CN106199199A - 一种软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，首先根据负极极片与铝塑膜间的电阻率、负极极片尺寸计算出具体型号电池的壳电阻值。然后通过抽真空、高温存储的方式加速电解液覆盖到铝塑膜表面，促进电解液与铝塑膜CPP层破损处裸露的铝层接触，使得CPP层因外力导致的薄弱处更容易暴露出来以降低铝塑膜的绝缘性能，提高铝塑膜腐蚀隐患行为的检出率。再通过万用表测量负极极片与铝塑膜铝层之间的壳电阻，筛选壳电阻低的不良品。最后将壳电阻高的电池通过化学腐蚀和着色探伤渗透的方式检测到铝塑膜CPP层破损的位置。本发明方法可指导生产过程进行改正，避免同样问题继续出现，有利于提高电池生产厂家良品率。

Description

一种软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法
技术领域
本发明涉及一种软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，具体涉及一种锂离子电池软包装材料铝塑膜检测腐蚀位置的方法，属于锂离子电池制造技术领域。
背景技术
软包装锂离子电池用铝塑膜主要由铝层+PP(聚丙烯)层+尼龙层，以及层与层之间粘接性助剂组成，作为锂离子电池用铝塑膜，在使用过程中出现铝塑膜防护不当和操作不当的情况时，会造成铝塑膜的外观损伤，产生凹点、划痕、褶皱、铝塑膜拉伸、封装不良等异常现象。由于铝塑膜封装过程是通过CPP(流延聚丙烯)层进行热聚合，封装效果受温度、压力、时间影响较大，生产过程中设备运行不稳定、气压不稳定等都会影响封装效果，尤其在体积能量密度已经达到700Wh/L以上的锂离子电池中，88μm、76μm铝塑膜的使用已成为常态的情况下，运行参数的影响更加明显，出现不良品的机率和类别也多于厚型号铝塑膜。当这些外观和封装不良品不能被识别而混入正常产品进行流通使用时，就会发生铝塑膜腐蚀现象，导致电池气胀、漏液，产生一系列安全隐患。目前，电池制造厂家对铝塑膜腐蚀隐患的重视程度也良莠不齐，行业内因电池鼓胀、漏液而被手机厂家大批量退货的现象时有发生，所以提前对生产过程中产生的外观不良品进行铝塑膜腐蚀隐患的判定，并对存在隐患的位置进行分析定位，通过过程控制降低外观不良率，并辅以有效的筛选方式将有铝塑膜腐蚀隐患的电池挑选出来，对电池生产厂家来说至关重要。
铝塑膜发生腐蚀需要三个条件，分别是铝塑膜CPP层破损导致铝层与电解液接触，铝塑膜铝层与负极接触，电池电压大于0.5V。因此，在导致铝塑膜腐蚀的三个原因中，最直接的原因为铝塑膜CPP层的破损导致铝层裸露。对软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀隐患的预测上，必须要能够对CPP层破损做出有效可靠的判断，才能在铝塑膜的腐蚀隐患产生的早期将它遏制，避免腐蚀隐患演变成真正的腐蚀行为，起到预警作用。因此，对软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀隐患的预测方法研究，需要从检验铝塑膜CPP层是否破裂入手，通过直观的检测方法和手段检验CPP层是否破损以指导实际生产。由于当CPP层发生破损后，会导致铝塑膜的铝层与电极发生接触，使铝塑膜的阻隔性和绝缘电阻值变小。所以，可通过测试铝塑膜铝层与电池极耳之间绝缘电阻的方法对成品电池进行铝塑膜腐蚀隐患的预测。由于软包装锂离子电池用铝塑膜主要要尼龙、铝层和CPP层组成，其中CPP层要求具有耐电解液和抗HF性能，因此可以通过化学腐蚀的方法将铝塑膜尼龙层和铝层腐蚀掉只留下CPP层，然后通过着色探伤渗透的方式对铝塑膜表面进行着色，判断CPP层是破损位置，以指导生产过程进行改进。
中国专利文件CN103048376A(申请号：201110313135.X)公开了一种检测软包装锂离子电池内腐蚀的方法，其步骤为使用电压表分别测量锂离子电池正负极之间的电压以及正极耳与铝塑复合膜铝层之间的电压，并作比较，若正极耳与铝层之间的电压与电池理论电压值相等或者略小，则铝塑膜中的铝层必发生内腐蚀；或者更简便地用万用表测量正极耳与铝塑膜铝层之间的电阻，若测量电阻值小于100Ω，则发生内腐蚀。但是，该方法只能检测出已经发生腐蚀的电池，对CPP层发生破损但未发生腐蚀，电池壳电阻值超过1MΩ，存在腐蚀隐患的电池无法检出，且无法指明电池腐蚀发生的位置。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，使用该种方法操作简便、节省资金投入及能源耗费、能够对生产过程中所有电池进行检测，有效性高。
本发明的技术方案如下：
一种软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，包括步骤如下：
(1)根据负极极片长度和宽度计算负极极片与铝塑膜铝层的壳电阻值，计算方法如下：
壳电阻值＝(负极极片与铝塑膜铝层间的电阻率*负极极片宽度)/(负极极片厚度*负极极片长度)
(2)将成品电池放入烘箱中，按照抽真空然后通入N2的方法，置换烘箱中的空气，然后于高温干燥环境中存储；
测量成品电池的负极极片与铝塑膜铝层之间的壳电阻值，将壳电阻值低于计算值的成品电池筛选出来；
(3)取壳电阻值低于计算值的成品电池浸泡在HF中，并避免极耳胶位置浸入HF，浸泡后将成品电池取出，用溶剂冲洗后，用着色探伤渗透剂对成品电池表面进行喷涂并浸泡，然后用溶剂将成品电池表面清洗后，查看CPP层上着色探伤渗透剂颜色较深的渗入位置，即为软包装锂离子电池铝塑膜的腐蚀位置。
根据本发明，优选的，步骤(1)中负极极片与铝塑膜铝层间的电阻率≥1*107Ω·cm，进一步优选(1-1.5)*107Ω·cm；
优选的，负极极片宽度为20～130mm，负极极片厚度为0.07mm～0.19mm，负极极片长度为200～1600mm，适用的软包装锂离子电池为卷绕式。
根据本发明，优选的，步骤(2)中抽真空时间为10～120min，真空度为-20～-80KPa，充入N2时间为10～60min，置换次数为2～12次；
优选的，干燥环境的温度为40～50℃，存储时间为12～72h。
根据本发明，优选的，步骤(2)中测量成品电池的负极极片与铝塑膜铝层之间的壳电阻值的方法为：用万用表选择欧姆档，红色正极表笔压在负极极耳，黑色负极表笔紧靠电池侧边边缘铝层，轻轻滑动，即可测得壳电阻值。
根据本发明，优选的，步骤(3)中浸泡HF时间为20～120min，清洗用溶剂为去离子水或酒精，浸泡着色探伤渗透剂的时间为120～360min。
本发明根据着色探伤渗透剂渗入CPP层的位置，即查找到腐蚀位置，进一步查找生产过程中造成铝塑膜CPP层破损的因素，并加以改正。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用精确计算的方法计算电池壳电阻值，避免壳电阻值范围设定太宽使不良品电池混入正常品，同时避免壳电阻值范围太窄不能有效筛选不良品。
2、本发明通过抽真空、高温存储的方式，能够加速铝塑膜腐蚀反应的发生，使铝塑膜腐蚀隐患更容易暴露出来，提高了测量检出率。
3、本发明在测试完壳电阻值后，对壳电阻值高的电池通过着色探伤分析铝塑膜CPP层破损的位置，能够有效指导生产过程加以改正，避免同样问题继续出现，有利于提高电池生产厂家良品率。
附图说明
图1为本发明所用铝塑膜剖面示意图。
图2为本发明铝塑膜浸泡HF前后的示意图。
图3为由本发明实施例1制得的壳电阻值低的成品电池浸泡着色探伤渗透剂后的照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
一种软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，包括步骤如下：
(1)计算负极极片与铝塑膜铝层的壳电阻值，将如表1所示的成品电池尺
寸代入公式计算：负极极片与铝塑膜铝层间的电阻率＝1*107Ω·cm；
表1实验电池用负极极片尺寸
壳电阻值＝(壳电阻值＝(负极极片与铝塑膜铝层间的电阻率*负极极片宽度)/(负极极片厚度*负极极片长度)＝{107*8.35/(0.0127*104.2)}*10-6＝63MΩ
(2)将成品电池放入烘箱中，按照抽真空20min，真空度-80KPa，然后通入10min N2的方法，置换2次空气后，将成品电池放入温度为45～50℃干燥房中存储72h，然后用万用表选择欧姆档，红色正极表笔压在负极极耳，黑色负极表笔紧靠电池侧边边缘铝层，轻轻滑过，测量电阻值，将电阻值低于63MΩ的成品电池筛选出来；
(3)取1只壳电阻值小于63MΩ的成品电池浸泡在HF中，并避免极耳胶位置浸入HF，浸泡120min后将成品电池取出，用去离子水冲洗干净后，用着色探伤渗透剂对成品电池表面进行喷涂并浸泡360min，然后用去离子水将成品电池表面清洗干净，查看CPP层上着色探伤渗透剂颜色较深的渗入位置，即为软包装锂离子电池铝塑膜的腐蚀位置，如图3所示。根据图3所示CPP层破损位置为壳体底部发生破裂，需对冲壳工序进行排查整改。
对比例1：
一种软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，同实施例1所述，不同之处在于：
对比例1的成品电池没有进行步骤(2)中抽真空和通N2的操作，只将成品电池放入45～50℃干燥房中存储72h。
对比例2：
一种软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，同实施例1所述，不同之处在于：
对比例2的成品电池没有进行步骤(2)中把电池放入45～50℃干燥房中存储的操作，只进行抽真空20min，真空度为-80KPa，然后通入10min N2置换2次的操作。
实验例：
如实施例1所述的改进冲壳工序后所制作的锂离子电池，按照实施例1所述的步骤(1)、(2)，并统计壳电阻值低的不良品检出率。
表2实施例1、对比例1-2和实验例测量同样数量电池的壳电阻值不良品检出率
通过表2数据对比可知，抽真空和氮气置换然后高温存储的方式对本发明的检出率具有重要影响，本发明提到的方法不良品检出率更高。通过分析CPP层破损位置指导生产过程改进后，不良品比率大大降低，说明该方法有效性高，有利于电池生产厂家合格率的提升。
图1为行业内通用铝塑膜示意图，浸泡HF后铝塑膜变化如图2所示，在HF浸泡结束后，铝塑膜将只有CPP层残留，其余物质全部被腐蚀掉。通过图3可以看到，CPP层破损的位置有颜色较深的着色渗透剂堆积，易于判断位置，方便查找。有利于电池生产厂家根据位置指示，查找生产过程中存在的问题。

Claims (10)

1.一种软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，包括步骤如下：
(1)根据负极极片长度和宽度计算负极极片与铝塑膜铝层的壳电阻值，计算方法如下：
壳电阻值＝(负极极片与铝塑膜铝层间的电阻率*负极极片宽度)/(负极极片厚度*负极极片长度)
(2)将成品电池放入烘箱中，按照抽真空然后通入N2的方法，置换烘箱中的空气，然后于高温干燥环境中存储；
测量成品电池的负极极片与铝塑膜铝层之间的壳电阻值，将壳电阻值低于计算值的成品电池筛选出来；
(3)取壳电阻值低于计算值的成品电池浸泡在HF中，并避免极耳胶位置浸入HF，浸泡后将成品电池取出，用溶剂冲洗后，用着色探伤渗透剂对成品电池表面进行喷涂并浸泡，然后用溶剂将成品电池表面清洗后，查看CPP层上着色探伤渗透剂颜色较深的渗入位置，即为软包装锂离子电池铝塑膜的腐蚀位置。
2.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，其特征在于，步骤(1)中负极极片与铝塑膜铝层间的电阻率≥1*107Ω·cm。
3.根据权利要求2所述的软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，其特征在于，步骤(1)中负极极片与铝塑膜铝层间的电阻率为(1-1.5)*107Ω·cm。
4.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，其特征在于，步骤(1)中负极极片宽度为20～130mm，负极极片厚度为0.07mm～0.19mm，负极极片长度为200～1600mm。
5.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，其特征在于，步骤(2)中抽真空时间为10～120min，真空度为-20～-80KPa，充入N2时间为10～60min，置换次数为2～12次。
6.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，其特征在于，步骤(2)中干燥环境的温度为40～50℃。
7.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，其特征在于，步骤(2)中存储时间为12～72h。
8.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，其特征在于，步骤(2)中测量成品电池的负极极片与铝塑膜铝层之间的壳电阻值的方法为：用万用表选择欧姆档，红色正极表笔压在负极极耳，黑色负极表笔紧靠电池侧边边缘铝层，轻轻滑动，即可测得壳电阻值。
9.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，其特征在于，步骤(3)中浸泡HF时间为20～120min。
10.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池铝塑膜腐蚀的检测方法，其特征在于，步骤(3)中清洗用溶剂为去离子水或酒精；
优选的，步骤(3)中浸泡着色探伤渗透剂的时间为120～360min。
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