CN112219126A - 夹具挤压式挤压短路检查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的夹具挤压式挤压短路检查方法包括以下步骤：对电池单体进行预老化，通过在电池容器中插入电极组件、将电解质注入电池容器中并且密封电池容器来制造每个电池单体，电极组件包括彼此层叠的正电极、负电极和分隔件，分隔件被置放在正电极和负电极之间(S100)；在激活夹具中插入多个电池单体(S200)；挤压激活夹具(S300)；以及检查电池单体的电流(S400)。根据本发明的挤压短路检查方法使得能够在示出单位容量的高电压调节的预老化状态下检查电池单体的低电压缺陷，因此能够大大减少检查时间。另外，本发明使得能够准确地检测通过传统检查方法难以检测到的、堆叠‑折叠型电池单体中发生的微小缺陷，并且使得能够通过使用活动夹具同时检查多个电池单体。

Description

夹具挤压式挤压短路检查方法
技术领域
本申请要求基于2018年11月21日提交的韩国专利申请No.10-2018-0144437的优先权的权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及一种夹具挤压式的压力短路检查方法，并且更具体地，本发明涉及一种用于大量电池单体的压力短路检查装置，其能够识别由于在组装电极组件时可能发生的分隔件缺陷引起的低电压故障。
背景技术
由于化石燃料的枯竭导致能源价格上涨，并且对环境污染的关注增加，因此，对环境友好的可替代能源的需求成为未来生活必不可少的因素。特别地，随着技术发展和对移动设备的需求增加，对作为能源的二次电池的需求在快速增加。
通常，就电池的形状而言，对能够应用于诸如移动电话这样的小厚度产品的棱柱形二次电池和袋型二次电池存在高需求。就材料而言，对诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池这样的具有高能量密度、放电电压和输出稳定性的锂二次电池存在高需求。
根据具有正电极、负电极以及在正电极和负电极之间置入的分隔件的结构的电极组件的结构对二次电池进行分类。其一些实例包括：果冻卷型(缠绕型)电极组件，其中长片型的正电极和负电极在分隔件被置入其间的情况下缠绕；堆叠-折叠型电极组件，该堆叠-折叠型电极组件具有诸如双单体或全单体这样的单元单体被缠绕的结构，所述单元单体由通过分隔件层叠的预定单元的正电极和负电极堆叠而成；等等。
另外，通过如下方法来制造二次电池：在电极组件被容纳在电池容器中的状态下，注入作为液体电解质的电解质，并密封电池容器。
由于在组装过程、制造过程或使用期间的各种原因，已经制造的二次电池可能具有各种缺陷。其中，制造完成的电池表现出比自放电率更高的电压下降行为的现象被称为低电压。
这种低电压故障经常由位于电池内部的金属异物所引起。通常，当在正电极中存在金属异物时，金属异物在负电极处作为枝状晶生长，并且该枝状晶引起二次电池的内部短路。结果，二次电池的内部短路引起二次电池的故障、损坏或着火。
特别地，在二次电池的组装期间经常发生低电压故障。引起低电压的组装缺陷的类型包括分隔件损坏，诸如分隔件撕裂、分隔件折叠和分隔件穿刺。在电池制造过程期间，这种分隔件损坏主要发生在单体本体的四个角部处。
尽管以上缺陷可能引起内部短路，即，在正电极和负电极之间的接触的短路，但是由于分隔件的厚度，这种接触尚未发生，但是由于短路可能在任何时候发生，所以有必要通过对该部分加压以使该部分内部短路来识别该缺陷。
通常通过视觉检查来检测组装过程中的缺陷，从而确定电池单体的缺陷。然而，在堆叠-折叠型电池单体的情况下，由于折叠单体中的缺陷，无法通过视觉检查而容易地分辨由于堆叠-折叠过程的特性而在折叠过程期间产生的组装缺陷。
另一方面，为了检测由金属异物引起的短路，使用了具有与汉字(田)相对应的形状的夹具。在将电池单体存储在夹具中之后，使用在挤压单体的本体部分时通过HI-POT测试来检测低电压的方法。然而，因为用于挤压单体的压力不足以在组装过程中在可能发生的分隔件缺陷部分处产生短路，所以具有与汉字(田)相对应的形状的夹具具有难以准确地检查的问题。
韩国专利公开No.10-2016-0068244和No.10-2014-0138383公开了一种用于筛选电极组件的缺陷的设备和方法。具体地，公开了将电极组件放置在基板上、用夹具挤压电极组件的顶表面同时施加电流以诱发内部短路的技术。
然而，所提出的技术涉及关于单个电池单体的装置和方法，并且难以在短时间内检查大量的单体。此外，所提出的技术具有局限性，因为没有详细描述通过施加电流来检查电极组件是否短路的原理。另外，当加压未注入电解质的电极组件时，存在以下问题：由于高机械刚度，使得难以克服压力来接触正电极和负电极之间的界面，从而难以准确地确定缺陷。
另外，传统上，通过电压测量基于电压降值来确定缺陷的技术已经被主要用于缺陷检查。然而，存在至少需要30分钟才能知道测试结果的问题。
因此，为了解决以上问题，有必要开发一种用于对大量电池单体进行快速且准确的低电压故障筛选的检测方法和设备。
发明内容
技术问题
本发明的目的是解决现有技术的上述问题和过去所需要的技术问题。
本发明的目的是识别由于通过现有的低电压故障筛选方法难以检测的、在组装过程中产生的除异物之外的分隔件缺陷引起的低电压故障，并且提供一种能够通过对大量未充电的电池单体应用夹具挤压方案的压力短路检查来在短时间中执行检查的方法。
本发明的又一目的是提供一种压力短路检查装置，其能够通过利用传统上用于压力短路检查的激活夹具来一次检查多个电池单体，而不会干扰生产速度并且不需要另外的设备。
然而，本发明的目的不限于上述目的，本领域技术人员根据以下描述将清楚地理解未提及的其它目的。
技术方案
根据本发明的一种用于检查短路以检测低电压故障单体的方法包括如下步骤：对多个电池单体进行预老化(S100)，所述多个电池单体中的每一个通过将电极组件容纳在电池容器中、然后注入电解质并将所述电池容器被密封来制造，在所述电极组件中，在分隔件被置于正电极和负电极之间的情况下所述正电极和负电极被堆叠；将该多个电池单体容纳在激活夹具中(S200)；挤压激活夹具(S300)；和检查电池单体的电流(S400)。
在本发明的实施例中，该方法可以在第一化成过程之前执行。
在本发明的实施例中，该方法可以进一步包括如下步骤：在挤压激活夹具(S300)之前、期间或之后，测电池单体的开路电压(OCV)。
在本发明的实施例中，检查电池单体的步骤(S400)可以包括如下步骤：向电池单体施加恒定电压(S410)；以及通过测量泄漏电流来检测分隔件缺陷(S420)。此时，所施加的电压的范围可以是从电池单体的开路电压到电池单体的开路电压+500μV，优选地从电池单体的开路电压到电池单体的开路电压+50μV。
在本发明的实施例中，检测分隔件缺陷的步骤(S420)可以包括测量泄漏电流2到10秒。
在本发明的实施例中，当所测量的泄漏电流的平均值超过0.08mA时，可以确定存在分隔件缺陷，并且分隔件缺陷可以包括分隔件的撕裂、折叠或刺穿。
在本发明的一个实施例中，分隔件的撕裂面积可以大于0mm2并且小于26.0mm2，并且更具体地大于2.0mm2并且小于4.5mm2。
在本发明的实施例中，在挤压激活夹具的步骤(S300)中，挤压力在1MPa到5MPa之间，更优选地在2.83MPa到3.34MPa之间。
在本发明的实施例中，用于通过加压来检查短路的方法可以被应用于袋型二次电池单体。
在本发明的实施例中，挤压激活夹具的步骤(S300)可以包括：通过附接到激活夹具的压力垫来挤压电池单体，并且压力垫接触电池单体的部分可以是电池单体的本体部的边缘部分。
在本发明的实施例中，要检查的电池单体的荷电状态(SOC)可以为10％或更小。
有利效果
根据本发明的用于检测低电压故障单体的夹具加压型的压力短路检查方法，由于检查了具有大单位容量电压变化率、SOC为10％或以下的电池单体，因此可以大大缩短达到所施加的电压的时间，并且可以在几秒或几十秒内检测到由于分隔件缺陷而产生的低电压故障单体。
另外，当由于电极/分隔件/结合剂通过预老化过程吸收电解质而降低了机械刚度时来实施本发明的检查方法，这对于正电极和负电极之间的界面接触是有利的。因此，优点在于，可以准确地检测在折叠过程中产生的几mm2到几十mm2的细微水平的缺陷，这是传统检查方法难以检测到的。
另外，由于在本发明的检查方法中使用的检查装置能够利用用于激活多个电池单体的激活夹具，因此能够对大量的电池单体执行压力短路检查，从而减少了检查时间。
另外，通过使用激活夹具，无需制造另外的设备，并且可以在检查之后移除压力垫之后立即执行激活过程(夹具化成)，从而不会降低电池生产速度。
附图说明
图1是示出根据电池的充电和放电容量(SOC)的电压和电压变化率的曲线图。
图2是示出通过电池单体加压的内部短路结构的概略图。
图3到5概略地示出附接了本发明的激活夹具的压力垫的各种实施例和本发明的压力短路检查的概念。
图6是示出本发明的压力短路检查装置1的概略图。
图7是示出本发明的激活夹具100的概略视图。
图8是示出压力被施加到本发明的激活夹具100的结构的概略视图。
图9是示出包括本发明的用于执行电流检查的检查设备200的压力短路检查装置1的概略图。
图10和11是根据本发明的一个实施例测量的泄漏电流随时间变化的曲线图。
图12示出根据本发明实施例的用于相应的分隔件缺陷尺寸的泄漏电流范围值。
图13示出根据本发明实施例的用于相应压力的泄漏电流范围值。
具体实施方式
在本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为限于普通或词典术语，发明人可以适当地定义术语的概念，以最好地描述其发明。术语和词语应被解释为与本发明的技术思想一致的含义和概念。因此，在说明书中描述的实施例和在附图中描述的构造仅是本发明的最优选实施例，但不代表本发明的所有技术思想。应当理解，在提交本申请时，可以有各种等同形式和变型代替它们。
同样，在整个说明书中，当将元件称为“包括”一元件时，应当理解，该元件也可以包括其它元件，除非另外具体说明。
如在整个说明书中所使用地，术语“大约”、“基本上”等用于表示当呈现独特的制造和材料公差时的值或类似的值，并且这些术语用于防止不道德的侵权者不公平地使用包括准确或绝对数字的本公开，以帮助理解本公开。
在整个说明书中，在马库什形式的表达中使用的术语“其组合”意味着选自由以马库什形式表示描述的元素组成的组的一种或多种混合物或组合，并且它旨在包括选自以上构件组成的组中的一种或多种。
在整个说明书中，表述“A和/或B”意味着“A或B或这两者”。
在下文中，将详细描述本发明。
在二次电池中，制造具有正电极、负电极和被置于正电极和负电极之间的分隔件的电极组件。电极组件与电解质一起被容纳在电池容器中，并被组装成电池单体。
由于在制造电极组件的组装过程中可能出现的各种缺陷形式，从而可能发生低电压故障。具体地，引起低电压的组件缺陷的类型包括分隔件的折叠、分隔件的撕裂和分隔件的刺穿。
特别地，在堆叠-折叠电池单体的情况下，由于组装过程的特性，容易产生在折叠时发生上述分隔件缺陷。然而，在堆叠-折叠电池单体内存在上述分隔件缺陷的情况下，存在如下限制：难以通过使用传统上用于检测由异物引起的缺陷的视觉检查来准确地执行检查。
另外，根据用于检查由于异物引起的低电压故障的传统方法，在使用具有与汉字(田)相对应的形状的夹具挤压单体的本体部以检测可以由异物引起的内部短路时，执行HI-POT测试。然而，上述夹具存在以下限制：因为由于缺乏推动夹具的单体的力而难以在组装过程期间产生的分隔件缺陷的部分处产生短路，所以难以准确地执行检查。
因此，本发明公开了一种压力短路检查方法，用于在预老化步骤中通过电池单体的压力短路检查来检测低电压故障，以解决以上问题。
在下文中，将描述通过夹具压力进行的压力短路检查方法。
根据本发明实施例的压力短路检查方法包括：
对电池单体进行预老化(S100)，该电池单体通过将电极组件容纳在电池容器中、然后注入电解质并且密封电池容器来制造，在所述电极组件中，在分隔件被置于正电极和负电极之间的情况下堆叠正电极和负电极；
将多个电池单体容纳在激活夹具中(S200)；
挤压激活夹具(S300)；并且
检查电池单体的电流(S400)。
图2是通过压力引起电池单体的内部短路的概略图。参考该图，在分隔件的缺陷部中，通过加压使正电极和负电极直接接触，从而引起内部短路。
根据本发明的压力短路检查方法如下所述：通过如上所述对电池单体加压，使得分隔件被物理损坏的部分的正电极和负电极物理接触，以被电连接。当预定范围的恒定电压被施加到这样的电池单体时，产生泄漏电流，以在短路的电池单体中维持所施加的电压。由于泄漏电流，短路的电池单体的测量电流值不可避免地大于正常单体的测量电流值，所以确定为：在施加恒定电压之后，所测量电流值超过预定参考电流值的电池单体具有缺陷。
本发明的压力短路检查方法的特征在于，检查放电状态接近10％或更小的SOC的电池单体。
图1是示出当特定电池单体以0.02C的C-速率放电时根据SOC而变化的电压和单位容量的电压变化率的曲线图。参考该图，能够看出，在SOC为10％或更小的区域中，单位容量的电压变化率(dV/dSOC)显著大于其它区间中的单位容量的电压变化率(dV/dSOC)。这意味着，当电压被施加到具有10％或更小的SOC的电池单体时，达到所施加的电压的时间急剧地缩短。因此，在本发明的短路检查方法中，当向电池单体施加恒定电压时，在几秒或几十秒内就达到所施加的电压。这样，可以从在施加电压之后的几秒到几十秒内所测量的电流值来确定电池单体是否具有缺陷，从而显著减少检测缺陷单体所需的时间。
因此，本发明的压力短路检查方法优选地在第一化成过程之前执行。化成过程是在放电状态下对电池单体进行充电和激活的过程，并且可以用大约10到40％的SOC对电池单体进行充电，但是本发明不限于此，并且能够使用各种形式的已知化成过程。
本发明的检查方法在第一化成过程之前执行，从而显著减少检测缺陷单体所需的时间，并且甚至检测微小的分隔件缺陷。
当在第一化成过程期间对二次电池单体充电时，在电极的界面处形成气体和具有不导电特性的SEI膜，这导致正电极和负电极之间的接触电阻增加，从而使得难以检测微小的分隔件缺陷。因此，本发明的检查方法优选地在第一化成过程之前执行。
另外，本发明的检查方法的特征在于，其在当通过预老化步骤或预老化使电解质的润湿变得充分时执行。如上所述，本发明的检查方法允许通过加压使得正电极和负电极在分隔件的缺陷部处彼此物理接触。这样，当电解质被电极/分隔件/结合剂充分吸收时，降低了它们的机械刚度，这对于正电极和负电极之间的界面接触非常有利。因此，当在预老化步骤期间或当预老化已经完成时执行本发明的检查方法时，对于检测由微小的分隔件缺陷引起的缺陷更为有效。
预老化步骤(S100)的电池单体可以如下制造。首先，包括电极活性材料和结合剂的电极混合物被施加到电极集电器，以分别制备正电极和负电极，然后通过在正电极和负电极之间置入分隔件来制备电极组件。此后，在电池容器中制造电极组件之后，注入电解质，并且密封电池容器，从而制造电池单体。这里，实施预老化过程，从而电解质被充分地浸渍在电极/分隔件/结合剂中。
电极组件可以是果冻卷(缠绕)电极组件、堆叠(层叠)电极组件、堆叠-折叠电极组件等。即使在通过传统方法难以检测缺陷的堆叠-折叠电极组件中，也能够通过本发明的检查方法检测甚至微小的分隔件缺陷。
可以采用在现有技术中常用的电池容器，并且根据电池的用途，对外观没有限制，但是因为电池容器是柔性的，所以本发明的测试方法优选地应用于如下电池：由于加压引起的压力能够被很好地传递到电极组件，诸如袋型电池。
在预老化步骤中，电池单体可以在室温和大气压下被存储0.5到72小时，使得电解质能够很好地渗透到正电极和负电极中。室温可以在例如20到30℃、优选地22到28℃、更优选地23到27℃、并且最优选地25到27℃的温度下实施，但是它不限于这些实例和各种形式，而是能够使用已知的预老化过程的各种形式。
接下来，执行在激活夹具中容纳已经经历预老化过程的多个电池单体的步骤(S200)。激活夹具是被设计为同时挤压大量电池单体的装置，并且可以包括用于连接外部电力系统以施加电压的连接单元和/或用于测量施加到激活夹具的电流的测量装置。
在下文中，将详细描述本发明的激活夹具。
图6是示出根据本发明实施例的包括激活夹具100和电流检查设备200的压力短路检查装置1的概略图，并且图7是示出根据本发明实施例的激活夹具100的概略视图。参考图6和7，激活夹具100是具有其上安装有多个电池单体110并对电池单体110加压的装置。激活夹具100包括：多个板120，所述多个板上安装有大量电池单体110；压力驱动单元130，所述压力驱动单元用于向所述板的一个表面施加压力；负荷传感器150，用于测量施加到所述板的一端的压力；和用于缓解压力的弹簧160。
电池单体110、负荷传感器150或弹簧160被置于板120之间的每个空间处。具体地，多个板120沿着竖直线布置在下基板(未示出)上，并且电池单体110、负荷传感器150或弹簧160可以位于板120之间。具体地，板120的一侧上安装有负荷传感器150，板120的另一侧与压力驱动单元130接触，并且板120的中心安装有电池单体110。
在这些板中，用于挤压电池单体的板的至少一个表面上可以附接有压力垫140。压力垫可以被附接为更有效地对电池单体的、分隔件上预期发生损坏(诸如分隔件的撕裂、折叠或刺穿)的部分加压。压力垫可以被附接在用于本发明的压力短路检查的激活夹具上，然后在完成检查之后，压力垫可以从用于随后的过程的激活夹具拆离。
负荷传感器150是通过被安装在最外板和与其相邻的板之间来检测压力的装置。详细地，当通过压力驱动单元150将压力施加到存在于板之间的电池单体110时，负荷传感器以kgf为单位测量压力，从而施加适当水平的压力。即，测量挤压力的作用在于确定不使电池单体物理损坏的压力。如果挤压力过高，则存在电池单体中的电极可能脱落或电池容器的外观可能受损的问题。另一方面，如果挤压力过低，则正电极与负电极彼此不接触，从而不会发生内部短路。因此，未执行准确的缺陷检查。
压力驱动单元130与其中负荷传感器150不位于此处的最外板接触。压力驱动单元130是将压力施加到相邻的板的一个表面的装置。具体地，压力驱动单元130通过挤压位于板之间的电池单体110来诱发电池单体中的短路。优选的是，压力驱动单元130的形状是平面形状，并且尺寸可以对应于板的平面。
可以考虑到电极组件的厚度、袋的厚度、挤压时间、分隔件的物理性质等适当选择压力驱动单元的挤压力，但是优选为1到5MPa，更优选2.83到3.34MPa。如果挤压力小于1MPa，则由于未向电池单体施加适当的压力而难以检测到缺陷，而如果挤压力大于5MPa，则可能造成电池单体受损。
弹簧160用于缓解压力，并且位于两个端板和相邻的板之间，以缓解安装在中心板之间的电池单体上的压力。即，弹簧160可以分别位于安装有负荷传感器150的板和相邻板之间以及位于与压力驱动单元130接触的板和相邻板之间。
在本发明中，通过具有上述构造的激活夹具100执行夹具加压。图8是示出压力被施加到本发明的激活夹具100的结构的概略视图。由于本发明的检查方法使用能够对大量电池单体加压的激活夹具100，因此与传统上对单个单体加压以检查低电压故障的方法相比，可以一次检查多个单体。因此，时间和成本方面是有效率的。
在本发明中，能够利用化成过程中使用的激活夹具。当通过使用激活夹具执行本发明的检查方法时，压力垫被附接在激活夹具上。在完成所述检查之后，通过将压力垫从激活夹具拆离以用于随后的过程，能够连续地执行化成过程。因此，可以使用现有的激活设备来实施压力短路检查，这不要求另外的设备(诸如对现有设备进行改造)，并且可以一次检查多个单体而不会干扰生产速度。
接下来，执行挤压激活夹具的步骤(S300)。
图8是示出根据本发明实施例的通过激活夹具100对电池单体加压的过程的概略图。参考该图，当电池单体110被安装在挤压板120之间时，通过压力驱动单元130的操作来使得挤压板120前进，以减小挤压板120之间的距离，从而同时对电池单体110加压。当内部分隔件损坏时，该压力防止电池单体将正电极和负电极绝缘。
此时，挤压力可以为1MPa到5MPa，优选为2.83到3.34MPa。如果挤压力小于1MPa，则由于未向电池单体施加适当的压力，从而难以检测到缺陷，而如果挤压力大于5MPa，则可能使得电池单体受损。
当通过使用激活夹具100对电池单体加压时，可以通过将压力垫140附接到挤压板120来对电池单体加压。压力垫140可以仅有效地挤压电池单体内部的缺陷部分，并且防止对电池单体的直接损坏。
压力垫优选地被附接到电池单体的本体角部，即，挤压板的能够挤压角部部分的对应部分。这是因为，分隔件缺陷主要发生在电池单体本体的四个角部处，因此有效地对很可能发生分隔件缺陷的部位进行加压。通过将压力垫附接到这样的挤压板以对电池单体加压，可以有效地挤压可能发生分隔件的撕裂、折叠和刺穿的缺陷部位，并诱发暴露的电极的短路。
图3到5是示出根据本发明实施例的挤压垫的挤压部分的概略图。参考图3到5，压力垫接触电池单体的部分是电池单体的本体部的一部分，并且是频繁发生分隔件上的损坏的本体角部的边缘部分。图3到5示出压力垫仅被附接到板的一侧，但不限于此，而是可以被附接到板的两侧。
挤压板与电池单体接触的部分可以具有如下形式：在如图3所示、电池单体本体的两端处的电极端子所在的部分处，其沿着正交于电极端子延伸的方向延伸，同时具有预定的宽度d，即，其沿着电池单体的宽度方向延伸。可替代地，它也可以具有如图4所示、在电池单体本体部的纵向方向上延伸的形式。可替代地，它可以具有如图5所示、具有预定宽度d和形成在其中心部分中的间隙的矩形环的形式。
另外，图3到5所示类型的压力垫可以被附接到挤压板的一侧，并且具有能够挤压电池单体本体部的整个区域的立方体形状的压力垫可以被附接到挤压板的另一侧。
将根据要检查的电池单体的尺寸与分隔件的缺陷的尺寸和位置来确定压力垫的形状和尺寸，但是在本发明的实施例中，压力垫具有如下立方体形状：具有恒定的宽度d。参考图3到5，压力垫可以具有长立方体的形状，其具有恒定的宽度d。
在这种情况下，宽度d优选为至少2cm，更优选为2到4cm。当压力垫的宽度小于2cm时，由于在电池单体的、可能发生分隔件缺陷的部分上的加压不足，从而在缺陷检测方面存在限制。
另外，压力垫可以具有1到10mm、优选为3到9mm、更优选为5到8mm的厚度。厚度可以被定义为压力垫的、对应于从板到电池单体的距离的长度。当压力垫的厚度过小时，不易有效地挤压缺陷部，当厚度过大时，电池单体的边缘可能被损坏。
如果压力垫的长度对应于要检查的电池单体的宽度或要检查的电池单体的长度，则压力垫的长度足够。参考图3，压力垫的长度是与电池单体的宽度相对应的长度。参考图4，压力垫的长度是与电池单体的长度相对应的长度。
另外，压力垫的材料没有特别限制。然而，当使用硬度过低的材料时，随着压力垫的伸长，其外观可能会因单体袋的伸长而受损。因此，优选弹性天然橡胶或合成聚合物材料，特别优选聚氨酯基聚合物材料，因为它能够有效地挤压电池单体。
在挤压激活夹具之前、期间或之后，可以另外地包括测量要检查的电池单体的开路电压(OCV)的步骤(S300)，并且该步骤用于设定在此后检查电流的步骤(S400)中、在施加恒定电压时施加的电压的范围。由于电池单体的加压不影响电池单体的电压，因此将在电流检查之前测量要检查的电池单体的电压。可以在通过激活夹具挤压电池单体之前执行电池单体的电压的测量。也可以在通过激活夹具进行挤压时执行电池单体的电压的测量。也可以在加压之后、检查电流之前执行电池单体的电压的测量。
接下来，通过执行电池单体的电流检查步骤(S400)，检测由电池的分隔件的缺陷引起的缺陷。具体地，电流检查步骤(S400)包括：将电压施加到电池单体的步骤(S410)；和通过测量泄漏电流来检测分隔件缺陷的步骤(S420)。
检查电流的步骤(S400)如下。在施加电压的步骤(S410)中，施加恒定电压(CV)。在测量泄漏电流的步骤(S420)中，计算泄漏电流值的平均值，所述泄漏电流值被实时地测量2到10秒，并且当该平均值超过参考值时，它被确定为由于分隔件缺陷而导致的缺陷电池单体。
在检查电流的步骤(S400)中，通过测量在施加电压时流过电池单体内部电阻构件的电流来确定电池单体是否具有缺陷。为此，容纳在激活夹具中的多个电池单体中的每个电池单体的电极端子被连接到电流检查设备。参考图6和9，其上安装有多个电池单体的激活夹具100和电流检查设备200被彼此电连接。
图9示出根据本发明实施例的检查设备200。参考该图，检查设备200包括：电力系统210，所述电力系统作为用于对被加压的电池单体执行电流检查的设备用于将电压施加到电池单体；和用于测量过泄漏电流的电流测量装置220。
电力系统210可以包括：电压产生单元，所述电压产生单元用于产生电压，以将电压施加到多个电池单体；和连接端子，所述连接端子被连接到每个电池单体的电极引线，以将从电压产生单元供应的电压连接到每个电池单体。
电流测量装置220测量流过由电力系统210向其施加电压的电池单体的泄漏电流。在将电压施加到电池单体之后，电流测量装置220能够通过直接测量泄漏电流来确定是否存在泄漏电流，从而检测缺陷电池单体。
所施加的电压的范围可以是从在先前步骤中测量的电池单体的开路电压到开路电压+500μV，优选地从开路电压到开路电压+50μV，并且最优选地从开路电压到开路电压+20μV。当所施加的电压的值超过开路电压+500μV时，电池单体被充电，从而导致小的单位容量电压变化率。因此，因为电流根据时间变化的曲线图类型发生改变或电流在开始时大幅上升，电流稳定需要花费长的时间，这是不理想的。
当如上所述向电池单体施加恒定电压时，由于加压而发生内部短路的电池单体需要更多电流来维持所施加的电压，从而比普通电池单体具有更大的泄漏电流。因此，根据本发明的检查方法，可以将所测量的泄漏电流超过预定参考值的电池单体识别为由于分隔件缺陷而导致的缺陷电池单体。
被测量2到10秒的泄漏电流的平均值被用作泄漏电流值。具体地，通过将被测量2到10秒的电流平均值与预定参考值进行比较，可以识别由于分隔件缺陷而导致的缺陷电池单体。
在本发明的实施例中，0.08mA被设定为缺陷参考值，具有超过0.08mA的平均泄漏电流的电池单体被检测为缺陷电池单体。在该实施例中，检测的准确度接近100％。另外，根据本发明的实施例，当由压力夹具施加的压力增加时，良好电池单体和缺陷电池单体之间的电流值差可以增加到0.1mA或更大。
传统上，为了检测低电压故障电池单体，通过将两个不同时间点处的开路电压(OCV)差与参考值进行比较而产生的电压降(dOCV)值来确定二次电池是否具有缺陷。通过该电压降进行检查的效率受到限制，因为它花费多于30分钟的时间。另一方面，根据本发明的检查方法，可以在几秒到几十秒内检测出由于分隔件缺陷引起的缺陷电池单体，从而提高生产率，并且与通过电压降的方法相比，该检查方法受温度影响较小，这是一个优点。
在下文中，将详细描述应用了本发明的检查方法的电池单体。
可以根据具有电极和置入其间的分隔件的电极组件的类型对电池单体进行分类。电极组件的代表性实例包括：果冻卷(缠绕)电极组件，其具有这样的结构，分隔件被置于长片型正电极和负电极之间并被缠绕；堆叠型电极组件，其具有这样的结构：被切割为预定尺寸单元的多个正负电极被顺序地堆叠，并且分隔件被置入其间；和堆叠-折叠电极组件，其具有这样的结构：在预定单元的正负电极之间置入分隔件的状态下，诸如双单体或全单体这样的单元单体与分离膜一起缠绕。在这些电极组件中，在堆叠-折叠电极组件的情况下，由于诸如粗心或在将电极组件与分离膜组装的过程中的错误等各种原因，分离膜或分隔件可能受到损坏。通常，可能发生分隔件的撕裂、折叠和刺穿。这样，电极表面的一部分可能从分隔件暴露，如果在正电极和负电极之间没有接触的情况下，在该部分中由于分隔件的厚度而发生加压，则可能发生内部短路。由于在正电极和负电极之间在界面处的接触，这种分隔件缺陷可能导致电池性能劣化、爆炸等。
在通过本发明的检查方法检测到的分隔件撕裂的情况下，当面积大于0和26.0mm2，优选地2.0到4.5mm2时，可以进行有效的检测。
通常，电池单体可以是锂二次电池，并且一般的锂二次电池包括正电极、负电极、分隔件和电解质。
例如，可以通过将正电极活性材料、导电材料和结合剂的混合物涂覆在正电极集电器上、随后进行干燥来制备正电极。如果必要，则可以将填料进一步添加到混合物。
正电极活性材料可以是层状化合物，诸如钴酸锂(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)，或被一种或多种过渡金属取代的化合物；锂锰氧化物，诸如Li1+xMn2-xO4(这里，x在0和33之间)、LiMnO3、LiMn2O3和LiMnO2；氧化锂铜(Li2CuO2)；钒氧化物，诸如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5和Cu2V2O7；用LiNi1-xMxO2(这里，M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，并且x＝0.01到0.3)表达的锂镍氧化物；用LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，并且x＝0.01到0.1)或Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表达的锂锰复合氧化物；LiMn2O4，其中一部分Li被碱土金属离子取代；二硫化物；Fe2(MoO4)3等，但不限于此。
基于包括正电极活性材料的混合物的总重量，通常以1到30重量％的量添加导电材料。这种导电材料不受特别限定，只要它具有导电性而不在电池中引起化学变化即可，其实例包括：石墨，诸如天然石墨和人造石墨；炭黑类，诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、凹槽法黑、炉法黑、灯黑和夏黑；导电纤维，诸如碳纤维和金属纤维；金属粉，诸如氟化碳、铝和镍粉；导电威士忌(whiskey)，诸如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，诸如氧化钛；和导电材料，诸如聚苯撑衍生物等。
基于包含正电极活性材料的混合物的总重量，以1到30重量％的量添加结合剂作为有助于在活性材料和导电材料之间的结合和到集电器的结合的组分。这种结合剂的实例包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯丁烯橡胶、氟橡胶、各种共聚物等。
填料可选地用作用于抑制正电极的膨胀的成分，并且不受特别限制，只要它是纤维状材料而不会在电池中引起化学变化即可。填料的实例包括：烯烃聚合物，诸如聚乙烯和聚丙烯；纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
此外，可以通过将负电极活性材料涂覆在负电极集电器上、并干燥负电极活性材料而形成负电极。可选地，负电极可以进一步包括上述成分。
负电极活性材料的实例包括：碳，诸如非石墨化碳和石墨碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe’yOz(Me:Mn、Fe、Pb、Ge；Me’：Al、B、P、Si、周期表的第1、2和3族、卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂合金；硅合金；锡合金；金属氧化物诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和Bi2O5；导电聚合物诸如聚乙炔；和Li-Co-Ni基材料。
分隔件被置入正电极和负电极之间，并且使用具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜。分隔件的孔直径通常为0.01到10微米，并且厚度通常为5到300微米。这样的分隔件的实例包括：具有化学耐受性并且疏水的烯烃基聚合物，诸如聚丙烯；由玻璃纤维、聚乙烯等制成的片材或无纺布。当使用诸如聚合物的固体电解质作为电解质时，该固体电解质还可以用作分隔件。
电解质由极性有机电解质和锂盐组成。非水液体电解质、有机固体电解质、无机固体电解质等被用作电解质。
非水液体电解质的实例包括N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1，2-二甲氧基乙烷、四羟基呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲基亚砜、1，3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、焦磷酸甲酯、丙酸乙酯等。
有机固体电解质的实例包括聚合物电解质，诸如聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、搅拌赖氨酸、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、包括离子离解基团的聚合物等。
无机固体电解质的实例包括Li的氮化物、卤化物和硫酸盐，诸如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH和Li3PO4-Li2S-SiS2。
锂盐是可溶于非水电解质中的物质。锂盐的实例包括LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂肪族羧酸锂、4-苯基硼酸锂、酰亚胺等。
为了改善充电/放电特性、阻燃性等，吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、n-甘醇二甲醚、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝等可以被添加到非水电解质。在某些情况下，可以进一步添加诸如四氯化碳或三氟化乙烯的含卤素溶剂，以赋予不燃性，或者可以进一步添加二氧化碳气体以改善高温存储特性。
在下文中，将参考例详细描述本发明。然而，根据本发明的实施例可以被修改为各种其它形式，并且本发明的范围不应被解释为限于以下描述的实例。提供了本发明的实例以向本领域技术人员更充分地描述本发明。
参考例
具有双单体的构造的堆叠-折叠单体电极组件被容纳在层压板的袋型电池容器中，并填充电解质，然后密封电池容器，以制造电池单体。
制备例1
除了添加缺陷，使得在第一双单体和第二双单体之间的间隙分隔件中、展开堆叠-折叠单体电极组件并开始折叠的折叠工具(Gripper)与其形成接触的分隔件的两端的角部处的总撕裂面积为2.0mm2之外，以与在参考例中相同的方式制造电池单体。
制备例2
除了添加缺陷，使得总撕裂面积为4.5mm2之外，以与制备例1中相同的方式制造电池单体。
制备例3
除了添加缺陷，使得总撕裂面积为26.0mm2之外，以与制备例1中相同的方式制造电池单体。
实例1
制备分别如参考例和制备例1到3中那样制造的十个电池单体，并且在室温下对其进行预老化。在预老化的第三天制备如图6所示的激活夹具，并且在能够挤压如图3所示、电池单体的电极端子在挤压板中所在位置的两端的边缘的位置处制备激活夹具100，所述激活夹具100具有由宽度为2.5cm的热塑性聚氨酯(PU)材料制成的压力垫。
之后，预老化的电池单体被容纳在激活夹具的板之间的空间中，并且每个所容纳的电池单体的每个电极端子被连接到检查设备200，以对应于用于当前检查的极性。
此后，通过激活夹具的压力驱动单元使挤压板前进，以将电池单体加压到2.83MPa的压力，并且在加压期间测量电池单体的开路电压。所测量的电池单体的开路电压的平均值为279mV。此后，施加279.10mV的恒定电压，该电压大10μV，并且通过测量泄漏电流10秒，图10中示出根据时间而变化的泄漏电流值。
实例2
当在实例1中通过激活夹具对电池单体加压时，除了压力被设定为3.34MPa，以与在实例1中相同的方式执行加压和电流测量，在图11中示出随时间变化的泄漏电流值。
图10和11是示出在参考例和制备例1到3的电池单体中、电流在施加电压之后立即快速增加然后电流收敛到恒定值并且稳定的曲线图。详细地，能够看出，与所施加的压力无关，没有分隔件缺陷的参考例的电池单体具有0mA的泄漏电流。另一方面，在具有分隔件撕裂损坏的制备例1到3的电池单体的情况下，泄漏电流被稳定为大于0mA的恒定值。这可能是因为通过加压而在具有分隔件上的损坏的电池单体中引起内部短路，并且在内部短路中产生泄漏电流。另外，能够看出，在制备例1到3的电池单体中挤压力增加的实例2的情况下，泄漏电流进一步增加。
此外，当通过激活夹具进行加压时的压力为2.83Mpa时，计算出被测量2到10秒的泄漏电流的平均值。在图12中示出根据分隔件缺陷的面积的平均泄漏电流值的分布。参考图12，能够看出，泄漏电流随着分隔件的撕裂面积的增加而增加。这推测是因为分隔件的撕裂面积越大，电流施加的量越大，并且泄漏电流越大。
另外，在图13中示出根据参考例和生产实例1到3的电池单体的压力的平均泄漏电流值的分布图。参考图13，能够看出，在2.83MPa和3.34MPa的两个压力条件下，参考例的电池单体具有0mA的泄漏电流。另一方面，在具有缺陷分隔件的制备例1到3的电池单体中，在2.83MPa和3.34MPa的两个压力条件下的泄漏电流均超过0.08mA，并且在3.34MPa的压力条件下的泄漏电流分布稍高于在2.83Mpa的压力条件下的泄漏电流分布。
如上所述，根据本发明的压力短路检查方法，通过挤压电池单体以诱发内部短路并通过电流检查测量所产生的泄漏电流值，可以准确地检测出由于分隔件缺陷引起的低电压故障电池单体。
本领域技术人员将理解，在不脱离如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
附图标记的说明
1：压力短路检查装置
10：正电极集电器
20：正电极混合物
30：分隔件
40：负电极混合物
50：负电极集电器
60：通过加压引起的短路区域
100：激活夹具
110：电池单体
120：板
130：压力驱动单元
140：压力垫
150：负荷传感器
160：弹簧
200：检查设备
210：电力系统
220：电流测量装置

Claims (16)

1.一种用于检查短路的方法，所述方法包括如下步骤：
对多个电池单体进行预老化(S100)，所述多个电池单体中的每一个通过将电极组件容纳在电池容器中、然后注入电解质并将所述电池容器密封来制造，在所述电极组件中，在分隔件被置于正电极和负电极之间的情况下所述正电极和所述负电极被堆叠；
将所述多个电池单体容纳在激活夹具中(S200)；
挤压所述激活夹具(S300)；和
检查所述电池单体的电流(S400)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法在第一化成过程之前执行。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：在挤压所述激活夹具(S300)之前、期间或之后，测量所述电池单体的开路电压(OCV)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，检查所述电池单体的步骤(S400)包括如下步骤：
向所述电池单体施加恒定电压(S410)；和
通过测量泄漏电流来检测分隔件缺陷(S420)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所施加的电压的范围是从所述电池单体的开路电压到所述电池单体的所述开路电压+500μV。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所施加的电压的范围是从所述电池单体的所述开路电压到所述电池单体的所述开路电压+50μV。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，检测所述分隔件缺陷的步骤(S420)包括：测量所述泄漏电流2到10秒。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，当所测量的泄漏电流的平均值超过0.08mA时，确定为存在分隔件缺陷。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述分隔件缺陷包括所述分隔件的撕裂、折叠或刺穿。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述分隔件的撕裂面积大于0mm2并且小于26.0mm2。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述分隔件的撕裂面积大于2.0mm2并且小于4.5mm2。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，要检查的所述电池单体的荷电状态(SOC)为10％或更小。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，在挤压所述激活夹具的步骤(S300)中，挤压力在1MPa到5MPa之间。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，在挤压所述激活夹具的步骤(S300)中，挤压力在2.83MPa到3.34MPa之间。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，挤压所述激活夹具的步骤(S300)包括：通过附接到所述激活夹具的压力垫来挤压所述电池单体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述压力垫接触所述电池单体的部分是所述电池单体的本体部的边缘部分。
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