都會造成電芯內部微短路。 圖 1 金屬異物導致電池內部短路的原理 金屬異物造成電池內部短路的基本原理有兩種過程,如...
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極片上的顆?;蛭⒘拷饘贇堅?、隔膜上的微小缺陷、電芯在組裝過程中引入的粉塵等,都會造成電芯內部微短路。


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圖 1 金屬異物導致電池內部短路的原理


金屬異物造成電池內部短路的基本原理有兩種過程,如圖1所示。第一種情況,尺寸較大的金屬顆粒直接刺穿隔膜,導致正負極之間短路,這是物理短路。第二種情況,當金屬異物混入正極后,充電之后正極電位升高,高電位下金屬異物發(fā)生溶解,通過電解液擴散,然后負極低電位下溶解的金屬再在負極表面析出堆積,最終刺穿隔膜,形成短路,這是化學溶解短路。電池工廠現(xiàn)場最常見的金屬異物有Fe、Cu、Zn、Al、Sn、不銹鋼等。

電池制造現(xiàn)場容易發(fā)生異物混入電池產品的工藝包括電極漿料混入金屬雜質;極片切割工序產生切割毛刺或金屬碎屑,;卷繞工藝極片切斷產生毛刺或電芯內部混入金屬異物顆粒;極耳和殼體焊接產生金屬屑等等,如圖2和圖3所示。

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圖 2 極片激光切割碎屑


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圖 3 分切毛刺


耐電壓測試檢出金屬異物
絕緣耐電壓測試一般采用安規(guī)儀,在電芯熱壓整形時測試,儀器給電芯施加一個電壓,這個電壓持續(xù)一段規(guī)定的時間,然后檢測其電流是否保持在規(guī)定的范圍內,判斷電芯正負極內部有無短路。一般,施加電壓如圖4所示:


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圖 4 絕緣耐電壓測試示意圖



在測試中,正負極極片由于相互靠近,僅僅15-30μm,裸電芯內部會形成一定的電容(雜散電容),由于電容量存在,測試電壓必須由“零”開始,緩慢上升,以避免充電電流過大,電容量越大所需的緩升時間t1越長,一次所能增加的電壓也越低。充電電流過大時,一定會引起測試器的誤判,使測試的結果不正確。一旦被測電芯的雜散電容被充滿,只會剩下實際的漏電電流。由于直流耐壓測試會對被測電芯充電,所以在測試后,一定要對被測電芯放電。


老化工藝檢出金屬異物

金屬異物在電芯內部會導致內部微短路,電池自放電,電壓下降。一般老化程序為:三元材料等電池充電到4.0-4.2V,常溫存儲 7d,高溫45℃存儲7d,檢測電池老化前后的電壓差剔除不合格品。將電池在高溫或常溫狀態(tài)下開路擱置 7 天或 28 天,通過對電池放電至截止電壓測量其放電電量來判斷其自放電性能,如圖五所示。該方法需要對電池進行長達一個月的擱置檢測,時間周期長,影響因素大,并且長時間占用了較多的設備和場地,測試過程是對人力和財力的大量浪費。


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圖 5 老化不合格品檢出


總之,電池生產異物管控非常重要,車間潔凈度控制好壞可能直接影響電池安全性。



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