隨著聚合物電池工藝發展和客戶要求的不斷提高,漏液已經成為聚合物電池質量控制難點,也是產品質量核心競爭力的載體,如何防止漏液電池產生,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。
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,其內部的電解液漏出,同時外部空氣進入電池體內,引起電池鼓氣的現象,漏液被客戶定義為不符合條件類型。
檢測方法方案介紹
為了防止聚合物電池出現漏液的問題,工程技術上一方面改進封裝方法,提高封裝密封性能,另-方面改進檢驗漏液的方法,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。這種方法是傳統的方法,也是在現實中容易操作的,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,在漏液電池內外形成較大的壓差,電解液可能被伴隨著內部產氣流出電池,再進行外觀檢查,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、泄漏物質檢測,電池一旦發生漏夜,其內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生漏液, 這種方法的局限性在于沒有成形的測試機構,對電解液特別敏感,應用較少,一般較多的使用PH試紙,石蕊試液等化學試劑。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。
在檢測方案設計之初,我們按照第三種方法進行開發,并將重點先確定在能夠檢測電解液的儀器開發上來,通過市場調研,我們了解到VOC檢測儀能夠對有機物很敏感,而電解液的主要成分也是有機物,因此存在重大的改善應用機會。
VOC檢測儀介紹
綜合以上情況,申貝提供了高精度的VOC檢測儀( Volatile Organie Compounds )是利用一組光離子化傳感器PID ( photo ionization detector )對有機揮發組分進行檢測的儀器,用于微量VOC揮發檢測,主要應用于環境檢測、室內環境,安監,工廠廢氣排放等行業。工作過程及原理是:通過內置的空氣泵將待檢測環境的氣體吸人光離子化器中進行電離,電離有機氣體,并收集電離電壓,轉化成數字顯示出來,數值的大小反應環境中的有機氣體的摩爾含量,一般單位為PPb、PPm。
方案設計原理路徑分析
1、VOC檢測儀對有機揮發氣體敏感度實驗測試
實驗分5個組別進行,測試對象分別為普通環境、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,不同環境能夠引起VOC檢測儀的示數發生明顯的變化。說明利用VOC檢測儀進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,其內部電解液不會出現在電池外部,少量的有機揮發組分,實驗測試時,引起VOC檢測儀較小示數變化或者不能引起示數變化,測試數值小表明無大量有機揮發物,電池無破損,判定電池OK。
(2)漏液電池,密封失效,其內部的電解液能夠通過某種方式從泄漏點逸散到電池外部,電解液分解產生揮發性或其小分子組分逸出,實驗測試時,被VOC檢測儀檢測到,引起示數較大變化,測試數值大表明有大量有機揮發物,電池可能漏液或表面有電解液,判定電池NG。
3、優化實驗方案設計
由于檢測儀和測試環境等因索的限制,我們不能用傳統的實驗設計方式進行實驗,因此根據各因素的特點設計了兩套方案,并優化。
(1)方案1:測試溫度25C,真空度_90KPa,真空時間300s,空氣流動,漏液孔尺寸0.1mm, 測試數量8- -30Pcs, 用自制測試盒收集揮發組分。本方案對電池施加真空,希望增加漏液電池的電解液組分的揮發,自制一個測試腔體,增加測試儀探頭區域內有機組分的濃度,通過實驗發現:測試系統的檢出不符合要求,但能粗略的反應測試對象中是否有漏液電池的存在;測試裝置密封性差,受到外界環境的影響太大。通過上述分析確認本方案由于其測試波動性大,數據不能準確檢出漏液電池,不能滿足要求。
(2)方案2:測試溫度20C,真空度-90KPa, 真空時間15s,空氣流動,漏液孔任意大小,測試數量8- -30Pes, 使用專用密封裝苦收集揮發組分。本方案中在有機含量相對穩定的環境中,特制了-組具備盛放電池.抽真空、充放氣體的真空密封測試裝置,配套自動計時器和VOC檢測儀。結果看出,該方法能夠明顯區分漏液電池與正常電池,且單次測試數量較多,產能提升空間較大;測試系統受壓縮空氣質量或環境的波動較小,測試系統穩定,可操作性強。本套方案是較理想的測試系統。
通過對以上兩套方案的對比和實驗驗證,選定**套方案為參數優化測試方案。
4、檢測參數優化
( 1 )設計單次檢測數量(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量和真空保持時間對檢測系統的影響。
(2)設計固定抽真空時間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,分析其差值。
(3)固定抽真空時間15s,單次檢測正常電池數量24只,動態偵測VOC檢測儀抽氣檢測時的數值變化,分析其有利讀數時間。
通過對實驗結果及數據的分析發現,隨著單次檢測正常電池數量的增加,真空保持時間增加,測試值增加;各組不同檢測個數的讀數,第10s和第15s之間的差值是基本一致的,即其數值變化率相當;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時達到MAX值,因此有利讀數時間在5- -10s范圍內。
通過以上的分析和改善,確定VOC檢查漏液電池的參數為測試溫度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,測試數量為小電池8Pcs,大電池30PCS, 使用特制的嚴格密封的測試裝置進行揮發組分收集,測試環境穩定。
5、檢測方法驗證
對采用前述優化后的條件進行的驗證測量,從實驗數據的分析可以發現,正常電池的測試數值均小于測試上限值,且其值呈正態分布;漏液電池的測試數值均大于上限值,且其值無規律散亂分布;大型號電池測試數值遠遠大于小型號電池測試數值。以上數據均可量化反映正常電池與漏液電池的區別,可以判斷電池是否發生漏液。
結語
通過對聚合物鋰離子電池漏液檢測方法的研究,我們實現了新的應用,VOC檢測儀是聚合物鋰電池漏液有效檢測方法。