CN109975402A - 一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置及检测方法，软包锂离子电池电解液无损式检测装置包括：支撑装置；定位装置；高频率超声波扫描结构，检测方法包括如下步骤：(1)将电池平放在支撑装置上；(2)根据需要测试的区域对镜头的X轴和Y轴轨迹行程进行调试并保存；(3)通过不同电池厚度选用对应频率的发射镜头进行预先测试；(4)根据X轴和Y轴轨迹设计值对电池四角部位进行固定，(5)开启高频率超声波扫描结构，待高频率超声波扫描结构完成设定轨迹后，调出对应检测图并保存。本发明可以直接、准确判断电解液分布的均匀性及浸润效果，对电池无任何损伤；再者本方案还具有简便快捷，可操作性高等优点。

Description

一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及软包锂离子电池技术，具体涉及一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置及检测方法。

背景技术

锂离子电池因具有容量高，循环寿命长等优点，已大量在电子产品中得到了广泛应用，例如智能手机、平板电脑、数码相机、电动玩具、电子导航仪等，近年来，锂离子电池在新能源汽车、通信基站、军事、航空航天等领域也得到了较为广泛的应用。

目前锂电池种类基本分为三类；圆柱、方形铝壳、软包。随着国家对新能源汽车市场进一步扩大和对续航里程的要求不断提升，导致整车企业在对电池能量密度、制造成本、循环寿命等方面都提出了更高的要求。

软包锂离子电池相比圆柱和方形铝壳电池，具有安全性好、能量密度高、循环寿命长等优势，因此，软包电池近年来受到大部分新能源主机厂的首选，但因软包电池工艺限制，需要进行抽真空封装。铝塑膜内部电解液很容易被真空带出来，经常会导致终封保液量贫瘠，部分区域存在未浸润、气泡和褶皱等现象，从而影响电池最终循环寿命，因此，注液浸润性是确保锂离子电池一致性和循环寿命的关键工步。

由于注液封装后锂离子电池外部铝塑膜处于包裹真空状态，无法真正意义上判断电芯内部吸液浸润效果，目前最长采用的手段都是对电池进行破坏拆解来观察后进行判断，此方法将会消耗大量的正常电池，增加不必要的资源浪费，另外电极内部狭缝间是否浸润充分并不能通过肉眼判别具体效果，其次由于电极液极易挥发，使用拆解方法一定程度上会影响浸润性的判断。

参见图1，软包电池在电解液注入之后仅少部分经重力作用浸润在part2区域，大部分电解液顺主通道途径快速流动汇聚在part1区域进行上升式缓慢浸润，在此期间由于隔膜表面张力过程不均衡等原因既会产生固定区域应力褶皱、气泡等现象。

同时，若软包电池内残留有气泡，这将会导致电池性能劣化，其机理如下：

气泡残留→电阻增大→发热→产生更多气泡→更大的发热量→整体电性能加速下降。

发明内容

本发明为了解决上述问题，从而提供一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置及检测方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置，所述软包锂离子无损式检测装置包括：

支撑装置，待测电池可放置在支撑装置上；

定位装置，所述定位装置与支撑装置可拆卸地连接，并可对支撑装置上的待测电池的四个边进行定位；

高频率超声波扫描结构，所述高频率超声波扫描结构可对待测电池电解液浸润进行扫描测试。

在本发明的一个优选实施例中，所述支撑装置包括两个相对称的底部支架。

在本发明的一个优选实施例中，所述定位装置包括四个定位块，每个底部支架一端可旋转地设置一个定位块，所述定位块可水平固定在底部支架上方，而待测电池的端部位于定位块与底部支架之间。

在本发明的一个优选实施例中，所述定位块通过活动链接轴可旋转地连接。

在本发明的一个优选实施例中，每个定位块上设有一第一条形槽，每个底部支架两端分别设有一第二条形槽，每个定位块上的第一条形槽可与任意一个第二条形槽对应配合。

在本发明的一个优选实施例中，所述高频率超声波扫描结构包括高频率发射超声源、若干个不同频率的镜头和底部超声信号回收底座，所述高频率发射超声源通过连杆与底部超声信号回收底座连接为一体，镜头可拆卸地安装在高频率发射超声源上。

在本发明的一个优选实施例中，所述软包锂离子无损式检测装置还包括一控制器和一滑动机构，所述高频率超声波扫描结构设置在滑动机构上，并可在滑动机构上进行X轴和Y轴的移动，所述控制器分别连接滑动机构和高频率超声波扫描结构。

一种软包锂离子电池电解液无损式检测方法，所述检测方法包括如下步骤：

(1)将电池平放在支撑装置上，保持四角平行；

(2)根据需要测试的区域对镜头的X轴和Y轴轨迹行程进行调试并保存；

(3)通过不同电池厚度选用对应频率的发射镜头进行预先测试，可根据成像清晰度来选定具体发射镜头的型号；

(4)根据X轴和Y轴轨迹设计值对电池四角部位进行固定，

(5)开启高频率超声波扫描结构，待高频率超声波扫描结构完成设定轨迹后，调出对应检测图并保存。

在本发明的一个优选实施例中，高频率超声波扫描结构扫描的信息发送给控制器，控制器可对接受到的信息进行分析和对比，并生成对比图或对比表。

本发明的有益效果是：

本发明可以直接、准确判断电解液分布的均匀性及浸润效果，对电池无任何损伤；再者本方案还具有简便快捷，可操作性高等优点。

另外，本发明可适用于软包锂离子电池注液后浸润性差异测试，在应用时，可直观检测电池在注液后到分容整个过程内部电极液浸润差异，并且整个操作简单便捷，模拟度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为软包电池注入电解液后的浸润状体示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为A类样品效果图；

图4为B类样品效果图；

图5为A类样品测试结果实验效果图；

图6为A类样品拆解验证实验效果图；

图7为B类样品测试结果实验效果图；

图8为B类样品拆解验证实验效果图；

图9为A类样品和B类样品无损测试后的循环寿命对比效果图；

图10为A类样品和B类样品充放电功率曲线对比效果图；

图11为A类样品和B类样品充放电DCR曲线对比效果图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图2，本发明提供的软包锂离子无损式检测装置，其包括支撑装置、定位装置200和高频率超声波扫描结构300。

支撑装置，其是用于支撑待测电池400，待测电池400可水平放置在支撑装置上。

支撑装置具体包括两个相对称的底部支架100，两个底部支架100可支撑在待测电池400底面的两侧。

定位装置200，其是用于将放置在支撑装置上的待测电池400的四个端部进行固定。

定位装置200具体包括四个定位块210，每个底部支架100一端可旋转地设置一个定位块210，定位块210可水平固定在底部支架100上方，而待测电池400的端部位于定位块210与底部支架100之间，通过将定位块210与底部支架100固定从而可实现对待测电池400的端部进行固定。

定位块210具体通过活动链接轴211可旋转地设置在底部支架100上，这样通过定位块210的旋转，可便于待测电池400的拿取。

另外，在每个定位块210上设有一第一条形槽212，每个底部支架100两端分别设有一第二条形槽，每个定位块210上的第一条形槽212可与任意一个第二条形槽对应配合，这样通过将活动式禁锢螺丝220穿过第一条形槽212和第二条形槽就可实现定位块210与底部支架100的固定，并且由于活动式禁锢螺丝220可在第一条形槽212和第二条形槽上滑动，这样使得本申请可适合各种尺寸的电池进行检测。

高频率超声波扫描结构300，其通过在待测电池400上方发出超声波信号，然后在待测电池400下方接受信号，通过由超声波检测并鉴别空气是否存在，根据空气与其他传播介质的声阻抗系数方面的显著的差异性，来判断在超声波的透射路径上是否有空气的存在，从而能准确的判断电芯内部浸润是否存在气泡。

高频率超声波扫描结构300包括高频率发射超声源310、若干个不同频率的镜头320和底部超声信号回收底座330。

具体可根据不同的需求，在高频率发射超声源310上安装对应频率的镜头320，高频率发射超声源310通过镜头320可发出超声波信号。

这样，通过高频率发射超声源310和不同频率的镜头320可满足不同厚度电池电解液浸润测试，也可对铝塑膜顶侧封边进行封装效果扫描测试。

底部超声信号回收底座330，其位于待测电池400下方，其是用于接受信号。

另外，底部超声信号回收底座330通过连杆340与高频率发射超声源310连接为一体，这样使得在测试时，镜头320和底部超声信号回收底座330始终处于同步轨迹运行，可做到超声信号发射和回收永远处于同步进行。

为了实现高频率超声波扫描结构300的自动测试，本申请还包括一控制器和一滑动机构。

高频率超声波扫描结构300整体可设置在滑动机构上，并可在滑动机构上进行X轴和Y轴的移动。

控制器分别连接滑动机构和高频率超声波扫描结构300，控制器可控制滑动机构移动，从而控制高频率超声波扫描结构300的移动轨迹，并且控制器还可接受底部超声信号回收底座330接受到的信号，并可将信号进行对比和生成对应的对比表和对比图，便于快速了解检测结果。

基于上述方案的实施，本申请还提供一种软包锂离子电池电解液无损式检测方法，器包括如下步骤：

(1)将电池平放在支撑装置上，保持四角平行；

(2)根据需要测试的区域对镜头的X轴和Y轴轨迹行程进行调试并保存；

(3)通过不同电池厚度选用对应频率的发射镜头进行预先测试，可根据成像清晰度来选定具体发射镜头的型号；

(4)根据X轴和Y轴轨迹设计值对电池四角部位进行固定，

(5)开启高频率超声波扫描结构，待高频率超声波扫描结构完成设定轨迹后，调出对应检测图并保存。

另外，高频率超声波扫描结构扫描的信息发送给控制器，控制器可对接受到的信息进行分析和对比，并生成对比图或对比表

下面是本申请的一个具体实验实例：

根据附表1数据可知，空气与液体等对声阻抗差异比较大，空气的声阻抗系数为428，而其他介质的声阻抗系数都在106以上。本发明无损测试的检测原理简而言之就是利用超声波检测并鉴别空气是否存在，根据空气与其他传播介质的声阻抗系数方面的显著的差异性，来判断在超声波的透射路径上是否有空气的存在。

表1

参见附表2和图3-8，根据拆解观察可发现：A类样品终封后电极以及隔膜界面金黄、光亮，嵌锂比较均匀，无黑斑，隔膜无褶皱，和超声波无损成像测试结果完全吻合，B类样品终封后电极以及隔膜色度差异较大，嵌锂不均匀，部分固定区域有黑斑，隔膜出现褶皱，和超声波无损成像测试结果也是完全吻合。

表2

另外，参见图9-图11，为充分验证浸润测试对电池性能预判的准确性，对A/B类样品抽样进行性能测试，具体结果如下：

A类样品循环寿命明显高于B类样品，A类样品充电功率和放电功率明显高于B类样品，A类样品充放电直流阻抗(DCR)明显低于B类样品。

由上实例可知，通过本方测试案可以提前预知软包电芯注液老化后电解液浸润效果，同时更能对软包电芯综合性能进行初期预判。

再者，本申请不仅适用于软包锂离子电池电解液浸润效果测试，其还适用于软包锂离子电池铝塑膜封边效果监测。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置，其特征在于，所述软包锂离子无损式检测装置包括：

支撑装置，待测电池可放置在支撑装置上；

定位装置，所述定位装置与支撑装置可拆卸地连接，并可对支撑装置上的待测电池的四个边进行定位；

高频率超声波扫描结构，所述高频率超声波扫描结构可对待测电池电解液浸润进行扫描测试。

2.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置，其特征在于，所述支撑装置包括两个相对称的底部支架。

3.根据权利要求2所述的一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置，其特征在于，所述定位装置包括四个定位块，每个底部支架一端可旋转地设置一个定位块，所述定位块可水平固定在底部支架上方，而待测电池的端部位于定位块与底部支架之间。

4.根据权利要求3所述的一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置，其特征在于，所述定位块通过活动链接轴可旋转地连接。

5.根据权利要求3所述的一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置，其特征在于，每个定位块上设有一第一条形槽，每个底部支架两端分别设有一第二条形槽，每个定位块上的第一条形槽可与任意一个第二条形槽对应配合。

6.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池电解液无损式检测装置，其特征在于，所述高频率超声波扫描结构包括高频率发射超声源、若干个不同频率的镜头和底部超声信号回收底座，所述高频率发射超声源通过连杆与底部超声信号回收底座连接为一体，镜头可拆卸地安装在高频率发射超声源上。

7.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池电极液无损式检测装置，其特征在于，所述软包锂离子电池电解液无损式检测装置还包括一控制器和一滑动机构，所述高频率超声波扫描结构设置在滑动机构上，并可在滑动机构上进行X轴和Y轴的移动，所述控制器分别连接滑动机构和高频率超声波扫描结构。

8.一种软包锂离子电池电解液无损式检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：

(1)将电池平放在支撑装置上，保持四角平行；

(2)根据需要测试的区域对镜头的X轴和Y轴轨迹行程进行调试并保存；

(3)通过不同电池厚度选用对应频率的发射镜头进行预先测试，可根据成像清晰度来选定具体发射镜头的型号；

(4)根据X轴和Y轴轨迹设计值对电池四角部位进行固定，

(5)开启高频率超声波扫描结构，待高频率超声波扫描结构完成设定轨迹后，调出对应检测图并保存。

9.根据权利要求8所述的一种软包锂离子电池电解液无损式检测方法，其特征在于，高频率超声波扫描结构扫描的信息发送给控制器，控制器可对接受到的信息进行分析和对比，并生成对比图或对比表。