聚合物鋰電池漏液檢測方法的開發

張政濤

【摘要】本文介紹開發一種能夠判斷電池是否漏液的方法，對聚合物電池漏液檢測進行了研究。

【關鍵詞】漏液；VOC測試儀

隨著聚合物電池工藝發展和客戶要求的不斷提高，漏液已經成為聚合物電池質量控制難點，也是產品質量最核心競爭力的載體，如何防止漏液電池產生，并最大可能杜絕漏液電池流出到客戶端，成為各電池廠家競爭的一個重要方面。然而，針對聚合物電池的漏液問題，各廠家都沒有有效的方法檢驗，開發一種能夠判斷電池是否漏液的方法，對聚合物電池漏液檢測有實際意義。

一、聚合物鋰電池漏液概念簡介

聚合物鋰離子電池鋁塑包裝殼破裂、封裝密封性差、腐蝕開裂的情況下，其內部的電解液漏出，同時外部空氣進入電池體內，引起電池鼓氣的現象，漏液不良被客戶定義為涉及安全的不良類型。

二、檢測方法方案簡介

為了防止聚合物電池出現漏液不良的問題，工程技術上一方面改進封裝方法，提高封裝密封性能，另一方面改進檢驗漏液的方法，一般有以下幾種檢驗電池是否漏液的方法：

1、外觀檢查，通過100%的人工檢驗，觀察是否有電解液流出和電池外觀變形等。這種方法是最傳統的方法，也是在現實中最易操作的，但依賴人員的檢出力，其防呆性能較差。這就是原有的檢測方法。

2、真空檢測，使用真空的方法，利用漏液電池鼓氣的特點，對電池整體抽真空，在漏液電池內外形成較大的壓差，電解液可能被伴隨著內部產氣流出電池，再進行外觀檢查，將不良挑出。這種方法檢出率較低，但因其操作性較好也是常用的方法。

3、泄漏物質檢測，電池一旦發生漏夜，其內部的電解液會流到電池外，如果能夠敏感的檢測到電解液，就可以判斷電池是否發生漏液，這種方法的局限性在于沒有成形的測試機構，對電解液特別敏感，應用較少，一般較多的使用PH試紙，石蕊試液等化學試劑。若能夠解決檢測電解液的方法問題，則是最有前途的一種檢測手段。

在檢測方案設計之初，我們按照第三種方法進行開發，并將重點先確定在能夠檢測電解液的儀器開發上來，通過市場調研，我們了解到VOC測試儀能夠對有機物很敏感，而電解液的主要成分也是有機物，因此存在重大的改善應用機會。

三、VOC測試儀介紹

測試儀（Volatile Organic Compounds）是利用一組光離子化傳感器PID （ photo ionization detector）對有機揮發組分進行檢測的儀器，主要用于環境檢測、監控，安全等特殊行業。工作過程及原理是：通過內置的空氣泵將待檢測環境的氣體吸入光離子化器中進行電離，電離有機氣體，并收集電離電壓，轉化成數字顯示出來，數值的大小反應環境中的有機氣體的摩爾含量，一般單位為PPb、PPm。

四、方案設計原理路徑分析

1、VOC測試儀對有機揮發氣體敏感度實驗測試

實驗分5個組別進行，測試對象分別為普通環境、極片車間、電解液氛圍、合格電池旁邊、漏液電池旁邊；測試儀顯示數值分別為：0—10PPb、500—1000PPb、5000PPm以上、0—20PPb、50—200PPb。通過以上簡單的實驗可以看出，VOC測試儀對環境中的有機氣體是很敏感的，其對聚合物的電解液也是敏感的，不同環境能夠引起VOC測試儀的示數發生明顯的變化。說明利用VOC測試儀進行漏液檢測是可能的。

2、電池測試實驗

（1）正常電池，密封性良好，其內部電解液不會出現在電池外部，少量的有機揮發組分，實驗測試時，引起VOC測試儀較小示數變化或者不能引起示數變化，測試數值小表明無大量有機揮發物，電池無破損，判定電池OK。

（2）漏液電池，密封失效，其內部的電解液能夠通過某種方式從泄漏點逸散到電池外部，電解液分解產生揮發性或其小分子組分逸出，實驗測試時，被VOC測試儀檢測到，引起示數較大變化，測試數值大表明有大量有機揮發物，電池可能漏液或表面有電解液，判定電池NG。

3、優化實驗方案設計

由于測試儀和測試環境等因素的限制，我們不能用傳統的實驗設計方式進行實驗，因此根據各因素的特點設計了兩套方案，并優化。

（1）方案1：測試溫度25℃，真空度-90KPa，真空時間300s，空氣流動，漏液孔尺寸0.1mm，測試數量8—30Pcs，用自制測試盒收集揮發組分。本方案對電池施加真空，希望增加漏液電池的電解液組分的揮發，自制一個測試腔體，增加測試儀探頭區域內有機組分的濃度，通過實驗發現：測試系統的檢出不符合要求，但能粗略的反應測試對象中是否有漏液電池的存在；測試裝置密封性差，受到外界環境的影響太大。通過上述分析確認本方案由于其測試波動性大，數據不能準確檢出漏液電池，不能滿足要求。

（2）方案2：測試溫度20℃，真空度-90KPa，真空時間15s，空氣流動，漏液孔任意大小，測試數量8—30Pcs，使用專用密封裝置收集揮發組分。本方案中在有機含量相對穩定的環境中，特制了一組具備盛放電池、抽真空、充放氣體的真空密封測試裝置，配套自動計時器和VOC測試儀。結果看出，該方法能夠明顯區分漏液電池與正常電池，且單次測試數量較多，產能提升空間較大；測試系統受壓縮空氣質量或環境的波動較小，測試系統穩定，可操作性強。本套方案是較理想的測試系統。

通過對以上兩套方案的對比和實驗驗證，最終選定第二套方案為最終的參數優化測試方案。

4、檢測參數優化

（1）設計單次檢測數量（6—24只）和抽真空時間（10—15s只）的2因子實驗，評估測試正常電池數量和真空保持時間對檢測系統的影響。

（2）設計固定抽真空時間15s，單次檢測6只、12只、18只、24只正常電池時，動態偵測VOC測試儀的變化過程，讀取第10s、第15s時VOC測試儀的讀數，分析其差值。

（3）固定抽真空時間15s，單次檢測正常電池數量24只，動態偵測VOC測試儀抽氣檢測時的數值變化，分析其最佳讀數時間。

通過對實驗結果及數據的分析發現，隨著單次檢測正常電池數量的增加，真空保持時間增加，測試值增加；各組不同檢測個數的讀數，第10s和第15s之間的差值是基本一致的，即其數值變化率相當；每組測試過程中，VOC測試值隨著時間的增加，先升高后降低，在約5s時達到最大值，因此最佳讀數時間在5—10s范圍內。

通過以上的分析和改善，最終確定VOC檢查漏液電池的參數為測試溫度20℃，真空度-90KPa，真空時間15s，抽氣檢測時間10s，使用流動的壓縮氣體，測試數量為小電池8Pcs，大電池30PCS，使用特制的嚴格密封的測試裝置進行揮發組分收集，測試環境穩定。

5、檢測方法驗證

對采用前述優化后的條件進行的驗證測量，從實驗數據的分析可以發現，正常電池的測試數值均小于測試上限值，且其值呈正態分布；漏液不良電池的測試數值均大于上限值，且其值無規律散亂分布；大型號電池測試數值遠遠大于小型號電池測試數值。以上數據均可量化反映正常電池與漏液不良電池的區別，可以判斷電池是否發生漏液。

五、結語

通過對聚合物鋰離子電池漏液檢測方法的研究，我們實現了新的應用。