CN111007408A - 软包锂离子电池边电压不良的检测分析、修复方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，具体公开了软包锂离子电池边电压不良的检测分析、修复方法及装置。该软包锂离子电池边电压不良的检测分析方法包括：(1)在软包锂离子电池的极耳和铝塑膜的铝层间以电压逐渐升高的方式施加高电压；(2)获取步骤(1)施加所述高电压过程中软包锂离子电池的温度分布信息；(3)根据步骤(2)的温度分布信息辨析所述软包锂离子电池的发热位置。本发明还提供一种软包锂离子电池边电压不良的修复方法及用于上述方法的装置。本发明方法简单、快捷，能够快速、准确、实时的判断边电压异常发生位点，指导产线及时调整。且检测无损、安全，还可应用于边电压不良电池的修复。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体地说，涉及软包锂离子电池边电压不良的检测分析、修复方法及装置。
背景技术
边电压不良是软包锂离子电池制造过程中常见不良，软包锂离子电池边电压不良发生的根源是铝塑膜PP层破损，使得铝塑膜铝层与电池极耳或内部电解液直接或间接接触。从而引起铝塑膜铝层腐蚀，进而造成电池鼓胀、漏液，造成安全隐患。有诸多专利涉及边电压不良的检测。例如：CN 205333826 U(201521048319.8)、CN 205720383 U(申请号201620641468.3)、CN 207215965 U(申请号201721237246.6)、CN 207248935 U(申请号201721245013.0)、CN 208513103 U(申请号201820765074.8)、CN 208334591 U(申请号201820772789.6)、CN 108226801 A(申请号201810031705.8)等中国专利/申请公布并完善了边电压测试装置及方法。但上述专利/申请提供的方法虽然可以有效检测边电压不良、及时筛选不良电池，却不能解析边电压不良的位点、原因，从而不能针对不良的原因及时调整以提升制造良率。
针对不良位点的确认，现有文献《软包锂离子电池内腐机理研究》(电池工业、第22卷第4期、180-186页)阐述了通过样品处理(切片电镜法、强酸腐蚀法、电解法)可以观测到边电压不良点位，但是这些方法不能在制造过程中实时、快速、准确的分析不良，进而指导制程及时调整。现有中国专利CN104330710B公开了一种快速判定软包锂离子电池铝塑膜绝缘不良的方法，该方法将探针刺入软包锂离子电池的任一封边，使探针与该封边铝塑膜中的铝层接触，再通过导线将探针及该软包锂离子电池的正极耳或负极耳分别与可调电压直流电源的两极连接，通过高压击穿，烧焦铝塑膜绝缘不良的位点来判断不良位点的位置，但该方法存在不确定性，并非所有不良位点都将在所设定的电压下被击穿，且电池击穿后即报废无法使用，造成了检测浪费。
此外，在边电压不良位点修复中，现没有成熟的技术方案。
因此，需要提供一种新的软包锂离子电池边电压不良的检测分析、修复方法及装置以解决现有技术中的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种更加方便准确，安全性高的无损软包锂离子电池边电压不良的检测分析方法。
为了实现本发明该目的，本发明的技术方案如下：
一种软包锂离子电池边电压不良的检测分析方法，包括：
(1)在所述软包锂离子电池的极耳和铝塑膜的铝层间以电压逐渐升高的方式施加高电压；
(2)获取步骤(1)施加所述高电压过程中所述软包锂离子电池的温度分布信息；
(3)根据步骤(2)的所述温度分布信息辨析发热位置。
现有技术中已知有通过对电气元器件加压后，通过判定发热位置确定缺陷点的方案，但软包锂电池与常规的电器元件不同，常规电器元件属于一类导体，而锂离子电池是包含一类导体、二类导体以及绝缘体的复杂体系，其边电压不良并非电子短路，即便是边电压不良的软包锂电池，其极耳与铝塑膜铝层间的电阻也能达到兆欧量级，故而不适用传统的电气元器件加压缺陷判断方法。而本发明的检测方法在锂电极耳与铝塑膜铝层间引起极化，并通过电压的调整，引起缺陷位点微弱的漏电流，从而使得缺陷位点产生热量，得以被识别，获得了无损、可准确判定不良位点的软包锂离子电池边电压不良的检测分析方法。
本发明在软包锂离子电池的极耳与铝塑膜铝层间施加可调高电压，引起电池内部极化，内层pp层不良位点产生微弱的漏电流，进而产热，从而可通过分析软包锂离子电池的温度分布信息，探测到发热点，确定边电压异常位点。本发明通过逐渐加压方式配合温度分布信息的不断收集判断，当辨析出发热位置时(即不良位点)即停止施加高电压，可针对各种程度的边电压不良情况进行无损检测，相比于现有的直接施加特定的高压击穿检测方式，更加方便、准确、安全(无漏液、冒烟)，且经检测后边电压不良电池可降级使用，无需直接报废，避免了检测浪费。
本发明的方法中，所述高电压为100-1500V，所述高电压的升压速率为300-1000V/min，优选为500-900V/min。
本发明通过特定高压范围的选择既保证了各种程度的边电压不良的检出，又可避免电压不当引起的缺陷击穿、电池损坏，且该升压速率有利于电池内部电场建立，促使缺陷位点漏电流产生。
本发明的方法中，通过红外成像仪获取步骤(2)中的所述温度分布信息，所述红外成像仪的温度分辨率高于0.1℃。
本发明的步骤(1)中，通过导电硅胶与所述铝层接触传导所述高电压。
本发明的方法中，在所述导电硅胶与所述铝层接触前，对所述铝层进行打磨处理。
本发明利用微电流的热效应，温升较低，需要高精度红外成像仪(温度分辨率高于0.1℃)以保证测试灵敏度，避免过度加压引起的电池结构损坏。本发明使用导电硅胶与铝塑膜接触，避免接触不良引起的误判，在导电硅胶与铝塑膜接触前，可对铝塑膜的铝层进行打磨处理，以保证接触良好。
优选的，本发明通过红外成像仪获取温度分布信息时，将红外成像仪固定于距离待测软包锂离子电池1.5米的位置，视场与电池平面夹角为45度，以既有利于观测电池各个位点，又保证足够的空间分辨率。
本发明的另一目的在于提供一种简便、有效的软包锂离子电池边电压不良的修复方法。
该软包锂离子电池边电压不良的修复方法包括上述软包锂离子电池边电压不良的检测分析方法的步骤(1)-(3)，还包括：
(4)若辨析出所述软包锂离子电池的发热位置时的所述高电压为500-1500V时，保持所述高电压0.5-2分钟。
本发明的修复方法，特别适用于以本发明的检测分析方法对软包锂离子电池检测时，发现发热位置的高电压为500-1500V时的边电压不良电池，该方式仅通过保持发现发热位置时的高电压一较短时间，即可实现不良位点的修复，获得边电压合格的电池。
本发明的修复时的高电压保持时间既有利于不良位点的修复，又能防止高电压施加时间过长、温度较高引起PP层进一步损坏。
本发明的再一目的在于提供一种用于上述软包锂离子电池边电压不良的检测分析方法或上述软包锂离子电池边电压不良的修复方法的装置。
该装置包括：电压施加单元，用于在所述软包锂离子电池的极耳和铝塑膜的铝层间以电压逐渐升高的方式施加高电压；
温度分布信息获取单元，用于获取施加所述高电压过程中所述软包锂离子电池的温度分布信息；
温度分布信息显示单元，用于显示获取的所述温度分布信息。
本发明的装置可连接控制系统，集成在产线，实现在线监控。
本发明的装置还包括导电硅胶，用以与所述铝层接触传导所述高电压。
本发明的装置中，所述电压施加单元的输出电压为100-1500V。
本发明的装置中，由红外成像仪构成所述温度分布信息获取单元和所述温度分布信息显示单元，所述红外成像仪的温度分辨率高于0.1℃。
本发明也可选用红外摄像机结合显示器的形式来获取和显示获取的温度分布信息，以供进行发热点的判断。
本发明的有益效果至少在于：
本发明的方法简单、快捷，能够快速、准确的判断边电压异常发生位点，指导产线及时调整。且检测无损、安全，对于提升锂离子电池制造良率、检测安全性和减少检测报废率具有重要意义。本发明亦可利用漏电流的热效应，实现pp层溶解再结晶，部分修复不良产品，方法简便快捷。
附图说明
图1为本发明检测软包锂离子电池边电压不良的示意图；
图2为本发明实施例1中当电压输出为1000V时，软包锂离子电池的局部温度分布红外图像；
图3为本发明实施例1中修复后的软包锂离子电池原不良位点的温度分布红外图像。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂、仪器等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
本实施例提供了一种检测软包锂离子电池边电压不良的方法、修复方法及装置。
本实施例采用东文高压电源股份有限公司DW-P202-100ACDE高压电源作为电压施加单元，采用菲力尔(FLIR)TG167红外成像仪(温度分辨率为0.1℃)作为温度分布信息获取单元及温度分布信息显示单元进行软包锂离子电池的边电压不良检测分析。参见图1本发明检测软包锂离子电池边电压不良的示意图。
具体检测步骤如下：
(1)取待测软包锂离子电池，至于绝缘桌面上；使用带导电夹的导线连接待测软包锂离子电池负极极耳与高压电源负极，使用导电硅胶接触铝塑膜铝层并通过导线连接高压电源正极。
(2)将红外成像仪固定于距离待测软包锂离子电池1.5米的位置，视场与电池平面夹角为45度。
(3)开启高压电源(起始电压100V)及红外成像仪，以500V/min升压速度增加直流电压。
当电压输出为1000V时，在待测软包锂离子电池的温度分布红外图像(图2)中可看出不良位点(参见图2白色箭头所指区域)的温度明显高于周边区域，显示该不良位点位于二封电池底部位置。此时电池并没有被击穿，通过红外成像已可以识别此电池的缺陷。
可通过调整二封封印位置及封头温度，使后续制造的软包锂离子电池的边电压不良消失。
本实施例进一步保持1000V电压输出0.8分钟后，将该软包锂离子电池冷却至室温，对该不良位点位于二封电池底部位置的软包锂离子电池进行修复。
采用本实施例的检测方式，以1000V电压输出对该修复后的软包锂离子电池进行再次检测，此时修复后的软包锂离子电池原不良位点的温度分布红外图像见图3，由图3可知原不良位点的温度与周边区域相同，说明此不良位点已被修复。
本实施例用万用表对修复前后铝层与负极耳间电压进行测试，对修复效果进行验证，待测软包锂离子电池修复前的边电压为1.2V，修复后的边电压为0V。边电压不良情况消失。
实施例2
本实施例使用实施例1所述设备及步骤测试并修复边电压不良软包锂离子电池。区别仅在于：以400V/min升压速度增加直流电压，当电压输出为800V时，红外成像仪观测到不良位点。保持800V输出电压1分钟，电池冷却至室温。待测软包锂离子电池修复前的边电压为1.3V，修复后的边电压为0V。复测边电压合格，缺陷位点修复。
实施例3
本实施例使用实施例1所述设备及步骤测试并修复边电压不良软包锂离子电池。区别仅在于：以300V/min升压速度增加直流电压，当电压输出为500V时，红外成像仪观测到不良位点。保持500V输出电压2分钟，电池冷却至室温。待测软包锂离子电池修复前的边电压为1.3V，修复后的边电压为0.01V。复测边电压合格，缺陷位点修复。
实施例4
本实施例使用实施例1所述设备及步骤测试并修复边电压不良软包锂离子电池。区别仅在于：以900V/min升压速度增加直流电压，当电压输出为1100V时，红外成像仪观测到不良位点。保持1100V输出电压0.6分钟，电池冷却至室温。待测软包锂离子电池修复前的边电压为0.8V，修复后的边电压为0.02V。复测边电压合格，缺陷位点修复。
实施例5
本实施例使用实施例1所述设备及步骤测试并修复边电压不良软包锂离子电池。区别仅在于：以1000V/min升压速度增加直流电压，当电压输出为1500V时，红外成像仪观测到不良位点。保持1500V输出电压0.5分钟，电池冷却至室温。待测软包锂离子电池修复前的边电压为0.6V，修复后的边电压为0.03V。复测边电压合格，缺陷位点修复。
对比例1
本对比例使用实施例1所述高压电源及红外成像仪，对电压不良软包锂离子电池进行检测分析。具体步骤如下：
(1)取待测软包锂离子电池，至于绝缘桌面上；使用带导电夹的导线连接待测软包锂离子电池负极极耳与高压电源负极，使用导电硅胶接触铝塑膜铝层并通过导线连接高压电源正极。
(2)将红外成像仪固定于距离待测软包锂离子电池1.5米的位置，视场与电池平面夹角为45度。
(3)开启高压电源(起始电压100V)及红外成像仪，以1100V/min升压速度增加直流电压。
当输出电压为800V时，红外成像仪观测到边电压不良位点，同时不良位点被电流击穿，电池报废。
对比例2
本对比例使用实施例1所述设备及步骤测试、修复边电压不良软包锂离子电池。本对比例当电压输出为600V时，红外成像仪观测到不良位点。保持600V输出电压3分钟，电池冷却至室温。待测软包锂离子电池修复前的边电压为1.2V，修复后的边电压为1.1V。复测边电压依旧不合格。
对比例3
本对比例使用实施例1所述设备及步骤测试、修复边电压不良软包锂离子电池。区别仅在于，升压速率为300V/min，本对比例当电压输出为400V时，红外成像仪观测到不良位点。保持400V输出电压2分钟，电池冷却至室温。待测软包锂离子电池修复前的边电压为1.3V，修复后的边电压为1.3V。复测边电压依旧不合格。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种软包锂离子电池边电压不良的检测分析方法，其特征在于，包括：
(1)在所述软包锂离子电池的极耳和铝塑膜的铝层间以电压逐渐升高的方式施加高电压；
(2)获取步骤(1)施加所述高电压过程中所述软包锂离子电池的温度分布信息；
(3)根据步骤(2)的所述温度分布信息辨析所述软包锂离子电池的发热位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高电压为100-1500V，所述高电压的升压速率为300-1000V/min，优选为500-900V/min。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过红外成像仪获取步骤(2)中的所述温度分布信息，所述红外成像仪的温度分辨率高于0.1℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，通过导电硅胶与所述铝层接触传导所述高电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述导电硅胶与所述铝层接触前，对所述铝层进行打磨处理。
6.一种软包锂离子电池边电压不良的修复方法，其特征在于，包括根据权利要求1-5任一项所述的方法，还包括：
(4)若辨析出所述软包锂离子电池的发热位置时的所述高电压为500-1500V时，保持所述高电压0.5-2分钟。
7.一种用于权利要求1-5任一项所述的软包锂离子电池边电压不良的检测分析方法或用于权利要求6所述的软包锂离子电池边电压不良的修复方法的装置，其特征在于，包括：
电压施加单元，用于在所述软包锂离子电池的极耳和铝塑膜的铝层间以电压逐渐升高的方式施加高电压；
温度分布信息获取单元，用于获取施加所述高电压过程中所述软包锂离子电池的温度分布信息；
温度分布信息显示单元，用于显示获取的所述温度分布信息。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括导电硅胶，用以与所述铝层接触传导所述高电压。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述电压施加单元的输出电压为100-1500V。
10.根据权利要求7-9任一项所述的装置，其特征在于，由红外成像仪构成所述温度分布信息获取单元和所述温度分布信息显示单元，所述红外成像仪的温度分辨率高于0.1℃。
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