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锂電池電芯絕緣耐電壓測試基礎知識

日期:2019-09-10 11:29
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摘要:锂離子電池制造過程中,極片生産完成後,正負極極片和隔膜采用卷繞或者疊片方式組裝在一起,隔膜将正負極極片隔離開。在電池充放電過程中,隔膜隔離正負極極片之間的電子傳導,而允許锂離子通過。 卷繞或疊片組裝之後,裸電芯需要進行熱壓處理,對極片和隔膜整形,使它們更加緊密接觸,降低锂離子傳輸阻力。在熱壓地同時,往往會對裸電芯進行絕緣耐電壓測試,主要判斷電芯内部是否存在異物顆粒造成短路。

锂電池電芯絕緣耐電壓測試基礎知識


锂離子電池制造過程中,極片生産完成後,正負極極片和隔膜采用卷繞或者疊片方式組裝在一起,隔膜将正負極極片隔離開。在電池充放電過程中,隔膜隔離正負極極片之間的電子傳導,而允許锂離子通過。

 

卷繞或疊片組裝之後,裸電芯需要進行熱壓處理,對極片和隔膜整形,使它們更加緊密接觸,降低锂離子傳輸阻力。在熱壓地同時,往往會對裸電芯進行絕緣耐電壓測試,主要判斷電芯内部是否存在異物顆粒造成短路。

 

絕緣耐電壓測試一般采用安規儀,測試時,儀器給電芯加一個電壓,這個電壓持續一段規定的時間,然後檢測其漏電電流量是否保持在規定的範圍内,判斷電芯正負極有無短路。一般,施加電壓如圖1所示:

 

1 絕緣耐電壓測試示意圖

 

在一定時間t1内,對電芯從0開始加電壓至U

電壓U保持一段時間至t2

測試完成後,切斷測試電壓,并對電芯雜散電容放電。

 

在測試中,正負極極片由于相互靠近,僅僅15-30μm,裸電芯内部會形成一定的電容(雜散電容),由于電容量存在,測試電壓必須由“零”開始,緩慢上升,以避免充電電流過大,電容量越大所需的緩升時間t1越長,一次所能增加的電壓也越低。充電電流過大時,一定會引起測試器的誤判,使測試的結果不正确。一旦被測電芯的雜散電容被充滿,隻會剩下實際的漏電電流。由于直流耐壓測試會對被測電芯充電,所以在測試後,一定要對被測電芯放電。

 

隔膜都存在一定的耐電壓強度,當加載電壓過高時肯定能夠擊穿隔膜,形成漏電流。因此,首先電芯絕緣測試電壓要低于擊穿電壓。如圖2所示,當正負極之間不存在異物時,在測試電壓下漏電流小于規定值,判定電芯合格。而如果正負極之間存在一定尺寸的異物,隔膜被擠壓,正負極之間的間距減小,正負極之間擊穿電壓會下降,如果還加載相同的電壓,漏電流可能超過設定的警報值。通過設定測試電壓等參數,就可以統計分析判斷電芯内部的異物尺寸,然後根據實際産品生産現狀和品質要求,可以設定測試參數,制定品質判斷标準。

 


圖片2 異物尺寸與耐電壓測試示例(數值為假定值)

 

在測試中,主要的參數包括電壓緩升時間t1,電壓保持時間t2,加載電壓U,以及報警漏電流。前面所述,t1U與電芯雜散電容有關,電容量越大所需的緩升時間t1越長,加載電壓U越低。而且U也與隔膜本身的耐電壓強度有關,一般地,隔膜越薄,耐電壓強度越低,測試電壓U頁應該更低。報警電流設定需要考慮電容充電電流,充電電流越大,報警電流也應該設定大些,否則會引起誤判,将合格産品判定為不合格,影響産品合格率。隔膜水分含量大時也容易形成較大的漏電流。如果測試電芯内部存在異物,造成内部短路,隔膜被擊穿,具體情況如圖3所示。 

圖片3 電芯耐電壓測試内部異物短路

 

因此,裸電芯的絕緣耐電壓測試是産品過程檢驗的一個重要步驟,可以檢測出不合格産品,提高*終電池産品的安全系數。實際測試需要考慮參數設定,判定标準等衆多因素。