CN107783052A - 一种软包锂离子电池绝缘测试方法 - Google Patents

一种软包锂离子电池绝缘测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软包锂离子电池绝缘测试方法。包括以下几个步骤：(1)铝塑复合膜的表面局部冷冻；(2)刺针刺入铝塑复合膜及回路电阻A测试；(3)回路电阻B测试；(4)金属负极耳和软包装铝层的绝缘性测试。本发明克服了因刺针、铝塑膜结合力问题所导致的测试失效，采用局部冷冻、两次双刺针方法实现测试终端的电池绝缘不良品的100％检出，对刺针与铝层的接触状态进行优化与界定，大幅度提高了软包锂离子电池绝缘性测试的可重复性和准确性。

Description

一种软包锂离子电池绝缘测试方法
技术领域
本发明属于锂离子电池测试技术领域，尤其是涉及一种软包锂离子电池绝缘测试方法。
背景技术
软包锂离子电池侧封后需要测试极耳与铝塑复合膜铝层绝性，若铝塑复合膜铝层与负极耳绝缘性较差，则负极与铝塑复合膜铝层会形成电子短路，发生电化学反应出现腐蚀，从而影响软包锂离子电池的使用寿命。由此可知，软包锂离子电池外包的绝缘性测试是该锂离子电池生产过程中一项重要测试工序，测试软包锂离子电池负极耳和软包装中的铝层是否导通，其绝缘性指标直接关系着软包锂离子电池良品与否。
软包锂离子电池负极耳和软包装中铝层的绝缘性普遍采用绝缘测试仪进行测试，测试过程如下：仪器的一端通过导线直接连接电池的金属极耳，另一端通过导线连接一根刺针，使刺针刺穿铝塑复合膜而接触铝层，由仪器判断极耳和铝层之间的绝缘情况。
然而，在实际的测试过程中，往往会因为刺针问题（如刺针疲劳脱落、针头磨损）、铝塑膜结合力问题（刺针刺穿但不能接触到铝层）使测试结果失效。理论上，刺针未接触到铝层或接触不稳定通过电阻测试机仍可获得相应的电阻值，但该值的获得极易将绝缘不合格的锂离子电池判定为合格品，从而使电池绝缘不良品被误判。
发明内容
为克服现有软包锂离子电池的绝缘性测试中的误判问题，本发明提供一种更为准确的软包锂离子电池绝缘测试方法，该方法可以规避铝塑膜结合力和刺针问题等干扰，实现测试终端的电池绝缘不良品的100%检出。
本发明是通过以下技术实现的：
一种软包锂离子电池绝缘测试方法，包括以下步骤：
步骤1. 铝塑复合膜的表面局部冷冻：
在铝塑复合膜刺针待刺入表面两个部位同时喷射冷冻气体，时间为0.5～1秒，形成直径为0.5～1.0cm的圆形冷冻区A和圆形冷冻区B；
步骤2. 刺针刺入铝塑复合膜及回路电阻A测试：
取刺针A和刺针B分别刺入圆形冷冻区A和圆形冷冻区B的中心位置，刺入后，保持5～15分钟，然后，利用电阻法对刺针A、刺针B与铝塑复合膜形成的回路进行测试，测得回路电阻A；
步骤3. 回路电阻B测试：
拔出刺针A和刺针B，在铝塑复合膜表面另外两个不同的部位重复步骤1和步骤2操作并测得回路电阻B，根据回路电阻A、回路电阻B及偏差率来判断刺针A、刺针B与铝塑复合膜中铝层的导通情况；所述刺针A、刺针B与铝塑复合膜中铝层的导通情况的判断依据为：若测得偏差率为0～5%，则刺针A、刺针B与铝塑复合膜中铝层的导通情况良好；若测得偏差率大于5%，则刺针A、刺针B与铝塑复合膜中铝层的导通情况较差；
步骤4. 金属负极耳和软包装铝层的绝缘性测试：
取电阻测试仪器的一端通过导线直接连接电池上裸露在外的金属负极耳，另一端通过导线连接至步骤3的刺针A，测得绝缘电阻A；取电阻测试仪器的一端通过导线直接连接电池上裸露在外的金属负极耳，另一端通过导线连接至步骤3的刺针B，测得绝缘电阻B；软包锂离子电池绝缘性的判断依据为：若测得绝缘电阻A和绝缘电阻B的平均值大于30MΩ，则软包锂离子电池绝缘性良好，为合格品；若测得绝缘电阻A和绝缘电阻B的平均值为0～30MΩ，则软包锂离子电池绝缘性较差，为不合格品。
普遍采用的铝塑膜由外层聚丙烯层、粘合剂、中间层铝箔、粘合剂以及内层聚丙烯层共五层组成。刺穿过程中，在自身的较大形变能力、表面粘合剂以及刺针的挤压作用下，外层的聚丙烯层易被带入铝层中，导致铝层与刺针绝缘或接触不充分，使得测试结果不理想。铝塑膜表层成份为聚丙烯，属于线型高聚物，为部分结晶结构，具有典型的三种不同物理状态（玻璃态、高弹态和粘流态），在日常温度下，聚丙烯薄膜处于具有较大形变能力的高弹态。若将该材料所处的温度降至玻璃化转变温度（-10℃）以下，则该高聚物将处于玻璃态，其脆性将大幅增加，形变能力显著下降，较低的温度也会使粘合剂的粘合性能大幅下降。本发明正是基于这一点进行设计，利用源于干冰或液氮的冷冻气体对刺针所刺入位置进行局部快速冷却，使局部温度达到-20℃以下，随即进行刺针的快速刺入。聚丙烯层的脆性、较小的形变以及粘合剂的较低粘合性可以避免聚丙烯层随针刺带入铝层中，从而铝层与刺针绝缘的风险大幅降低，这是本说明书一个重要的发明点。
局部降温大幅降低铝层与刺针的绝缘风险，对于刺针疲劳脱落，针头磨损等问题，即刺针未能刺穿铝层，本发明则采用双刺针的结构设计，利用电阻法对双刺针与铝塑复合膜形成的回路进行导通性测试。为了提高导通性以及绝缘性测试的准确性和可重复性，本发明采用两次双刺针对铝塑复合膜的穿刺。经反复实验表明，本发明所采用的测试方法可取得理想的、稳定的测试结果。
刺针刺入铝塑复合膜并保持一定时间，该步骤的操作有利于铝塑材料在升温收缩的过程中增加与刺针的接触紧密性，利于测试重复性和稳定性的提高。此外，合理的双刺针的间距也有助于取得理想的测试结果及重复性。
在本发明中，采用两次双刺针对铝塑复合膜穿刺的测试结果进行偏差率的界定，该限定有助于取得刺针对铝层良好的接触状态，实现对软包锂离子电池绝缘性的判定。对刺针与铝层的良好接触状态进行判断与选择是本发明的一个重要发明点，经反复测试表明，本说明书中所采用的较低的偏差率（偏差率为所述回路电阻A与所述回路电阻B的差值占所述回路电阻A与所述回路电阻B平均值的百分率）可获得较高的测试重复性与精确性。
优选地，所述刺针A和所述刺针B前端的横截面为Y字形或十字形。
普通的刺针的横截面为圆形，本发明采用Y字形或十字形的横截面，在刺针体积相等的情况下可以显著增加刺针与铝层的接触面，稳定测试结果，该横截面的设计是本发明的一个发明点。
优选地，所述冷冻气体源于干冰或液氮。
优选地，冷冻气体的喷射设备为冷冻枪，所述冷冻枪的冷冻头孔径为0.5～1mm。
优选地，所述圆形冷冻区A和所述圆形冷冻区B的中心距离为1.5～2cm。
本发明公开的一种软包锂离子电池绝缘测试方法，其有益效果为：（1）克服了因刺针、铝塑膜结合力问题所导致的测试失效，采用局部冷冻、两次双刺针方法实现测试终端的电池绝缘不良品的100%检出；（2）对刺针与铝层的接触状态进行优化与界定，大幅度提高了软包锂离子电池绝缘性测试的重复性和准确性。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，对本发明申请所述的一种软包锂离子电池绝缘测试方法。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种软包锂离子电池绝缘测试方法，包括以下步骤：
步骤1. 铝塑复合膜的表面局部冷冻；取携带液氮的冷冻枪（冷冻头孔径1mm）在铝塑复合膜表面相距1.5cm处各自喷射源于液氮的冷冻气体，时间为0.5秒，形成直径为1cm的圆形冷冻区A和圆形冷冻区B；
步骤2. 刺针刺入铝塑复合膜及回路电阻A测试；取Y字形刺针A和Y字形刺针B分别刺入软包电池的铝塑复合膜的圆形冷冻区A和圆形冷冻区B的中心位置，刺入后，保持5分钟，然后，利用电阻法对刺针A、刺针B与铝塑复合膜形成的回路进行测试，测得回路电阻A为5.3Ω；
步骤3. 回路电阻B测试；拔出刺针A和刺针B，在铝塑复合膜表面另外两个不同的部位重复步骤1和步骤2操作并测得回路电阻B为5.2Ω，根据回路电阻A与回路电阻B计算得偏差率为1.9%，表明刺针A、刺针B与铝塑复合膜中铝层的导通情况良好；
步骤4. 金属负极耳和软包装铝层的绝缘性测试；
取电阻测试仪器的一端通过导线直接连接电池上裸露在外的金属负极耳，另一端通过导线连接至步骤3的刺针A，测得绝缘电阻A为58.1MΩ；取电阻测试仪器的一端通过导线直接连接电池上裸露在外的金属负极耳，另一端通过导线连接至步骤3的刺针B，测得绝缘电阻B为57.9MΩ。绝缘电阻A和绝缘电阻B相关较小，其平均值大于30MΩ，表明所测软包锂离子电池绝缘性良好，为合格品。
实施例2
一种软包锂离子电池绝缘测试方法，包括以下步骤：
步骤1. 铝塑复合膜的表面局部冷冻；取携带干冰的冷冻枪（冷冻头孔径0.5mm）在铝塑复合膜表面相距2cm处各自喷射源于干冰的冷冻气体，时间为1秒，形成直径为0.5cm的圆形冷冻区A和圆形冷冻区B；
步骤2. 刺针刺入铝塑复合膜及回路电阻A测试；取十字形刺针A和十字形刺针B分别刺入软包电池的铝塑复合膜的圆形冷冻区A和圆形冷冻区B的中心位置，刺入后，保持15分钟，然后，利用电阻法对刺针A、刺针B与铝塑复合膜形成的回路进行测试，测得回路电阻A为35.6MΩ；
步骤3. 回路电阻B测试；拔出刺针A和刺针B，在铝塑复合膜表面另外两个不同的部位重复步骤1和步骤2操作并测得回路电阻B为42.7MΩ，根据所测回路电阻A与回路电阻B及其偏差率（18.1%），表明刺针A、刺针B与铝塑复合膜中铝层不导通，需排除设备故障再进行重新测试。
实施例3
一种软包锂离子电池绝缘测试方法，包括以下步骤：
步骤1. 铝塑复合膜的表面局部冷冻；取携带液氮的冷冻枪（冷冻头孔径1mm）在铝塑复合膜表面相距1.8cm处各自喷射源于液氮的冷冻气体，时间为1秒，形成直径为1cm的圆形冷冻区A和圆形冷冻区B；
步骤2. 刺针刺入铝塑复合膜及回路电阻A测试；取十字形刺针A和十字形刺针B分别刺入软包电池的铝塑复合膜的圆形冷冻区A和圆形冷冻区B的中心位置，刺入后，保持5分钟，然后，利用电阻法对刺针A、刺针B与铝塑复合膜形成的回路进行测试，测得回路电阻A为4.7Ω；
步骤3. 回路电阻B测试；拔出刺针A和刺针B，在铝塑复合膜表面另外两个不同的部位重复步骤1和步骤2操作并测得回路电阻B为4.8Ω，根据回路电阻A与回路电阻B计算得偏差率为2.1%，表明刺针A、刺针B与与铝塑复合膜中铝层的导通情况良好；
步骤4. 金属负极耳和软包装铝层的绝缘性测试；
取电阻测试仪器的一端通过导线直接连接电池上裸露在外的金属负极耳，另一端通过导线连接至步骤3的刺针A，测得绝缘电阻A为61.3MΩ；取电阻测试仪器的一端通过导线直接连接电池上裸露在外的金属负极耳，另一端通过导线连接至步骤3的刺针B，测得绝缘电阻B为62.0MΩ。绝缘电阻A和绝缘电阻B相关较小，其平均值大于30MΩ，表明所测软包锂离子电池绝缘性良好，为合格品。

Claims (5)

1.一种软包锂离子电池绝缘测试方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1.铝塑复合膜的表面局部冷冻：
在铝塑复合膜刺针待刺入表面两个部位同时喷射冷冻气体，时间为0.5～1秒，形成直径为0.5～1.0cm的圆形冷冻区A和圆形冷冻区B；
步骤2.刺针刺入铝塑复合膜及回路电阻A测试：
取刺针A和刺针B分别刺入圆形冷冻区A和圆形冷冻区B的中心位置，刺入后，保持5～15分钟，然后，利用电阻法对刺针A、刺针B与铝塑复合膜形成的回路进行测试，测得回路电阻A；
步骤3.回路电阻B测试：
拔出刺针A和刺针B，在铝塑复合膜表面另外两个不同的部位重复步骤1和步骤2操作并测得回路电阻B，根据回路电阻A、回路电阻B及偏差率来判断刺针A、刺针B与铝塑复合膜中铝层的导通情况；所述刺针A、刺针B与铝塑复合膜中铝层的导通情况的判断依据为：若测得偏差率为0～5％，则刺针A、刺针B与铝塑复合膜中铝层的导通情况良好；若测得偏差率大于5％，则刺针A、刺针B与铝塑复合膜中铝层的导通情况较差；
步骤4.金属负极耳和软包装铝层的绝缘性测试：
取电阻测试仪器的一端通过导线直接连接电池上裸露在外的金属负极耳，另一端通过导线连接至步骤3的刺针A，测得绝缘电阻A；取电阻测试仪器的一端通过导线直接连接电池上裸露在外的金属负极耳，另一端通过导线连接至步骤3的刺针B，测得绝缘电阻B；软包锂离子电池绝缘性的判断依据为：若测得绝缘电阻A和绝缘电阻B的平均值大于30MΩ，则软包锂离子电池绝缘性良好，为合格品；若测得绝缘电阻A和绝缘电阻B的平均值为0～30MΩ，则软包锂离子电池绝缘性较差，为不合格品。
2.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池绝缘测试方法，其特征是，所述刺针A和所述刺针B前端的横截面为Y字形或十字形。
3.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池绝缘测试方法，其特征是，所述冷冻气体源于干冰或液氮。
4.根据权利要求1或3所述的一种软包锂离子电池绝缘测试方法，其特征是，冷冻气体的喷射设备为冷冻枪，所述冷冻枪的冷冻头孔径为0.5～1mm。
5.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池绝缘测试方法，其特征是，所述圆形冷冻区A和所述圆形冷冻区B的中心距离为1.5～2cm。
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