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(diǎn)，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(gè)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(yàn)，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(shí)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(nèi)部的電解液漏出，同時(shí)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。
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(yàn)漏液的方法，一般有以下幾種檢驗(yàn)電池是否漏液的方法:
1、外觀檢查，通過100%的人工檢驗(yàn)，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(shí)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(diǎn),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(jī)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(jì)之初，我們按照第三種方法進(jìn)行開發(fā)，并將重點(diǎn)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(jī)物很敏感，而電解液的主要成分也是有機(jī)物，因此存在重大的改善應(yīng)用機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)氣體的摩爾含量，一般單位為PPb、PPm。
方案設(shè)計(jì)原理路徑分析
1、VOC檢測儀對有機(jī)揮發(fā)氣體敏感度實(shí)驗(yàn)測試
實(shí)驗(yàn)分5個(gè)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(shí)驗(yàn)可以看出，VOC檢測儀對環(huán)境中的有機(jī)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(shí)驗(yàn)
(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(jī)揮發(fā)組分，實(shí)驗(yàn)測試時(shí)，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(jī)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)測試時(shí)，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(jī)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(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
由于檢測儀和測試環(huán)境等因索的限制，我們不能用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此根據(jù)各因素的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了兩套方案，并優(yōu)化。
(1)方案1:測試溫度25C，真空度_90KPa，真空時(shí)間300s，空氣流動，漏液孔尺寸0.1mm, 測試數(shù)量8- -30Pcs, 用自制測試盒收集揮發(fā)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(fā)，自制一個(gè)測試腔體，增加測試儀探頭區(qū)域內(nèi)有機(jī)組分的濃度，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):測試系統(tǒng)的檢出不符合要求，但能粗略的反應(yīng)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(huán)境的影響太大。通過上述分析確認(rèn)本方案由于其測試波動性大，數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)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(shí)間15s，空氣流動，漏液孔任意大小，測試數(shù)量8- -30Pes, 使用專用密封裝苦收集揮發(fā)組分。本方案中在有機(jī)含量相對穩(wěn)定的環(huán)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(jì)時(shí)器和VOC檢測儀。結(jié)果看出，該方法能夠明顯區(qū)分漏液電池與正常電池，且單次測試數(shù)量較多,產(chǎn)能提升空間較大;測試系統(tǒng)受壓縮空氣質(zhì)量或環(huán)境的波動較小，測試系統(tǒng)穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)。本套方案是較理想的測試系統(tǒng)。
通過對以上兩套方案的對比和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，選定**套方案為參數(shù)優(yōu)化測試方案。
4、檢測參數(shù)優(yōu)化
( 1 )設(shè)計(jì)單次檢測數(shù)量(6- -24只)和抽真空時(shí)間( 10- -15s只)的2因子實(shí)驗(yàn)，評估測試正常電池?cái)?shù)量和真空保持時(shí)間對檢測系統(tǒng)的影響。
(2)設(shè)計(jì)固定抽真空時(shí)間15s，單次檢測6只、12只、18只、24只正常電池時(shí)，動態(tài)偵測VOC檢測儀的變化過程，讀取第10s、第15s時(shí)VOC檢測儀的讀數(shù)，分析其差值。
(3)固定抽真空時(shí)間15s，單次檢測正常電池?cái)?shù)量24只，動態(tài)偵測VOC檢測儀抽氣檢測時(shí)的數(shù)值變化，分析其有利讀數(shù)時(shí)間。
通過對實(shí)驗(yàn)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?cái)?shù)量的增加，真空保持時(shí)間增加，測試值增加;各組不同檢測個(gè)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(shí)間的增加，先升高后降低，在約5s時(shí)達(dá)到MAX值，因此有利讀數(shù)時(shí)間在5- -10s范圍內(nèi)。
通過以上的分析和改善，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(shí)間15s，抽氣檢測時(shí)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(yàn)證
對采用前述優(yōu)化后的條件進(jìn)行的驗(yàn)證測量，從實(shí)驗(yàn)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(shí)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。
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