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聚合物锂离子电池漏液检测方法的研究

智能传感 来源:智能传感 作者:智能传感 2022-03-03 13:43 次阅读

随着聚合物电池工艺发展和客户要求的不断提高,漏液已经成为聚合物电池质量控制难点,也是产品质量核心竞争力的载体,如何防止漏液电池产生,并可能杜绝漏液电池流出到客户端,成为各电池厂家竞争的一个重要方面。然而,针对聚合物电池的漏液问题,各厂家都没有有效的方法检验,开发一种能够判断电池是否漏液的方法,对聚合物电池漏液检测有实际意义。

锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。

锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

聚合物锂电池漏液概念

聚合物锂离子电池铝塑包装壳破裂、封装密封性差、腐蚀开裂的情况下,其内部的电解液漏出,同时外部空气进入电池体内,引起电池鼓气的现象,漏液被客户定义为不符合条件类型。

锂电池漏液检测方法方案介绍

为了防止聚合物电池出现漏液的问题,工程技术上一方面改进封装方法,提高封装密封性能,另-方面改进检验漏液的方法,一般有以下几种检验电池是否漏液的方法:

1、外观检查,通过100%的人工检验,观察是否有电解液流出和电池外观变形等。这种方法是传统的方法,也是在现实中容易操作的,但依赖人员的检出力,其防呆性能较差。这就是原有的检测方法。

2、真空检测,使用真空的方法,利用漏液电池鼓气的特点,对电池整体抽真空,在漏液电池内外形成较大的压差,电解液可能被伴随着内部产气流出电池,再进行外观检查,将不符合的挑出。这种方法检出率较低,但因其操作性较好也是常用的方法。

3、泄漏物质检测,电池一旦发生漏夜,其内部的电解液会流到电池外,如果能够敏感的检测到电解液,就可以判断电池是否发生漏液, 这种方法的局限性在于没有成形的测试机构,对电解液特别敏感,应用较少,一般较多的使用PH试纸,石蕊试液等化学试剂。若能够解决检测电解液的方法问题,则是有前途的一种检测手段。

在检测方案设计之初,我们按照第三种方法进行开发,并将重点先确定在能够检测电解液的仪器开发上来,通过市场调研,我们了解到VOC检测仪能够对有机物很敏感,而电解液的主要成分也是有机物,因此存在重大的改善应用机会。

VOC检测仪介绍

综合以上情况, VOC检测仪( Volatile Organie Compounds )是利用一组光离子化传感器PID ( photo ionization detector )对有机挥发组分进行检测的仪器,用于微量VOC挥发检测,主要应用于环境检测、室内环境,安监,工厂废气排放等行业。工作过程及原理是:通过内置的空气泵将待检测环境的气体吸人光离子化器中进行电离,电离有机气体,并收集电离电压,转化成数字显示出来,数值的大小反应环境中的有机气体的摩尔含量,一般单位为PPb、PPm。工采网推荐两款检测VOC气体的PID光离子化传感器PID-AH与PID-A1;PID-A1为大量程传感器,其检测范围为100ppb~6000ppm,PID-AH则是一款量程小,灵敏度高的产品,其检测范围为1ppb到50ppm的VOC气体。

方案设计原理路径分析

1、VOC检测仪对有机挥发气体敏感度实验测试

实验分5个组别进行,测试对象分别为普通环境、极片车间、电解液氛围、合格电池旁边、漏液电池旁边;测试仪显示数值分别为: 0-一10PPb、500- - I 000PPb、5000PPm以上、0- -20PPb、50- 200PPb。通过以上简单的实验可以看出,VOC检测仪对环境中的有机气体是很敏感的,其对聚合物的电解液也是敏感的,不同环境能够引起VOC检测仪的示数发生明显的变化。说明利用VOC检测仪进行漏液检测是可能的。

2、电池测试实验

(1)正常电池,密封性良好,其内部电解液不会出现在电池外部,少量的有机挥发组分,实验测试时,引起VOC检测仪较小示数变化或者不能引起示数变化,测试数值小表明无大量有机挥发物,电池无破损,判定电池OK。

(2)漏液电池,密封失效,其内部的电解液能够通过某种方式从泄漏点逸散到电池外部,电解液分解产生挥发性或其小分子组分逸出,实验测试时,被VOC检测仪检测到,引起示数较大变化,测试数值大表明有大量有机挥发物,电池可能漏液或表面有电解液,判定电池NG。

3、优化实验方案设计

检测参数优化

( 1 )设计单次检测数量(6- -24只)和抽真空时间( 10- -15s只)的2因子实验,评估测试正常电池数量和真空保持时间对检测系统的影响。

(2)设计固定抽真空时间15s,单次检测6只、12只、18只、24只正常电池时,动态侦测VOC检测仪的变化过程,读取第10s、第15s时VOC检测仪的读数,分析其差值。

(3)固定抽真空时间15s,单次检测正常电池数量24只,动态侦测VOC检测仪抽气检测时的数值变化,分析其有利读数时间。

通过对实验结果及数据的分析发现,随着单次检测正常电池数量的增加,真空保持时间增加,测试值增加;各组不同检测个数的读数,第10s和第15s之间的差值是基本一致的,即其数值变化率相当;每组测试过程中,VOC测试值随着时间的增加,先升高后降低,在约5s时达到MAX值,因此有利读数时间在5- -10s范围内。

通过以_上的分析和改善,终确定VOC检查漏液电池的参数为测试温度20C,真空度-90KPa,真空时间15s,抽气检测时间10s,使用流动的压缩气体,测试数量为小电池8Pcs,大电池30PCS, 使用特制的严格密封的测试装置进行挥发组分收集,测试环境稳定。

5、检测方法验证

对采用前述优化后的条件进行的验证测量,从实验数据的分析可以发现,正常电池的测试数值均小于测试上限值,且其值呈正态分布;漏液电池的测试数值均大于上限值,且其值无规律散乱分布;大型号电池测试数值远远大于小型号电池测试数值。以上数据均可量化反映正常电池与漏液电池的区别,可以判断电池是否发生漏液。

结语

通过对聚合物锂离子电池漏液检测方法的研究,我们实现了新的应用,VOC检测仪是聚合物锂电池漏液有效检测方法。

审核编辑:汤梓红

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