CN115856631A - 一种二次电池不良品的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种二次电池不良品的选择方法，选择方法包括以下步骤：测边电阻步骤：选中或自制具有原电池结构的电池，电池设有第一破损区域，测得第一破损区域的边电阻r₁；腐蚀步骤：对电池进行腐蚀实验，测得电池的腐蚀时间t₁，构建电池的耐电化学腐蚀寿命的第一计算公式：L₁＝AF×t₁，其中，L₁为电池的耐电化学腐蚀寿命,AF为加速因子；构建为满足耐电化学腐蚀寿命L₂所需的电阻r₂的第二计算公式：

以电阻r₂为待测二次电池的边电阻下限，若测得的待测二次电池的边电阻r₁小于电阻r₂，则判定待测二次电池为不良品。根据本发明，对现有技术二次电池边电阻选择不良品的判断标准进行量化。

Description

一种二次电池不良品的选择方法

技术领域

本发明涉及电池领域，特别涉及一种二次电池不良品的选择方法。

背景技术

软包锂电池因其能量密度高、循环寿命长、易装配等优点，现已使其成为新能源汽车和各种移动电子设备的主要能源。

目前，通过电化学腐蚀风险测试来测量铝壳体与负极或正极之间间边电阻来挑选电池不良品。但目前行业内仅以高、低及生产经验制定阻值标准，导致判断电池是否为不良品的直流阻值标准存在制定较为随意，无可考理论依据的缺点。

有鉴于此，实有必要开发一种二次电池不良品的选择方法，用以解决上述问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种二次电池不良品的选择方法，对现有技术二次电池边电阻选择不良品的判断标准进行量化，能快速将不良的二次电池与正常二次电池区分开，进而提升二次电池生产的品控能力。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例公开了如下技术方案：

一方面，提供了一种二次电池不良品的选择方法，包括：所述选择方法包括以下步骤：

测边电阻步骤：选中或自制具有原电池结构的电池，电池设有第一破损区域，测得第一破损区域的边电阻r₁；

腐蚀步骤：对电池进行腐蚀实验，测得电池的腐蚀时间t₁，构建电池的耐电化学腐蚀寿命的第一计算公式：L₁＝AF×t₁，其中，L₁为电池的耐电化学腐蚀寿命,AF为加速因子；

构建为满足耐电化学腐蚀寿命L₂所需的电阻r₂的第二计算公式：

以电阻r₂为待测二次电池的边电阻下限，若测得的待测二次电池的边电阻r₁小于电阻r₂，则判定待测二次电池为不良品。

除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，在进行腐蚀步骤之前，获取加热设备；将所述电池置入所述加热设备中直至所述电池出现腐蚀现象，记录所述电池置入所述加热设备中至腐蚀现象出现的时长并设为腐蚀时间t₁。

除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述加热设备的加热温度设为

将/>

代入阿伦尼乌斯公式，计算得到加速因子AF：

其中，E_a为活化能经验值，K为玻尔兹曼常数。

除了上述公开的一个或多个特征之外，所述电池包括金属壳体、第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层和第二绝缘层分别对所述金属壳体的两侧表面进行绝缘；在所述测边电阻步骤之前，还包括：

构建原电池结构步骤：

破损所述第一绝缘层的部分位置以得到第一破损区域，破损所述第二绝缘层的部分位置以得到第二破损区域，以将所述金属壳体与所述第一破损区域和所述第二破损区域对应的位置裸露；在所述金属壳体内部布置负极电极材料，在所述金属壳体外部布置负极耳，将所述金属壳体、负极电极材料和所述负极耳导通以形成导电回路。

除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，在形成导电回路之前，还包括：

获取连接结构步骤：所述连接结构一端与所述负极耳电连接，另一端经所述第二破损区域与所述金属壳体电连接，所述负极耳和所述金属壳体之间构成电子通路。

除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，在形成导电回路之前，还包括：

电解液接触步骤：所述金属壳体内部的电解液经所述第一破损区域与所述金属壳体接触，所述负极电极材料和所述金属壳体之间构成离子通路。

除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，在所述电解液接触步骤之前，将所述第一破损区域布置于靠近所述负极电极材料的所述第一绝缘层一侧。

除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，在形成导电回路之前，将所述第一破损区域与所述第二破损区域相对布置。

除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述边电阻r₁满足第一关系式：

其中，P为导电材料的电阻率，L_J为第一破损区域的传输路径，S为第一破损区域的传输路径截面积。

除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，L₁还满足第二关系式：

其中，QI电池的电流量，E为电池的反应电动势。

上述技术方案中的一种二次电池不良品的选择方法具有如下优点或有益效果：通过对具有原电池结构的电池进行腐蚀实验，建立电池的电化学腐蚀寿命与腐蚀时间的关系，构建出第一计算公式。依据电池腐蚀机理和离子传输过程内阻分析，建立电池的边电阻与电化学腐蚀寿命关系，构建出第二计算公式。最终推算出需满足一定使用寿命的电池的最低电阻，通过对比待测二次电池的边电阻与最低电阻的大小，判断待测二次电池是否属于不良品。从而解决了现有边电阻测量方法识别具有电化学原电池结构的电池时，边电阻值标准建立无从考据的问题。实现对现有技术二次电池边电阻选择不良品的判断标准进行量化，提供一套合理的选择方法，能快速将不良的二次电池与正常二次电池区分开，进而提升二次电池生产的品控能力。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方法详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1是根据本发明实施例提供的选择方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例提供的具有原电池结构的电池的结构示意图。

具体实施方法

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方法，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方法仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是指两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平径向高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平径向小于第二特征。

铝塑膜软包锂离子电池具高能量密度、尺寸大小可变、易装配等特点，因而广泛应用于HEV车型中，但相对于方壳电池或圆柱电池，铝塑膜软包装相对脆弱，更易出现腐蚀漏液等情况。铝塑膜结构中，内侧包覆有聚丙烯(PP)层，PP层可以在使用时避免电解液接触到铝层。但如果PP层因制造过程出现损伤，如热封溶解、刮到刮破等，将会导致铝层直接接触电解液，同时外部被裁减而露出的边缘铝层与负极极耳被金属导线连接，或者较高湿度的环境中在外部形成了盐桥结构，将产生原电池放电回路，此时会使得铝层与锂发生合金反应，逐渐破坏铝层的氧化铝致密结构，产生腐蚀破孔、漏液，直接导致软包锂离子电池寿命终止，因此铝塑膜耐电化学原电池结构识别检测是生产过程中的重要一环。现在常用的判定电池是否具有电化学原电池结构的检测方式为：测量铝壳与正极或负极间边电阻，即测量铝塑膜中间层的铝金属与负极或正极之间是否存在电阻值，若电阻值较低，则判定为不良电池。该方法原理为如果铝塑膜内部PP层出现破损，使得铝金属与电解液接触，铝金属会在电解液中显现出电极特征，因此测量铝金属和负极或正极之间的电阻能够进行PP层破损与否的辨识。

但目前行业内仅以高、低及生产经验制定阻值标准，导致判断电池是否为不良品的直流阻值标准存在制定较为随意，无可考理论依据的缺点。

图1为根据本发明实施例提供的选择方法的流程示意图，参照图1，一种二次电池不良品的选择方法，所述选择方法包括以下步骤：

测边电阻步骤：选中或自制一具有原电池结构的电池，电池设有第一破损区域6，测得第一破损区域6的边电阻r₁；

腐蚀步骤：对电池进行腐蚀实验，测得电池的腐蚀时间t₁，构建电池的耐电化学腐蚀寿命的第一计算公式：L₁＝AF×t₁，其中，L₁为电池的耐电化学腐蚀寿命,AF为加速因子；将腐蚀时间t₁、加速因子AF代入第一计算公式，计算得出电池的耐电化学腐蚀寿命L₁。

构建为满足耐电化学腐蚀寿命L₂所需的电阻r2的第二计算公式：

可根据需求设定一个耐电化学腐蚀寿命L₂，例如耐电化学腐蚀寿命L₂等于10年，将L₂、r1和L1代入第二计算公式，计算得出为满足耐电化学腐蚀寿命L2所需的电阻r2。

以电阻r₂为待测二次电池的边电阻下限，若测得的待测二次电池的边电阻r₁小于电阻r₂，则判定待测二次电池为不良品。也就是选中一二次电池后，若测得该待测二次电池的边电阻r₁小于电阻r₂，则判定该待测二次电池为不良品。待测二次电池判定为不良品，意味着上述二次电池耐电化学腐蚀寿命短，即上述待测二次电池易发生破孔、漏液等危险状况。

通过对具有原电池结构的电池进行腐蚀实验，建立电池的电化学腐蚀寿命与腐蚀时间的关系，构建出第一计算公式。依据电池腐蚀机理和离子传输过程内阻分析，建立电池的边电阻与电化学腐蚀寿命关系，构建出第二计算公式。最终推算出需满足一定使用寿命的电池的最低电阻，通过对比待测二次电池的边电阻与最低电阻的大小，判断待测二次电池是否属于不良品。从而解决了现有边电阻测量方法识别具有电化学原电池结构的电池时，边电阻值标准建立无从考据的问题。实现对现有技术二次电池边电阻选择不良品的判断标准进行量化，提供一套合理的选择方法，能快速将不良的二次电池与正常二次电池区分开，进而提升二次电池生产的品控能力。

在本实施例中，在进行腐蚀步骤之前，首先获取一加热设备，将所述电池置入所述加热设备中直至所述电池出现腐蚀现象，记录所述电池置入所述加热设备中至腐蚀现象出现的时长并设为腐蚀时间t₁。

在本实施例中，所述加热设备的加热温度设为

将/>

代入阿伦尼乌斯公式，计算得到加速因子AF：/>

其中，E_a为活化能经验值，K为玻尔兹曼常数。本实施例中，E_a＝0.56，K＝8.6×10^-5eV/K。值得说明的是，E_a和K的具体数值仅是示例性地给出，E_a和K的任意取值均在本申请的保护范围内。

优选的，加热设备选为烘箱，电池置入烘箱中进行腐蚀实验。烘箱的加热温度根据电池进行腐蚀实验的需求进行调整。

在本实施例中，图2为根据本发明实施例提供的具有原电池结构的电池的结构示意图，参照图2，所述电池包括金属壳体1、正极电极材料21、正极耳2、负极电极材料31、负极耳3和隔膜4，所述金属壳体1内表面设置有第一绝缘层11，所述第一绝缘层11隔离所述金属壳体1和所述电解液；所述正极电极材料21设置在所述金属壳体1内部；所述正极耳2的一端与所述正极电极材料21电连接，另一端穿过所述第一绝缘层11、所述金属壳体1和所述第二绝缘层12后至所述金属壳体1外部；所述金属壳体1外表面设置有第二绝缘层12；所述负极电极材料31设置在所述金属壳体1内部；所述负极耳3的一端与所述负极电极材料31电连接，另一端穿过所述第一绝缘层11、所述金属壳体1和所述第二绝缘层12后至所述金属壳体1外部；所述隔膜4设置在所述金属壳体1内部，并位于所述正极电极材料21和所述负极电极材料31之间。其中，金属壳体1为铝材质，正极耳2和负极耳3采用石墨材质。第一绝缘层11为聚丙烯材质，第二绝缘层12为尼龙材质。

在本实施例中，所述第一绝缘层11和第二绝缘层12分别对所述金属壳体1的两侧表面进行绝缘；在进行测边电阻步骤之前，还包括：

构建原电池结构步骤：

破损所述第一绝缘层11的部分位置以得到第一破损区域6，破损所述第二绝缘层12的部分位置以得到第二破损区域7，以将所述金属壳体1与所述第一破损区域6和所述第二破损区域7对应的位置裸露；在所述金属壳体1内部布置负极电极材料31，在所述金属壳体1外部布置负极耳3，将所述金属壳体1、负极电极材料31和所述负极耳3导通以形成导电回路。

可通过测试辨别选择一具有原电池结构的电池。或选择一个完好的电池，通过将电池的第一绝缘层11划破开出第一破损区域6，第二绝缘层12划破开出第二破损区域7，之后将负极电极材料31、负极耳3和金属壳体1之间形成导电回路，实现完成自制的一个具有原电池结构电池。

也就是说，原电池结构的电池设有第一破损区域6和第二破损区域7，并且金属壳体1、所述负极电极材料31和所述负极耳3之间导通，建立满足金属壳体1进行腐蚀的原电池结构，原电池结构使得锂离子逐渐向金属壳体1迁移并发生锂铝合化反应，侵蚀金属壳体1表面致密的氧化铝薄层，形成金属壳体1呈疏松多孔结构，并且逐渐与电解液发生化学反应造成金属壳体1的腐蚀，直至产生腐蚀破孔、漏液，直接导致电池寿命终止。

在本实施例中，在形成导电回路之前，还包括：获取连接结构步骤：所述连接结构一端与所述负极耳3电连接，另一端经所述第二破损区域7与所述金属壳体1电连接，所述负极耳3和所述金属壳体1之间构成电子通路。

其中，所述连接结构为金属导线。金属导线连接在负极耳3和金属壳体1之间，使得负极耳3和金属壳体1之间构成电子通路。在其他实施中，负极耳3和金属壳体1也可通过订书机订在一起实现电连接。

在本实施例中，在形成导电回路之前，还包括：所述电解液经所述第一破损区域6与所述金属壳体1接触，所述负极电极材料31和所述金属壳体1之间构成离子通路。

通过将负极耳3和金属壳体1电连接，电解液经所述第一破损区域6与所述金属壳体1接触，实现在金属壳体1、所述负极电极材料31和所述负极耳3之间建立满足金属壳体1进行腐蚀的原电池结构。

在本实施例中，继续参见图2，优选的，在所述电解液接触步骤之前，将所述第一破损区域6布置于靠近所述负极电极材料31的所述第一绝缘层11一侧。将所述第一破损区域6与所述第二破损区域7相对布置。所述第一破损区域6和所述第二破损区域7对应所述金属壳体1的同一个部位。

对电池的内阻进行推算，电池内部电解液区域可分为两段，区域一为位于负极与金属壳体1之间的部分第一绝缘层11，部分第一绝缘层11与金属壳体1之间存在的电解液区。区域二为因第一绝缘层11破损产生的第一破损区域6内所包含的电解液区。根据多孔电极理论液相电流传递同样遵守欧姆定律，而欧姆阻值与传输路线尺寸关系如下：

在本实施例中，r₁满足第一关系式：

P为导电材料电阻率，也就是P为电解液的电阻率，L_J为第一破损区域6的传输路径，S为第一破损区域6的传输路径截面积。

设定电池的尺寸300mm×100mm，第一破损区域6的缺陷面积为0.1mm×0.1mm进行测算，区域一的厚度约0.03mm，区域一的传输路径截面积约等于15000mm²，区域二的传输路径截面积约等于0.01mm²，电阻率取电解液离子电导率倒数为1Ω·m，计算得到区域一的电阻值R为0.002Ω，计算得到区域二的电阻值也即电池的边电阻r1为8kΩ。虽未考虑直流条件下浓差极化引起的阻抗，对比R和r12值可见，R和r12差异极大，仍可判断该原电池内阻取决于第一破损区域6的尺寸。

而依据电化学原理，回路电流I等于电动势E除以外部负载R与电池内阻r之和，即相同外载荷下，电池放电电流大小取决于其内阻大小。而电池寿命终止时的腐蚀量Q等同于电流量QI，可用直接于衡量金属壳体1的耐电化学腐蚀寿命，并且可获得下式：

若设置R远小于r₁，可获得第二关系式：

QI为电池的电流量，E为电池的反应电动势。L1还满足第二关系式。

具体的，实施上述选择方法，通过人为自制三个电池作为被测标准样品，烘箱温度设定为65℃，首先计算获得相应加速因子AF为13.2，记录金属壳体1的腐蚀时间t₁，腐蚀时间t₁、加速因子AF代入第一计算公式，计算得出电池的耐电化学腐蚀寿命L₁。

设定耐电化学腐蚀寿命L₂为10年，最后将耐电化学腐蚀寿命L₁、耐电化学腐蚀寿命L₂和三个电池不同的边电阻r₁代入第二计算公式。得到三个电阻r₂。根据上述公式计算铝塑膜边电阻值实施标准。结合下表，样品编号1的电池的边电阻r1为0.685MΩ，样品编号2的电池的边电阻r1根为0.536MΩ，样品编号3的电池的边电阻r₁根为0.705MΩ。

其中，样品编号1的电池和样品编号2的电池只有边电阻r₁的阻值不同，其与参数均相同，因此可以确定，需满足二次电池10年耐电化学腐蚀寿命所需的电阻r₂为21.05MΩ。如若二次电池的电阻r₂低于21.05MΩ，上述二次电池判定为不良品。

以上步骤所提供的介绍，只是用于帮助理解本发明的方法、结构及核心思想。对于本技术领域内的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也同样属于本发明权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二次电池不良品的选择方法，其特征在于，所述选择方法包括以下步骤：

测边电阻步骤：选中或自制具有原电池结构的电池，电池设有第一破损区域(6)，测得第一破损区域(6)的边电阻r₁；

腐蚀步骤：对电池进行腐蚀实验，测得电池的腐蚀时间t₁，构建电池的耐电化学腐蚀寿命的第一计算公式：L₁＝AF×t₁，其中，L₁为电池的耐电化学腐蚀寿命,AF为加速因子；

构建为满足耐电化学腐蚀寿命L₂所需的电阻r₂的第二计算公式：

以电阻r₂为待测二次电池的边电阻下限，若测得的待测二次电池的边电阻r₁小于电阻r₂，则判定待测二次电池为不良品。

2.如权利要求1所述的选择方法，其特征在于，在进行腐蚀步骤之前，获取加热设备；将所述电池置入所述加热设备中直至所述电池出现腐蚀现象，记录所述电池置入所述加热设备中至腐蚀现象出现的时长并设为腐蚀时间t₁。

3.如权利要求2述的选择方法，其特征在于，所述加热设备的加热温度设为T_t，将T_t代入阿伦尼乌斯公式，计算得到加速因子AF：

其中，E_a为活化能经验值，K为玻尔兹曼常数。

4.如权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述电池包括金属壳体(1)、第一绝缘层(11)和第二绝缘层(12)，所述第一绝缘层(11)和第二绝缘层(12)分别对所述金属壳体(1)的两侧表面进行绝缘；在所述测边电阻步骤之前，还包括：

构建原电池结构步骤：

破损所述第一绝缘层(11)的部分位置以得到第一破损区域(6)，破损所述第二绝缘层(12)的部分位置以得到第二破损区域(7)，以将所述金属壳体(1)与所述第一破损区域(6)和所述第二破损区域(7)对应的位置裸露；在所述金属壳体(1)内部布置负极电极材料(31)，在所述金属壳体(1)外部布置负极耳(3)，将所述金属壳体(1)、负极电极材料(31)和所述负极耳(3)导通以形成导电回路。

5.如权利要求4所述的选择方法，其特征在于，在形成导电回路之前，还包括：

获取连接结构步骤：所述连接结构一端与所述负极耳(3)电连接，另一端经所述第二破损区域(7)与所述金属壳体(1)电连接，所述负极耳(3)和所述金属壳体(1)之间构成电子通路。

6.如权利要求4所述的选择方法，其特征在于，在形成导电回路之前，还包括：

电解液接触步骤：所述金属壳体(1)内部的电解液经所述第一破损区域(6)与所述金属壳体(1)接触，所述负极电极材料(31)和所述金属壳体(1)之间构成离子通路。

7.如权利要求6所述的选择方法，其特征在于，在所述电解液接触步骤之前，将所述第一破损区域(6)布置于靠近所述负极电极材料(31)的所述第一绝缘层(11)一侧。

8.如权利要求4所述的选择方法，其特征在于，在形成导电回路之前，将所述第一破损区域(6)与所述第二破损区域(7)相对布置。

9.如权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述边电阻r₁满足第一关系式：

其中，P为导电材料的电阻率，L_J为第一破损区域(6)的传输路径，S为第一破损区域(6)的传输路径截面积。

10.如权利要求1所述的选择方法，其特征在于，L₁还满足第二关系式：

其中，QI电池的电流量，E为电池的反应电动势。

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