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極片上的顆?;蛭⒘拷饘贇?jiān)?、隔膜上的微小缺陷、電芯在組裝過(guò)程中引入的粉塵等,都會(huì)造成電芯內(nèi)部微短路。
圖 1 金屬異物導(dǎo)致電池內(nèi)部短路的原理
金屬異物造成電池內(nèi)部短路的基本原理有兩種過(guò)程,如圖1所示。第一種情況,尺寸較大的金屬顆粒直接刺穿隔膜,導(dǎo)致正負(fù)極之間短路,這是物理短路。第二種情況,當(dāng)金屬異物混入正極后,充電之后正極電位升高,高電位下金屬異物發(fā)生溶解,通過(guò)電解液擴(kuò)散,然后負(fù)極低電位下溶解的金屬再在負(fù)極表面析出堆積,最終刺穿隔膜,形成短路,這是化學(xué)溶解短路。電池工廠現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的金屬異物有Fe、Cu、Zn、Al、Sn、不銹鋼等。
電池制造現(xiàn)場(chǎng)容易發(fā)生異物混入電池產(chǎn)品的工藝包括電極漿料混入金屬雜質(zhì);極片切割工序產(chǎn)生切割毛刺或金屬碎屑,;卷繞工藝極片切斷產(chǎn)生毛刺或電芯內(nèi)部混入金屬異物顆粒;極耳和殼體焊接產(chǎn)生金屬屑等等,如圖2和圖3所示。
圖 2 極片激光切割碎屑
圖 3 分切毛刺
耐電壓測(cè)試檢出金屬異物
絕緣耐電壓測(cè)試一般采用安規(guī)儀,在電芯熱壓整形時(shí)測(cè)試,儀器給電芯施加一個(gè)電壓,這個(gè)電壓持續(xù)一段規(guī)定的時(shí)間,然后檢測(cè)其電流是否保持在規(guī)定的范圍內(nèi),判斷電芯正負(fù)極內(nèi)部有無(wú)短路。一般,施加電壓如圖4所示:
圖 4 絕緣耐電壓測(cè)試示意圖
在測(cè)試中,正負(fù)極極片由于相互靠近,僅僅15-30μm,裸電芯內(nèi)部會(huì)形成一定的電容(雜散電容),由于電容量存在,測(cè)試電壓必須由“零”開(kāi)始,緩慢上升,以避免充電電流過(guò)大,電容量越大所需的緩升時(shí)間t1越長(zhǎng),一次所能增加的電壓也越低。充電電流過(guò)大時(shí),一定會(huì)引起測(cè)試器的誤判,使測(cè)試的結(jié)果不正確。一旦被測(cè)電芯的雜散電容被充滿,只會(huì)剩下實(shí)際的漏電電流。由于直流耐壓測(cè)試會(huì)對(duì)被測(cè)電芯充電,所以在測(cè)試后,一定要對(duì)被測(cè)電芯放電。
圖 5 老化不合格品檢出
總之,電池生產(chǎn)異物管控非常重要,車間潔凈度控制好壞可能直接影響電池安全性。