聚合物鋰離子電池漏液檢測方法的研究

隨著聚合物電池工藝發(fā)展和客戶要求的不斷提高，漏液已經(jīng)成為聚合物電池質(zhì)量控制難點，也是產(chǎn)品質(zhì)量核心競爭力的載體，如何防止漏液電池產(chǎn)生，并可能杜絕漏液電池流出到客戶端，成為各電池廠家競爭的一個重要方面。然而，針對聚合物電池的漏液問題，各廠家都沒有有效的方法檢驗，開發(fā)一種能夠判斷電池是否漏液的方法，對聚合物電池漏液檢測有實際意義。

“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。

鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

聚合物鋰電池漏液概念

聚合物鋰離子電池鋁塑包裝殼破裂、封裝密封性差、腐蝕開裂的情況下，其內(nèi)部的電解液漏出，同時外部空氣進(jìn)入電池體內(nèi)，引起電池鼓氣的現(xiàn)象，漏液被客戶定義為不符合條件類型。

鋰電池漏液檢測方法方案介紹

為了防止聚合物電池出現(xiàn)漏液的問題，工程技術(shù)上一方面改進(jìn)封裝方法，提高封裝密封性能，另-方面改進(jìn)檢驗漏液的方法，一般有以下幾種檢驗電池是否漏液的方法:

1、外觀檢查，通過100%的人工檢驗，觀察是否有電解液流出和電池外觀變形等。這種方法是傳統(tǒng)的方法，也是在現(xiàn)實中容易操作的，但依賴人員的檢出力，其防呆性能較差。這就是原有的檢測方法。

2、真空檢測，使用真空的方法，利用漏液電池鼓氣的特點,對電池整體抽真空，在漏液電池內(nèi)外形成較大的壓差，電解液可能被伴隨著內(nèi)部產(chǎn)氣流出電池，再進(jìn)行外觀檢查，將不符合的挑出。這種方法檢出率較低，但因其操作性較好也是常用的方法。

3、泄漏物質(zhì)檢測，電池一旦發(fā)生漏夜，其內(nèi)部的電解液會流到電池外，如果能夠敏感的檢測到電解液，就可以判斷電池是否發(fā)生漏液, 這種方法的局限性在于沒有成形的測試機構(gòu)，對電解液特別敏感，應(yīng)用較少，一般較多的使用PH試紙，石蕊試液等化學(xué)試劑。若能夠解決檢測電解液的方法問題，則是有前途的一種檢測手段。

在檢測方案設(shè)計之初，我們按照第三種方法進(jìn)行開發(fā)，并將重點先確定在能夠檢測電解液的儀器開發(fā)上來，通過市場調(diào)研，我們了解到VOC檢測儀能夠?qū)τ袡C物很敏感，而電解液的主要成分也是有機物，因此存在重大的改善應(yīng)用機會。

VOC檢測儀介紹

綜合以上情況， VOC檢測儀( Volatile Organie Compounds )是利用一組光離子化傳感器PID ( photo ionization detector )對有機揮發(fā)組分進(jìn)行檢測的儀器，用于微量VOC揮發(fā)檢測，主要應(yīng)用于環(huán)境檢測、室內(nèi)環(huán)境，安監(jiān)，工廠廢氣排放等行業(yè)。工作過程及原理是:通過內(nèi)置的空氣泵將待檢測環(huán)境的氣體吸人光離子化器中進(jìn)行電離，電離有機氣體，并收集電離電壓，轉(zhuǎn)化成數(shù)字顯示出來，數(shù)值的大小反應(yīng)環(huán)境中的有機氣體的摩爾含量，一般單位為PPb、PPm。工采網(wǎng)推薦兩款檢測VOC氣體的PID光離子化傳感器PID-AH與PID-A1;PID-A1為大量程傳感器，其檢測范圍為100ppb~6000ppm,PID-AH則是一款量程小，靈敏度高的產(chǎn)品，其檢測范圍為1ppb到50ppm的VOC氣體。

方案設(shè)計原理路徑分析

1、VOC檢測儀對有機揮發(fā)氣體敏感度實驗測試

實驗分5個組別進(jìn)行，測試對象分別為普通環(huán)境、極片車間、電解液氛圍、合格電池旁邊、漏液電池旁邊;測試儀顯示數(shù)值分別為: 0-一10PPb、500- - I 000PPb、5000PPm以上、0- -20PPb、50- 200PPb。通過以上簡單的實驗可以看出，VOC檢測儀對環(huán)境中的有機氣體是很敏感的，其對聚合物的電解液也是敏感的，不同環(huán)境能夠引起VOC檢測儀的示數(shù)發(fā)生明顯的變化。說明利用VOC檢測儀進(jìn)行漏液檢測是可能的。

2、電池測試實驗

(1)正常電池，密封性良好，其內(nèi)部電解液不會出現(xiàn)在電池外部，少量的有機揮發(fā)組分，實驗測試時，引起VOC檢測儀較小示數(shù)變化或者不能引起示數(shù)變化，測試數(shù)值小表明無大量有機揮發(fā)物，電池?zé)o破損，判定電池OK。

(2)漏液電池，密封失效，其內(nèi)部的電解液能夠通過某種方式從泄漏點逸散到電池外部，電解液分解產(chǎn)生揮發(fā)性或其小分子組分逸出，實驗測試時，被VOC檢測儀檢測到，引起示數(shù)較大變化，測試數(shù)值大表明有大量有機揮發(fā)物，電池可能漏液或表面有電解液，判定電池NG。

3、優(yōu)化實驗方案設(shè)計

檢測參數(shù)優(yōu)化

( 1 )設(shè)計單次檢測數(shù)量(6- -24只)和抽真空時間( 10- -15s只)的2因子實驗，評估測試正常電池數(shù)量和真空保持時間對檢測系統(tǒng)的影響。

(2)設(shè)計固定抽真空時間15s，單次檢測6只、12只、18只、24只正常電池時，動態(tài)偵測VOC檢測儀的變化過程，讀取第10s、第15s時VOC檢測儀的讀數(shù)，分析其差值。

(3)固定抽真空時間15s，單次檢測正常電池數(shù)量24只，動態(tài)偵測VOC檢測儀抽氣檢測時的數(shù)值變化，分析其有利讀數(shù)時間。

通過對實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，隨著單次檢測正常電池數(shù)量的增加，真空保持時間增加，測試值增加;各組不同檢測個數(shù)的讀數(shù)，第10s和第15s之間的差值是基本一致的，即其數(shù)值變化率相當(dāng);每組測試過程中，VOC測試值隨著時間的增加，先升高后降低，在約5s時達(dá)到MAX值，因此有利讀數(shù)時間在5- -10s范圍內(nèi)。

通過以_上的分析和改善，終確定VOC檢查漏液電池的參數(shù)為測試溫度20C，真空度-90KPa，真空時間15s，抽氣檢測時間10s，使用流動的壓縮氣體，測試數(shù)量為小電池8Pcs，大電池30PCS, 使用特制的嚴(yán)格密封的測試裝置進(jìn)行揮發(fā)組分收集，測試環(huán)境穩(wěn)定。

5、檢測方法驗證

對采用前述優(yōu)化后的條件進(jìn)行的驗證測量，從實驗數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，正常電池的測試數(shù)值均小于測試上限值，且其值呈正態(tài)分布;漏液電池的測試數(shù)值均大于上限值，且其值無規(guī)律散亂分布;大型號電池測試數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小型號電池測試數(shù)值。以上數(shù)據(jù)均可量化反映正常電池與漏液電池的區(qū)別，可以判斷電池是否發(fā)生漏液。

結(jié)語

通過對聚合物鋰離子電池漏液檢測方法的研究，我們實現(xiàn)了新的應(yīng)用，VOC檢測儀是聚合物鋰電池漏液有效檢測方法。

審核編輯：湯梓紅