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锂电池电芯绝缘耐电压测试基础知识

日期:2019-08-19 20:28
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摘要:锂离子电池制造过程中,极片生产完成后,正负极极片和隔膜采用卷绕或者叠片方式组装在一起,隔膜将正负极极片隔离开。在电池充放电过程中,隔膜隔离正负极极片之间的电子传导,而允许锂离子通过。 卷绕或叠片组装之后,裸电芯需要进行热压处理,对极片和隔膜整形,使它们更加紧密接触,降低锂离子传输阻力。在热压地同时,往往会对裸电芯进行绝缘耐电压测试,主要判断电芯内部是否存在异物颗粒造成短路。

锂电池电芯绝缘耐电压测试基础知识


锂离子电池制造过程中,极片生产完成后,正负极极片和隔膜采用卷绕或者叠片方式组装在一起,隔膜将正负极极片隔离开。在电池充放电过程中,隔膜隔离正负极极片之间的电子传导,而允许锂离子通过。

 

卷绕或叠片组装之后,裸电芯需要进行热压处理,对极片和隔膜整形,使它们更加紧密接触,降低锂离子传输阻力。在热压地同时,往往会对裸电芯进行绝缘耐电压测试,主要判断电芯内部是否存在异物颗粒造成短路。

 

绝缘耐电压测试一般采用安规仪,测试时,仪器给电芯加一个电压,这个电压持续一段规定的时间,然后检测其漏电电流量是否保持在规定的范围内,判断电芯正负极有无短路。一般,施加电压如图1所示:

 

1 绝缘耐电压测试示意图

 

在一定时间t1内,对电芯从0开始加电压至U

电压U保持一段时间至t2

测试完成后,切断测试电压,并对电芯杂散电容放电。

 

在测试中,正负极极片由于相互靠近,仅仅15-30μm,裸电芯内部会形成一定的电容(杂散电容),由于电容量存在,测试电压必须由“零”开始,缓慢上升,以避免充电电流过大,电容量越大所需的缓升时间t1越长,一次所能增加的电压也越低。充电电流过大时,一定会引起测试器的误判,使测试的结果不正确。一旦被测电芯的杂散电容被充满,只会剩下实际的漏电电流。由于直流耐压测试会对被测电芯充电,所以在测试后,一定要对被测电芯放电。

 

隔膜都存在一定的耐电压强度,当加载电压过高时肯定能够击穿隔膜,形成漏电流。因此,首先电芯绝缘测试电压要低于击穿电压。如图2所示,当正负极之间不存在异物时,在测试电压下漏电流小于规定值,判定电芯合格。而如果正负极之间存在一定尺寸的异物,隔膜被挤压,正负极之间的间距减小,正负极之间击穿电压会下降,如果还加载相同的电压,漏电流可能超过设定的警报值。通过设定测试电压等参数,就可以统计分析判断电芯内部的异物尺寸,然后根据实际产品生产现状和品质要求,可以设定测试参数,制定品质判断标准。

 


图片2 异物尺寸与耐电压测试示例(数值为假定值)

 

在测试中,主要的参数包括电压缓升时间t1,电压保持时间t2,加载电压U,以及报警漏电流。前面所述,t1U与电芯杂散电容有关,电容量越大所需的缓升时间t1越长,加载电压U越低。而且U也与隔膜本身的耐电压强度有关,一般地,隔膜越薄,耐电压强度越低,测试电压U页应该更低。报警电流设定需要考虑电容充电电流,充电电流越大,报警电流也应该设定大些,否则会引起误判,将合格产品判定为不合格,影响产品合格率。隔膜水分含量大时也容易形成较大的漏电流。如果测试电芯内部存在异物,造成内部短路,隔膜被击穿,具体情况如图3所示。 

图片3 电芯耐电压测试内部异物短路

 

因此,裸电芯的绝缘耐电压测试是产品过程检验的一个重要步骤,可以检测出不合格产品,提高*终电池产品的安全系数。实际测试需要考虑参数设定,判定标准等众多因素。


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