鋰離子電池製造過程中, 極片生產完成後, 正負極極片和隔膜採用卷繞或者疊片方式組裝在一起, 隔膜將正負極極片隔離開. 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, 而允許鋰離子通過.
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, 降低鋰離子傳輸阻力. 在熱壓地同時, 往往會對裸電芯進行絕緣耐電壓測試, 主要判斷電芯內部是否存在異物顆粒造成短路.
絕緣耐電壓測試一般採用安規儀, 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內, 判斷電芯正負極有無短路. 一般, 施加電壓如圖1所示:
圖1 絕緣耐電壓測試示意圖
①在一定時間t1內, 對電芯從0開始加電壓至U.
②電壓U保持一段時間至t2.
③測試完成後, 切斷測試電壓, 並對電芯雜散電容放電.
在測試中, 正負極極片由於相互靠近, 僅僅15-30μm, 裸電芯內部會形成一定的電容 (雜散電容) , 由於電容量存在, 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, 使測試的結果不正確. 一旦被測電芯的雜散電容被充滿, 只會剩下實際的漏電電流. 由於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, 當載入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於擊穿電壓. 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於規定值, 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, 如果還載入相同的電壓, 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內部的異物尺寸, 然後根據實際產品生產現狀和品質要求, 可以設定測試參數, 制定品質判斷標準.
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, 載入電壓U, 以及報警漏電流. 前面所述, t1和U與電芯雜散電容有關, 電容量越大所需的緩升時間t1越長, 載入電壓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, 將合格產品判定為不合格, 影響產品合格率. 隔膜水分含量大時也容易形成較大的漏電流. 如果測試電芯內部存在異物, 造成內部短路, 隔膜被擊穿, 具體情況如圖3所示.
圖片3 電芯耐電壓測試內部異物短路
因此, 裸電芯的絕緣耐電壓測試是產品過程檢驗的一個重要步驟, 可以檢測出不合格產品, 提高最終電池產品的安全係數. 實際測試需要考慮參數設定, 判定標準等眾多因素.
