CN115343158B - 一种软包电池异物耐受力检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种软包电池异物耐受力检测方法，涉及电池检测领域，采用电池最小单元进行检测，包括以下步骤：对异物进行属性和大小分组；调整测试变量，在两软包电池之间放置异物，贴合两软包电池并施加压力使两软包电池相向挤压；测试变量包括异物属性、异物放置位置、异物数量、异物大小以及施加压力值；每次施加压力后分析电池状态，并记录测试变量值和对应的电池状态，测试变量包括异物大小和施加压力值。本发明方案用以检测不同电芯产品对异物的耐受能力，在电池的最小单元进行测试，最大限度的排除了其他非相关因素的影响，检测结果更直接有效。

Description

一种软包电池异物耐受力检测方法

技术领域

本发明涉及软包电池检测领域，尤其涉及一种软包电池异物耐受力检测方法。

背景技术

软包电池在目前市场上应用极为广泛，在生产、加工、装配、运输等过程中难免有金属杂质进入到电池内部。如金属异物过大或收到外界较大冲击，很有可能造成内部短路而引发危险。

目前对于软包电池中金属异物普遍研究的是控制和检测异物，对于电池对金属异物的耐受能力主要是参考国标、国际标注、欧标等通用的标准进行测试，如：IP防护、防异物测试、针刺测试等。针对电池自身的金属异物的耐受检测，并无明确标准。

1.针对每种电池的生产商产线清洁度控制能力、电池自身的防护、以及电池性能的不同，通用标准只是可以检测是否达到某个标准，而并未知道不同产品对金属异物的耐受能力。

2.常规标准测试工况相对单一，而且多为短周期测试，对于长周期的检测无法获得。

3.现有产品常规会在模组或者电池包层级进行测试，测试变量较多，如发现其他因素导致的失效，无法进行快速有效的辨别。

4.现有检测标准仅针对目前的市场电池的要求，随着技术的发展，测试标准会有相应的调整，对于金属异物的检测需要重新进行。

现有检测标准仅考核电池自身是否可以达标，对于产线清洁度控制及包装运输标准等无特殊参考依据。

发明内容

为了解决研究软包电池对金属异物的耐受能力的检测，本发明提出了一种软包电池对金属异物耐受力的检测方。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种软包电池异物耐受力检测方法，采用电池最小单元进行检测，包括以下步骤：

1)将异物根据尺寸分为从大到小若干测试组；

2)分别将从大到小分组的异物进行测试，包括：在两软包电池之间放置异物，贴合两软包电池并施加压力使两软包电池相向挤压，依次施加从大到小的压力值，单次施压保持压力值预设时间；

3)每次施加压力后分析电池状态，并记录测试数据和对应的电池状态；

4)当前检测组施加压力范围之后，若存在不合格的电池状态，减小异物尺寸重复2)和3)步骤。

其中，步骤2)和3)具体包括：确定异物属性、异物放置位置和异物数量，然后执行：

若干组尺寸从大到小的异物，依次施加从大到小的压力，每次施加压力后分析电池状态，若当前组施加压力后电池状态均合格，结束测试；

若电池状态存在不合格，更换下一档异物尺寸进行测试；

记录异物大小、压力及对应电池状态。

作为一种优选方案，分析电池状态的方法包括：

每次施加压力后，依次进行目测、电性能检测、铝塑膜检测和极片检测，任何一步检测不合格则更换下一档异物尺寸或压力进行测试。

其中，依次进行目测、电性能测试、铝塑膜测试和极片检测的方法包括：

目测外观是否破损，若破损，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测；

若未破损，检测电性能、绝缘和耐压性能是否合格，若不合格，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测；

若合格，进行铝塑膜检测，若不合格，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测；

若合格，进行极片检测，若不合格，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测；

若合格，记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量，结束当前检测。

其中，上述更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测的方法包括：若当前测试组的所有压力值均已经施加完毕，且存在不合格的电池状态，则更换下一档异物尺寸；

若当前测试组的压力值还有未测试的压力，且当前压力值施加后分析分不合格，则更换下一档更小的压力进行测试，直至完成所有压力的测试，才能更换下一测试组。

作为一种优选方案，所以铝塑膜检测方法包括：黑箱测试，用于确认铝层是否有贯穿性裂痕，

①将铝塑膜置于黑暗环境中；②用一束光源照射铝塑膜需测试位置；③观察是否有光源透过。

所以铝塑膜检测方法包括：酸洗测试，用于确认铝塑膜的破损顺序，铝塑膜的结构包括外侧尼龙层—>铝层—>内侧PP层，

①取黑箱测试透光的铝塑膜样品；

②分别在外侧尼龙层和内侧PP层滴入盐酸；

③观察是否有气泡产生。

作为一种优选方案，极片检测的方法包括：分别检测每一层是否有凹坑或破损，若有凹坑记录深度，破损的裂痕长度。

作为一种优选方案，可改变异物数量、异物属性或放置位置之后再根据步骤2)-4)进行检测。

作为一种优选方案，异物放置位置至少包括：电芯的正负极位置，电芯中间位置；对应的异物数量包括至少三个，分别为电芯的正负极位置至少各一个，电芯中间位置至少一个。

本发明的有益效果：

本发明的目的在于提供一种软包电池对金属异物耐受力的检测方法，用以检测不同电芯产品对异物的耐受能力；在电池的最小单元进行测试，最大限度的排除了其他非相关因素的影响，检测结果更直接有效。根据最小的电池单元：电芯进行测试，测试结果可供模组、电池包参考，无论测试时间、成本等都有很大优势。

同时，兼顾长周期测试工况的影响，综合评估不同的金属异物对电池的影响；而且该测试方法可以最大程度的检测到该产品对金属异物的耐受力极限，对于后期标准法规的调整有很大的参考价值。

而且，相同微粒大小放置在不同位置施加相同的压力，有助于发现电芯的薄弱位置，便于整体的改进优化，对于其他失效的潜在原因分析也可提供参考支持。

此外，本发明所提到的测试方法操作流程和设备工装简单，不会影响常规开发的项目周期、成本，为产线清洁度控制及包装运输标准提供较强的指导依据。

进一步的，本发明在通过最简单的压力测试评估产品的相关性能，检测条件由表及里、由整体到局部，流程简单，时效高。测试的条件输入基于产品特性和应用工况进行评估，最大程度上模拟产品应用工况下的表现，真实反映产品的实际耐受能力，测试结果更有效。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1常规软包电池结构；

图2异物在两电池之间的示意图；

图3是检测方法流程图；

图4优选的异物放置位置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

常规软包电池结构从外到内依次为：铝塑膜1、隔膜和极片2、电解液，如图1所示。

采用电池最小单元进行检测，包括以下步骤：

1)将异物根据尺寸分为从大到小若干组；

2)分别将从大到小分组的异物进行测试，包括：在两软包电池3之间放置异物4，贴合两软包电池并施加压力使两软包电池相向挤压，依次施加从大到小的压力值，单次施压保持压力值预设时间，如图2(a)和(b)所示；施压保持时间可以根据经验选择，具体的例如10s，当然也不排除更长或更短的时间；

3)每次施加压力后分析电池状态，并记录测试数据和对应的电池状态；

4)当前检测组施加压力范围之后，若存在不合格的电池状态，减小异物尺寸，并重复2)和3)步骤。

其中，步骤2)和3)具体包括：确定异物属性、异物放置位置和异物数量，然后执行：

若干组尺寸从大到小的异物，依次施加从大到小的压力，每次施加压力后分析电池状态，若当前组施加压力后电池状态均合格，结束测试；

若电池状态存在不合格，更换下一档异物尺寸进行测试；

记录异物大小、压力及对应电池状态。

以具体示例来说，先确定一种异物属性(如材质属性)，如铜微粒，确定好放置位置，如电芯中间和两边，确定异物数量为三个，三个位置各放置一个。

其中，异物属性根据软包电池生产过程中会出现的微粒作为选择对象，例如铜、铝微粒等，大小、结构的选择也根据不同产线作出相应调整。

将确定好的异物按照大小分成若干组，先从最大尺寸的异物开始测试，根据上述步骤，将异物放置在两软包电池之间，贴合两软包电池并施加压力使两软包电池相向挤压；压力从大到小依次施加，每次施加压力后分析电池状态，例如设计下表1进行记录：

表1

表1横向参数为从大到小的异物尺寸，若为不规则微粒，可以采用自然放置在平面上时纵向两点的最大尺寸作为异物尺寸，不排除其他测量方法。

表1纵向参数为从大到小的压力值，根据该表格依次实验，并记录电池状态是合格(yes)还是不合格(no)。

若当前组异物尺寸下出现不合格，则均需要更换更小一档的异物尺寸继续测试；若同一组异物尺寸下存在合格和不合格的压力值，则出现合格压力值之后，可以选择直接结束当前组的测试，进入下一组异物尺寸的测试。

上文中提到的合格和不合格的电池状态，通过下述方式进行分析：

每次施加压力后，依次进行目测、电性能检测、铝塑膜检测和极片检测，任何一步检测不合格则更换下一档异物尺寸或压力进行测试。

异物金属微粒在电池内产生的影响主要是在受压的情况下，割破电池表面的铝塑膜使电池漏液或造成内短路。在有金属微粒的条件下施压后，如电芯受到损坏，最直接的表现是外观和绝缘不良。如电池在上述检测下良好，则需要进一步拆解电池评估，以便更准确的检测。所以在完成目测和电性能检测后需要拆解电池进行进一步分析。

其中，依次进行目测、电性能检测、铝塑膜检测和极片检测的具体方法，如图3，包括：

a.目测外观是否破损，若破损，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；

结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测。

若未破损，b.检测电性能、绝缘和耐压性能是否合格，若不合格，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；

结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测。

若合格，c.进行铝塑膜检测，若不合格，若不合格，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；

结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测。

若合格，d.进行极片检测，若不合格，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；

结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测。

若合格，e.记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量，结束当前检测。

其中，上述更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测的方法包括：若当前测试组的所有压力值均已经施加完毕，则更换下一档异物尺寸；

若当前测试组的压力值还有未测试的压力，则更换下一档更小的压力进行测试，直至完成所有压力的测试，才能更换下一组异物。

且可以理解的是，若当前组的所有压力值施压后的电池状态均合格，则可以直接结束当前测试，若当前组的当前压力值施压后的电池状态已经为合格状态，但是上一压力值施压后仍存在不合格的电池状态，则可以在分析到合格状态的时候直接进入到下一组测试。

其中，上述的几种检测方法有不同方式实现，本实施例介绍其中一种优选方案：

(1)铝塑膜检测用于检测铝塑膜是否破损，本实施例采用方法包括：黑箱测试，用于确认铝层是否有贯穿性裂痕，①将铝塑膜置于黑暗环境中；②用一束强光照射铝塑膜需测试位置；③观察是否有光源透过。若透过则代表有破损。

(2)酸洗测试，用于确认铝塑膜的破损顺序，其中铝塑膜从外到内分别为外侧尼龙层—>铝层—>内侧PP层。

①取黑箱测试透光的铝塑膜样品；

②分别在外侧尼龙层和内侧PP层滴入盐酸；

③观察是否有气泡产生。

其中，铝层会与盐酸发生化学反应产生氢气：2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑，尼龙层和PP层则不会。如有气泡产生，则可以判定尼龙层、PP层已破损。

作为一种优选，极片和隔膜的检测的方法包括：分别检测每一层是否有凹坑、破损，并记录深度和裂痕长度。

拆解电池后，若前项检测均合格，在检测极片和隔膜若也符合要求，则可以记录相关软包电芯表面异物凹坑参数，为后续的凹坑标准制定提供参考。例如采用1000μm的异物微粒做试验，检测后各项指标均符合要求，软包电芯质量合格。则可以知道软包电芯表面凹坑深度为500微米，记录该数值，为后续的凹坑标准制定提供参考。作为一种优选的异物放置位置方案，至少包括以下几个位置：如图4，电芯的正负极位置3-1,3-2，电芯中间位置3-3；对应的异物数量包括至少三个，分别为电芯的正负极位置至少各一个，电芯中间位置至少一个。

电池经过长期工作过程后，都会出现不同程度的臌胀，且内部压力会增加，一般为电池的中间位置，所以优选的可以在在臌胀最大位置放置金属微粒(异物)；

同时，电池正负极测容易出现短路情况也是需要重点官职，如果不同产品对封边或其他边缘位置需要评估，也可以放置微粒。

初始最大压力的设置：

压力的设置考虑两个方面：一是电池产品本身的设计承受的内部压力；二是产品在模组或电池包级别等测试的测试数据(如Swelling循环、快充循环等)。

由于测试工况为从严苛到一般，最先通过所有检测的异物为电池耐受的最大微粒和最大压力。考虑电池在使用过程中会有一定程度的臌胀，在模组或电池包内一般都有最小压力的评估，所以本提案中建议优先考虑金属微粒大小的调整，具体的耐受极限的考量根据不同电池产品的应用需求。

本实施方式中异物主要评价为金属微粒，但并不排除其他非金属异物。

此外，需要说明的是，凡依本发明专利构思所述的方法及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种软包电池异物耐受力检测方法，其特征在于，采用电池最小单元进行检测，包括以下步骤：

1)将异物根据尺寸分为从大到小若干测试组；

2)分别将从大到小分组的异物进行测试，包括：在两软包电池之间放置异物，贴合两软包电池并施加压力使两软包电池相向挤压，依次施加从大到小的压力值，单次施压保持压力值预设时间；

3)每次施加压力后分析电池状态，并记录测试数据和对应的电池状态；

分析电池状态的方法包括：

每次施加压力后，依次进行目测、电性能检测、铝塑膜检测和极片检测，任何一步检测不合格则更换下一档异物尺寸或压力进行测试；

所述铝塑膜检测方法包括：酸洗测试，用于确认铝塑膜的破损顺序，铝塑膜的结构包括外侧尼龙层—>铝层—>内侧PP层，

①取黑箱测试透光的铝塑膜样品；

②分别在外侧尼龙层和内侧PP层滴入盐酸；

③观察是否有气泡产生；

4)当前检测组施加压力范围之后，若存在不合格的电池状态，减小异物尺寸重复2)和3)步骤。

2.根据权利要求1所述的软包电池异物耐受力检测方法，其特征在于，步骤2)和3)具体包括：确定异物属性、异物放置位置和异物数量，然后执行：

若干组尺寸从大到小的异物，依次施加从大到小的压力，每次施加压力后分析电池状态，若当前组施加压力后电池状态均合格，结束测试；

若电池状态存在不合格，更换下一档异物尺寸进行测试；

记录异物大小、压力及对应电池状态。

3.根据权利要求1所述的软包电池异物耐受力检测方法，其特征在于，依次进行目测、电性能检测、铝塑膜检测和极片检测的方法包括：

目测外观是否破损，若破损，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测；

若未破损，检测电性能、绝缘和耐压性能是否合格，若不合格，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测；

若合格，进行铝塑膜检测，若不合格，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测；

若合格，进行极片检测，若不合格，则记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量；结束当前检测，更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测；

若合格，记录电池状态，以及当前异物属性、位置、大小和数量，结束当前检测。

4.根据权利要求3所述的软包电池异物耐受力检测方法，其特征在于，所述更换下一档异物尺寸或压力进行下一轮施压和检测的方法包括：若当前测试组的所有压力值均已经施加完毕，且存在不合格的电池状态，则更换下一档异物尺寸；

若当前测试组的压力值还有未测试的压力，且当前压力值施加后分析分不合格，则更换下一档更小的压力进行测试，直至完成所有压力的测试，才能更换下一测试组。

5.根据权利要求1所述的软包电池异物耐受力检测方法，其特征在于，所述铝塑膜检测方法包括：黑箱测试，用于确认铝层是否有贯穿性裂痕，

①将铝塑膜置于黑暗环境中；②用一束光源照射铝塑膜需测试位置；③观察是否有光源透过。

6.根据权利要求1所述的软包电池异物耐受力检测方法，其特征在于，极片检测的方法包括：分别检测每一层是否有凹坑或破损，若有凹坑记录深度，破损的裂痕长度。

7.根据权利要求1所述的软包电池异物耐受力检测方法，其特征在于，改变异物数量、异物属性或放置位置之后再根据步骤2)-4)进行检测。

8.根据权利要求1所述的软包电池异物耐受力检测方法，其特征在于，异物放置位置至少包括：电芯的正负极位置，电芯中间位置；对应的异物数量包括至少三个，分别为电芯的正负极位置至少各一个，电芯中间位置至少一个。