CN103743361B - 叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法，其包括以下步骤：1)通过两次互余的X‑Ray光照射，利用入射角α及两次照射测得的错位数值D1和D2，计算出阴阳极膜片角位A处的错位长度L和错位宽度W；2)利用同样方法测量待检测电芯角位B处的阴阳极膜片错位长度L’和错位宽度W’；3)将测得的L、W、L’、W’和规定的阴阳极膜片错位规格进行比较，判定待检测电芯是否为合格品。本发明采用双入射角和双角位的检测方法对叠片电芯的阴阳极膜片错位距离进行检测，有效避免了现有单一角度检测方法易于出现的错位不良电芯误判以及由误判导致的安全隐患，从而降低了成品电池因阴阳极膜片错位不足引起的安全风险。

Description

叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法

技术领域

本发明属于锂离子电池无损检测领域，更具体地说，本发明涉及一种对叠片电芯的阴阳极膜片错位进行精确检测的方法。

背景技术

随着电池技术的不断突破与发展，叠片技术因具有外观整齐漂亮不易变形、能量密度高、可以制作成任意形状等优点，逐渐受到用户和技术人员的青睐。尤其是用在某些特殊形状的空间内时，为了更好的利用空间，人们希望能做出与空间形状相匹配的异形电池；由于传统的卷绕电池无法做成异形，因此需要通过叠片技术来满足上述要求。人们对异形电池的需求，要求叠片技术必须能够克服异形叠片过程中出现的新技术问题，而阴阳极膜片错位的检测问题就是其中之一。

为防止析锂，锂离子电池生产时，必须保证阳极膜片的长度和宽度大于相邻阴极膜片的长度和宽度。但是，在阴阳极片卷绕或叠片过程中，有时会由于定位错位而使得阴极膜片的某一边缘超出阳极膜片边缘。这种阴阳极膜片错位现象会造成电池局部充电不均匀，甚至导致阴阳极膜片直接接触而引起发热起火。电池的安全性能一直都是人们使用电池的最基本要求，因此，生产制造企业对电池生产过程中的阴阳极膜片错位都有非常严格的要求。

卷绕式电芯膜片的错位是采用垂直于电芯平面的X-Ray光源进行检测的，但是对于叠片式电芯来说，极片的层叠使得X-Ray光源无法检测到每层阴阳极膜片的错位距离，因此并不适用。CT设备检测虽然可靠性较高，但却由于具有成本高、效率低等缺点也不适用于实际生产。所以，目前大多数的叠片电池生产制造企业都采用与电芯呈特定入射角的X-Ray光源来检测叠片电芯的阴阳极膜片错位距离，进而判定电芯是否合格。上述方法在阴阳极膜片平行度非常好的情况下是适用的，但在检测阴阳极膜片边缘存在相对倾斜的电芯时，就会出现将部分不良品误判为合格品的情况；这种误判无疑会给电池的安全埋下极大隐患。

有鉴于此，确有必要提供一种经济准确的叠片电芯阴阳极膜片错位检测方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种经济准确的叠片电芯阴阳极膜片错位检测方法，以解决和避免现有叠片电池检测方法中所产生的误判及由此带来的安全风险。

为了实现上述发明目的，本发明在大量的试验验证工作基础上，提供了一种叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法，其包括以下步骤：

1)测量待检测电芯角位A处的阴阳极膜片错位距离：利用平行于阴阳极膜片的X-Ray光对叠片电芯的角位A进行两次照射，要求两次照射的入射角α和β互余，并分别测量出两次照射的叠片电芯阴阳极膜片错位数值D1和D2，利用α、β、D1和D2计算出阴阳极膜片角位A处的错位长度L和错位宽度W；

2)利用同样方法测量待检测电芯角位B处的阴阳极膜片错位长度L’和错位宽度W’；

3)将测得的L、W、L’、W’和规定的阴阳极膜片错位规格进行比较：当L、L’、W、W’均在错位规格范围内时，待检测电芯被判定为合格品；当L、L’、W、W’中的一个或多个不在错位规格范围内时，待检测电芯被判定为不良品。

作为本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法的一种改进，所述阳极膜片的长度和宽度均大于阴极膜片的长度和宽度，阴阳极膜片错位长度L、L’和宽度W、W’是指阳极膜片的长度和宽度超出阴极膜片的距离。

作为本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法的一种改进，所述步骤3)的阴阳极膜片错位规格为阳极膜片的长度和宽度均超出阴极膜片1-10mm。

作为本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法的一种改进，所述步骤1)、2)中角位A、B的错位长度L、L’和宽度W、W’是利用计算机软件通过公式W=(D2*sinα-D1*cosα)/(sin²α-cos²α)和L=(D2*cosα-D1*sinα)/(cos²α-sin²α)进行计算并直接输出结果的。

作为本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法的一种改进，当待检测电芯为多层叠片电芯时，步骤1)和2)均需要对各层电芯的阴阳极膜片错位长度L、L’和宽度W、W’进行分别计算；只有当各层电芯的阴阳极膜片错位长度L、L’和宽度W、W’均在错位规格范围内时，待检测电芯才能被判定为合格品。

作为本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法的一种改进，所述步骤1)、2)中的检测是将待检测电芯固定在夹具上放入X-Ray检测设备内进行的。

作为本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法的一种改进，所述待检测电芯的角位A和角位B为相邻角位。

与现有技术相比，本发明采用双入射角和双角位的检测方法对叠片电芯的阴阳极膜片错位距离进行检测，有效避免了现有单一角度检测方法易于将错位不良的电芯判定为正常电芯的误判以及由误判导致的安全隐患，从而降低了成品电池因阴阳极膜片错位不足引起的安全风险；同时，本发明具有成本低，效率高等优点，因此远比CT扫描法更适合于实际生产应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法及其有益效果进行详细说明，其中：

图1为本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法的原理图。

图2为本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法所使用夹具结构示意图。

图3为CT扫描法和本发明检测方法所测得的多层叠片电芯的阴阳极膜片错位数值之间的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

为了便于理解，以下首先对本发明的检测原理进行说明。

请参阅图1，本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法的基本原理是：利用X-Ray光源对叠片电芯的角位A进行两次照射，测量出两次照射的叠片电芯阳极膜片44、阴极膜片42之间的错位数值D1和D2(未图示)，再通过解二元一次方程组精确计算出阴阳极膜片42、44角位A处的错位长度L和错位宽度W；以同样方法得到阴阳极膜片42、44角位B处的错位长度L’和错位宽度W’，进而将两个角位A、B处的错位长度L、L’和宽度W、W’分别与规定的错位规格对比，从而判定电芯是否存在阴阳极错位不良问题。

首先，利用平行于阴阳极膜片的X-Ray光10、12对叠片电芯的角位A进行两次照射，要求两次照射的入射角(X-Ray光源与叠片电芯边缘之间的锐角)α和β互余，即满足α+β=90°，并分别测量出两次照射的叠片电芯阴阳极膜片错位数值D1和D2。利用α、β、D1和D2计算阴阳极膜片42、44角位A处的错位长度L和错位宽度W的公式，推导如下：

首先，对于入射光10，由于线段ab+bd=ac+cd，因此可得到：

W/sinα+L/cosα=D1*(tanα+ctgα) 【1】；

同理，对于入射光12，可得到：

W/sinβ+L/cosβ=D2*(tanβ+ctgβ) 【2】；

又由于α+β=90°，因此式【2】可变形为：

W/cosα+L/sinα=D2*(tanα+ctgα) 【3】；

cosα*【1】得：

W*ctgα+L=D1*(tanα+ctgα)*cosα 【4】；

sinα*【3】得：

W*tanα+L=D2*(tanα+ctgα)*sinα 【5】；

【5】-【4】得：

W*(tanα-ctgα)=(tanα+ctgα)*(D2*sinα-D1*cosα) 【6】；

由【6】可解出阴阳极膜片的错位宽度W：

W=(D2*sinα-D1*cosα)/(sin²α-cos²α) 【7】；

类似地，可解出阴阳极膜片的错位长度L：

L=(D2*cosα-D1*sinα)/(cos²α-sin²α) 【8】。

可见，通过两次互余的X-Ray光照射，利用入射角α及两次照射测得的错位数值D1和D2，即可计算出阴阳极膜片42、44角位A处的错位长度L和错位宽度W。

为了避免误判，进一步保证检测结果的准确性，本发明检测方法对每一待检测电芯的两个相邻角位A、B分别进行检测，并将两个角位A、B的错位长度L、L’和宽度W、W’分别与规定的阴阳极膜片错位规格对比；只有当L、L’、W、W’均在错位规格范围内时，待检测电芯才被判定为合格品。

请参阅图2，本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法所使用的夹具包括底座20、电芯定位块22、电芯压紧夹具24、X-Ray光源26、刻度盘28和旋转手柄29。

电芯定位块22设于底座20的一侧面200靠近底部处，用于支撑待检测电芯40；电芯压紧夹具24设于电芯定位块22的侧上方，其与底座20的侧面200配合而夹紧固定待检测电芯40。

X-Ray光源26通过刻度盘28可旋转地设置在底座20的顶部。X-Ray光源26朝向待检测电芯40的一个角位，使得自身射出的X-Ray光能够在该角位对待检测电芯40的阴阳极膜片进行平行照射。旋转手柄29连接于刻度盘28的背面，以方便带动刻度盘28转动。

以下将通过与其他检测法的对比，对本发明叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法的准确性进行验证。

单电芯错位检测

首先，制作阴阳极活性物质材料分别为LCO/NCM与石墨C的阴阳极片，采用简单的一片阴极片、一片阳极片和两片隔膜做成简单的单电芯作为样品电芯。

1)CCD检测方法测量：将做出的样品电芯放在CCD测量仪下分别测量出四个角位阴阳极膜片的错位长度L和错位宽度W，结果如表1所示。

2)本发明检测方法测量：将做出的样品电芯固定在图2所示的夹具上，利用X-Ray光源26、以入射角10°、80°对样品电芯的角位A进行两次照射，过程如下：转动旋转手柄29，使X-Ray光源26射出的光线与待测角位A的入射角度为10°，将得到的检测图像调整至清晰稳定后，使用软件自带的测量工具测量并记录阴阳极膜片错位数值D1；然后，转动旋转手柄29，使X-Ray光源26射出的光线与待测角位A的入射角度为80°，将图像调整至清晰稳定后，记录阴阳极膜片错位数值D2。完成角位A的检测后，取下样品电芯，将邻近角位B作为测试对象，同样以10°和80°的入射角测量出D3、D4；同样测量角位C和角位D的阴阳极膜片错位数值；最后，通过计算机软件的计算得到阴阳极膜片各角位的错位长度L和错位宽度W。所有的检测结果如表1所示。

表1、本发明检测方法与CCD测量法的测量结果对比表

通过表1中数据可以看出，本发明检测方法的测量结果与CCD测量法的结果基本一致，证明本发明检测方法具有良好的可靠性。

多层叠片电芯错位检测

在单电芯错位检测准确可靠的基础上，我们取多个上述单电芯，通过叠片技术制作出未封装的多层叠片电芯样品，再次验证本发明检测方法的可行性。

由于多个单电芯重叠放在一起后，CCD检测法因无法穿透电芯而不再适用，因此此处通过与CT扫描法测量结果进行对比，来验证本发明检测方法用于多层叠片电芯错位检测时的可靠性。

1)CT扫描法的原理是：将待检测样品固定于载物台中心后，缓慢旋转样品对其进行360°扫描，并将扫描得到的信息重构，从而将样品的准确内部信息反馈到成像仪上，最后通过测量工具准确测得每层单电芯的阴阳极膜片错位距离。

2)本发明检测方法测量：将做出的样品电芯固定在图2所示的夹具上，利用X-Ray光源26、以入射角10°、80°对样品电芯的角位A进行两次照射，过程如下：转动旋转手柄29，使X-Ray光源26射出的光线与待测角位A的入射角度为10°，将得到的检测图像调整至清晰稳定后，使用软件自带的测量工具测量并记录各层阴阳极膜片错位数值D1；然后，转动旋转手柄29，使X-Ray光源26射出的光线与待测角位A的入射角度为80°，将图像调整至清晰稳定后，记录各层阴阳极膜片错位数值D2。完成角位A的检测后，取下样品电芯，将邻近角位B作为测试对象，同样以10°和80°的入射角测量出各层阴阳极膜片错位数值D3、D4；最后，通过计算机软件的计算得到各层阴阳极膜片两个角位A、B的错位长度L和错位宽度W。

图3示出了CT扫描法和本发明检测方法所测得的各层阴阳极膜片角位A处的错位长度L之间的关系，其中，横坐标X2A代表本发明检测方法，纵坐标CT代表CT扫描法。由图3中横纵坐标的良好的线性关系可以看出，本发明检测方法的测量结果与CT扫描法的结果基本一致，证明本发明检测方法对多层叠片电芯的错位检测也具有良好的可靠性。

通过以上描述可知，本发明采用双入射角和双角位的检测方法对叠片电芯的阴阳极膜片错位距离进行检测，有效避免了现有单一角度检测方法易于将错位不良的电芯判定为正常电芯的误判以及由误判导致的安全隐患，从而降低了成品电池因阴阳极膜片错位不足引起的安全风险；同时，本发明具有成本低，效率高等优点，因此远比CT扫描法更适合于实际生产应用。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量待检测电芯角位A处的阴阳极膜片错位距离：利用平行于阴阳极膜片的X-Ray光对叠片电芯的角位A进行两次照射，要求两次照射的入射角α和β互余，并分别测量出两次照射的叠片电芯阴阳极膜片错位数值D1和D2，利用α、β、D1和D2计算出阴阳极膜片角位A处的错位长度L和错位宽度W；

2)利用同样方法测量待检测电芯角位B处的阴阳极膜片错位长度L’和错位宽度W’；

3)将测得的L、W、L’、W’和规定的阴阳极膜片错位规格进行比较：当L、L’、W、W’均在错位规格范围内时，待检测电芯被判定为合格品；当L、L’、W、W’中的一个或多个不在错位规格范围内时，待检测电芯被判定为不良品。

2.根据权利要求1所述的叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法，其特征在于，所述阳极膜片的长度和宽度均大于阴极膜片的长度和宽度，阴阳极膜片错位长度L、L’和宽度W、W’是指阳极膜片的长度和宽度超出阴极膜片的距离。

3.根据权利要求1所述的叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法，其特征在于，所述步骤3)的阴阳极膜片错位规格为阳极膜片的长度和宽度均超出阴极膜片1-10mm。

4.根据权利要求1、2或3所述的叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法，其特征在于，所述步骤1)、2)中角位A、B的错位长度L、L’和宽度W、W’是利用计算机软件通过公式W=(D2*sinα-D1*cosα)/(sin²α-cos²α)和L=(D2*cosα-D1*sinα)/(cos²α-sin²α)进行计算并直接输出结果的。

5.根据权利要求1、2或3所述的叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法，其特征在于，当待检测电芯为多层叠片电芯时，步骤1)和2)均需要对各层电芯的阴阳极膜片错位长度L、L’和宽度W、W’进行分别计算；只有当各层电芯的阴阳极膜片错位长度L、L’和宽度W、W’均在错位规格范围内时，待检测电芯才能被判定为合格品。

6.根据权利要求1、2或3所述的叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法，其特征在于，所述步骤1)、2)中的检测是将待检测电芯固定在夹具上放入X-Ray检测设备内进行的。

7.根据权利要求1、2或3所述的叠片电芯的阴阳极膜片错位检测方法，其特征在于，所述待检测电芯的角位A和角位B为相邻角位。