鋰離子電池品質(zhì)異常原因分析及檢查方法

王艷萍，李德勝，鄧永勇，朱明新，何 東，楊樹成

（1.青海時代新能源科技有限公司，青海 西寧 810000；2.青海泰豐先行鋰能科技有限公司，青海 西寧 810000）

本文將首先針對鋰電池的概念進(jìn)行分析之后對鋰離子電池品質(zhì)異常的原因作出分析并給出相應(yīng)的檢查方法，提高我國鋰離子電池生產(chǎn)質(zhì)量。

1 鋰離子電池概念及功能要求

鋰離子電池從電池的基本功能來看，可以分為四種功能，鋰離子電池應(yīng)當(dāng)具有密閉作用，并且應(yīng)當(dāng)滿足絕緣要求，導(dǎo)電要求及化學(xué)要求，下面將針對這四種要求進(jìn)行分析。

1.1 鋰離子電池分類

鋰電池通常分為2大類，分別是：①鋰金屬電池，一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池；②鋰離子電池，一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。按鋰電池的外形分類的話，鋰離子電池分為方形鋰電池和圓柱形鋰電池。按照慪氣包裝分類又可以分為鋁殼鋰電池，鋼殼鋰電池，軟包電池。鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰金屬電池作為一次電池，不可用于二次充電用，因此不再被使用。鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。3C鋰電池就是人們?nèi)粘Ｓ玫氖謾C(jī)，平板，筆記本電腦等所使用的電池。3C鋰電池的成品電池都要先經(jīng)過測試才能被應(yīng)用，測試的主要目的是為了測試其性能和質(zhì)量是否達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 密閉功能

鋰離子電池的密閉功能是指應(yīng)當(dāng)保障電池內(nèi)的電解液不能露出離離子電器之外，其次還應(yīng)當(dāng)防止水分進(jìn)入電池內(nèi)部對電池造成破壞。生產(chǎn)廠家通過鉚合式封口體壓緊，并且應(yīng)當(dāng)在電池的接縫處與針孔處都做好防漏液的準(zhǔn)備，能夠有效的杜絕電池內(nèi)與電池外部的液體流出或侵入現(xiàn)象。若電池出現(xiàn)密閉功能不合格的現(xiàn)象，那么水分子會進(jìn)入電池內(nèi)部，導(dǎo)致電池膨脹，容易使底離子電池發(fā)生爆炸。

1.3 絕緣功能

鋰離子電池在生產(chǎn)過程中也應(yīng)當(dāng)保障其絕緣的功能，鋰離子電池的正極與負(fù)極若不能保持絕緣的話，那么電池將會喪失其功能。鋰離子電池若不能保證其絕緣功能，那么當(dāng)正負(fù)極接觸導(dǎo)電物體之后，便會導(dǎo)致電池短路的現(xiàn)象發(fā)生，同時導(dǎo)通電阻越小，短路越大時，產(chǎn)生的電流會相應(yīng)增加，這會使電池本身過熱，從而縮短了電池的使用壽命，并且還可能造成電池爆炸起火等危險情況的發(fā)生[1]。

1.4 導(dǎo)電功能

鋰離子電池還應(yīng)當(dāng)滿足導(dǎo)電功能，使電池內(nèi)的電子能夠作用到電池具之中，在這個過程中，生產(chǎn)廠家應(yīng)當(dāng)注重電池部件焊接磨合的方式，若出現(xiàn)接觸或焊接強(qiáng)度不足的情況，電池在受到較大的外力沖擊時，會影響其自身的導(dǎo)電性能，并且會導(dǎo)致電池內(nèi)部的內(nèi)阻增大，破壞電池的導(dǎo)電功能。

1.5 化學(xué)功能

電池的化學(xué)功能是指電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)與離子擴(kuò)散兩個狀態(tài)，電池的化學(xué)反應(yīng)是指在充電的過程中電極上的石墨能夠吸收正極中的電離子，在放電時則呈現(xiàn)出相反的狀態(tài)，在離子擴(kuò)散的過程中，正負(fù)極之間的電解液進(jìn)行移動擴(kuò)散，使得上述化學(xué)反應(yīng)能夠持續(xù)進(jìn)行。通過鋰離子電池的分析可以得知，鋰離子電池在制作時應(yīng)當(dāng)滿足電池運(yùn)轉(zhuǎn)的四項基本功能，下面將針對鋰離子電池品質(zhì)異常的原因進(jìn)行分析。

2 品質(zhì)異常原因分析

通過鋰離子電池的分析中可以得出鋰離子電池想要正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要滿足4個條件，但是在生產(chǎn)過程中鋰離子電池會經(jīng)常遇到品質(zhì)異常的問題，下面將對導(dǎo)致鋰離子電池異常的原因進(jìn)行分析研究。

2.1 基本功能異常原因分析

假若鋰離子電池出現(xiàn)漏液的情況，那么則說明鋰離子電池的內(nèi)部焊接處以及注液封口處及安全閥等都可能存在一定的質(zhì)量問題，密閉不嚴(yán)會使漏液和水分進(jìn)入電池之中導(dǎo)致電池的膨脹，這些現(xiàn)象能夠通過觀察電池的表面觀察到。若電池在使用過程中出現(xiàn)電池發(fā)熱，著火膨脹等現(xiàn)象，那么可以說明鋰離子電池的絕緣功能已經(jīng)喪失，這就說明擔(dān)任絕緣功能的零部件已經(jīng)出現(xiàn)了問題，同時，若電池中存在金屬異物還容易形成銅導(dǎo)電的現(xiàn)象，導(dǎo)致電池發(fā)熱起火。導(dǎo)電功能的喪失，則是由于電池生產(chǎn)過程中導(dǎo)電金屬的焊接不良所導(dǎo)致的，在電池受到振動或沖擊時，就會產(chǎn)生導(dǎo)電不良的現(xiàn)象，但是在實際生產(chǎn)檢測過程中，即使電池存在焊接不良的現(xiàn)象，但仍有電流通過也可能會被判斷為正常品。鋰離子電池的化學(xué)功能喪失表現(xiàn)為鋰離子電池在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)電量不足的問題，這是由于鋰離子電池內(nèi)部的離子擴(kuò)散出現(xiàn)了一定的問題，電池中的電解成分不足，或當(dāng)電池混入多余水分中也會發(fā)生這類問題，同時會導(dǎo)致電池膨脹的情況產(chǎn)生。

2.2 異常原因分離

在進(jìn)行品類異常分析中，異常原因可分為4類情況，假若電池出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，檢查人員應(yīng)當(dāng)檢查確認(rèn)漏液的部位，漏液現(xiàn)象的產(chǎn)生可能是直接原因，也可能是間接原因，所以檢測人員應(yīng)當(dāng)對開路電阻與電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行核對，從而判斷出電池漏液是否是單純的密封不良問題引發(fā)的[2]。其次，若電池出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，那么則是由于電池內(nèi)部的氣體由于內(nèi)外物短路導(dǎo)致發(fā)熱而生成的現(xiàn)象。若電池膨脹與漏液同時存在，那么則可能說明電池中滲入了部分水分，導(dǎo)致電池內(nèi)部出現(xiàn)短路發(fā)熱的情況產(chǎn)生。同時電池在超過60℃的充電環(huán)境下，導(dǎo)致超電解液不足也會出現(xiàn)電池的膨脹的現(xiàn)象。如果電池內(nèi)部的開路電壓出現(xiàn)下降現(xiàn)象，那么可能是由于電池內(nèi)部產(chǎn)生了短路或微短路的情況。而電池內(nèi)部的內(nèi)阻增大則是由于導(dǎo)電部件焊接不合格或電池中存在異物所發(fā)生的異常反應(yīng)。通過異?，F(xiàn)象的4種分類可以得知出鋰離子電池出現(xiàn)問題后的外部表現(xiàn)，下面將研究鋰離子電池的檢查方法。

3 檢查方法

通過鋰離子電池的異常原因分析中可以獲悉，鋰離子電池品質(zhì)出現(xiàn)問題會產(chǎn)生電池膨脹、發(fā)熱等多種現(xiàn)象，為了增強(qiáng)鋰離子電池的生產(chǎn)品質(zhì)，提高鋰離子電池的食用安全性，下面將研究鋰離子電池的檢查方法。

3.1 密閉不良檢測方式

在進(jìn)行鋰離子電池密閉不良的檢測過程中，檢測人員可以采用實體顯微鏡進(jìn)行檢測工作，一般而言鋰離子電池若出現(xiàn)漏液等現(xiàn)象，則會在電池中產(chǎn)生一些細(xì)微的痕跡，檢測人員可以首先對鋰離子電池的外觀進(jìn)行觀察，檢測出可能存在變形劃傷的痕跡，初步確認(rèn)鋰離子電池漏液部位之后，檢測人員可以采用顯微鏡對認(rèn)定部位進(jìn)行顯微鏡的觀察工作。觀察后可以得知，電池密閉功能喪失時會產(chǎn)生多種情況，例如封口體接縫焊接時激光束位置偏移，封口體與電池之間存在異物附著，導(dǎo)致焊接時產(chǎn)生孔洞等，通過顯微鏡檢測這些缺陷都能夠被找出，從而降低電池漏液的幾率。

3.2 短路現(xiàn)象檢查

鋰離子電池短路檢測過程中，檢測人員應(yīng)當(dāng)首先使用顯微鏡尋找電池的電極端子，是否出現(xiàn)熔融變色現(xiàn)象，并且應(yīng)當(dāng)確認(rèn)電池是否存在外部短路的情況產(chǎn)生，通常而言大電流通過的地方會產(chǎn)生較高的溫度造成電極端子熔融變色，并且電池罐與端子之間的金屬被意外接觸的場合較多，在端子的四周封口處及相鄰部位容易發(fā)現(xiàn)上述的痕跡。在檢測過程中，若發(fā)現(xiàn)外部短路，持續(xù)時間數(shù)秒之上，這是由于負(fù)極引板發(fā)熱的過程中，隔離紙產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的收縮情況，并且外部短路的溫度較高，可能達(dá)到120℃之上，導(dǎo)致電池發(fā)生燃燒起火的現(xiàn)象。

3.3 電池拆解檢測

在進(jìn)行電池檢測過程中，一些檢測需要對電池進(jìn)行拆解處理，電池拆解的第一步檢測人員需要將電池的封口體進(jìn)行去除，正在整個過程中需要十分小心，避免電池封口體遭到人為破壞。在封口體被拆除之后，檢測人員要首先對卷回體上部以及封口體之間的連接處進(jìn)行細(xì)致觀察，觀察是否出現(xiàn)熔融的現(xiàn)象，檢測完成之后，檢測人員還要對電池內(nèi)部的構(gòu)造進(jìn)行觀察，尋找電池中是否存在異物，異物的入侵會導(dǎo)致電池中出現(xiàn)短路現(xiàn)象，從而使電池在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)發(fā)熱、冒煙等情況。并且由于電池可能存在短路現(xiàn)象，所以在檢測過程中檢測人員還需要觀察隔離紙是否收縮，若隔離紙收縮情況嚴(yán)重，則表明電池中已經(jīng)出現(xiàn)了外部短路，需要及時更換電池部件。電池拆解的過程中檢測人員在檢測完成之后，若未發(fā)現(xiàn)電池出現(xiàn)故障，則應(yīng)當(dāng)及時的對電池進(jìn)行重新組裝工作，避免電池內(nèi)部落如灰塵異物，從而對電池造成二次損傷。

3.4 微短路檢測

在進(jìn)行微短路檢測的過程中，檢測人員很難在隔離紙和電機(jī)上找到發(fā)生微短路的部位，所以在這個過程中，檢測人員應(yīng)當(dāng)適當(dāng)推測導(dǎo)致微短路產(chǎn)生的原因。導(dǎo)致電池V短路的情況有很多，其中電極圖層上的活性物質(zhì)脫落形成微短路的情況較多，并且電極表面有微小的凸起，也可能造成電池出現(xiàn)微短路的現(xiàn)象，空氣中的粉塵也有幾率附著在隔離紙之中，在觀察過程中隔離只會出現(xiàn)黑色的斑點，這也被認(rèn)為是導(dǎo)致微短路產(chǎn)生的原因。在檢測過程中，檢測人員可以將隔離紙進(jìn)行分解并進(jìn)行干燥處理，測定隔離紙的阻抗性，由于完整的隔離紙其阻抗性是無限大的，所以在測試過程中若隔離紙的阻抗性有相應(yīng)的阻抗數(shù)值，那么則可以說明隔離紙出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)破損，從而產(chǎn)生微短路的情況。

3.5 導(dǎo)電異常與電解液檢測

異常導(dǎo)電發(fā)生的原因較為簡單，檢測人員應(yīng)當(dāng)首先檢查銀板是否存在斷裂現(xiàn)象，并對引板或封口處是否存在焊接松動的現(xiàn)象進(jìn)行考量。在檢測過程中，檢測人員可以通過X射線的方式進(jìn)行判斷[3]。電池電液不足會導(dǎo)致電池喪失其化學(xué)功能，所以在進(jìn)行電解液檢查的過程中，檢測人員可以通過稱重的手段判斷電解液是否充足，從而提高電池檢測的準(zhǔn)確性，電解液不足的表現(xiàn)為電池電阻相較于正常電池電阻而言較高，其次在電池分解過程中電解液不足的電池中的隔離紙比正常電池的隔離紙干燥。

3.6 水分混入

檢測人員在檢測電池內(nèi)部是否有水分，混入的過程中應(yīng)當(dāng)首先對不同的電池采用不同的檢測辦法，對于鐵罐型電池而言，若體溫是內(nèi)部進(jìn)入水分，則可能會被水分侵蝕，從而形成小孔排布在鐵罐的表面之中。對于鋁罐型電池而言，研究人員需要在負(fù)極端子壓板或與直接處的負(fù)極銅箔上進(jìn)行分析，若有水分子進(jìn)入那么這兩個部位會呈現(xiàn)黑色[4]。并且若電池中存在水分混入的問題，那么電池會產(chǎn)生膨脹內(nèi)阻變大等情況。

4 結(jié)語

通過鋰離子電池品質(zhì)異常原因分析及檢查方法可以得知，鋰離子電池是一種常用的電池種類，其在運(yùn)作過程中應(yīng)當(dāng)滿足密閉、絕緣、導(dǎo)電、及化學(xué)功能，當(dāng)上述四類功能出現(xiàn)問題之后，鋰離子電池會產(chǎn)生發(fā)熱膨脹等多種問題，檢測人員檢測過程中應(yīng)當(dāng)通過顯微觀察、拆解觀察等多種觀察手段確認(rèn)出現(xiàn)故障的部位，提高鋰離子電池檢查工作質(zhì)量。