【萊寶氦質(zhì)譜檢漏儀】探討鋰電池密封性檢測(cè)

• 說(shuō)到“密封”鋰離子電池的從業(yè)者都不會(huì)陌生，對(duì)于鋰離子電池?zé)o論如何強(qiáng)調(diào)密封的重要性都不為過。動(dòng)力電池密封分為兩個(gè)層次：首先是單體電池層面，空氣中的水分會(huì)對(duì)鋰離子電池的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此對(duì)于所有的鋰離子電池廠家密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)絕對(duì)是重中之重，也是各家廠商結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)；其次是電池包層面，這主要是為了防止動(dòng)力電池使用過程惡劣的外部環(huán)境（如水、鹽霧、酸等）進(jìn)入到電池包的內(nèi)部，對(duì)單體電池、電路板等侵蝕破壞，引起電池包失效，同時(shí)如果電池包內(nèi)部有水冷設(shè)備，還需要對(duì)水冷管路的密封性進(jìn)行檢測(cè)，防止水冷媒介泄漏引起的短路。兩個(gè)層次的密封性檢測(cè)具有不同的特性，因此也需要采用不同的設(shè)備，今天我們就從這兩個(gè)層次來(lái)探討一下鋰離子電池的密封性檢測(cè)。
• 單體電池密封性檢測(cè)
• 鋰離子電池的工作電壓達(dá)到4V以上，傳統(tǒng)的水溶液電解質(zhì)在如此高的電位下會(huì)發(fā)生氧化分解，因此穩(wěn)定性更好的有機(jī)電解液應(yīng)運(yùn)而生，目前的有機(jī)電解液以碳酸酯類溶劑為基礎(chǔ)，向其中添加LiPF₆作為鋰鹽，大大提高了在高電壓下電解液的抗氧化性，從而使得LCO等電壓較高的正極材料的應(yīng)用成為了可能，可以說(shuō)沒有有機(jī)電解液就沒有鋰離子電池今天的成功。雖然有機(jī)電解液的出現(xiàn)解決了鋰離子電池在高電壓下的穩(wěn)定性，但是也帶來(lái)了一個(gè)棘手的問題——水！
• 有機(jī)電解液中的LiPF₆在有水分的存在下會(huì)變的極不穩(wěn)定，即便是在電解液中只存在微量的水分的情況下，也會(huì)引起LiPF₆分解成為HF、LiF和POF₃等產(chǎn)物^【1】，生成的HF還會(huì)繼續(xù)對(duì)正極材料侵蝕，導(dǎo)致正極材料中的過渡金屬元素的溶解，而這個(gè)反應(yīng)還會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生H₂O，從而繼續(xù)引起LiPF₆的分解，此外溶解的過渡金屬元素還會(huì)遷移到負(fù)極的表面，破壞負(fù)極的SEI結(jié)構(gòu)，引起SEI膜的持續(xù)生長(zhǎng)，導(dǎo)致界面阻抗的增加和活性Li的消耗^【2】，這都會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池的性能快速衰降。
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• 水，對(duì)于鋰離子電池的危害是破壞性的，然而非常不幸的是，水在環(huán)境中是非常普遍的，即便是在我們認(rèn)為非常干燥的環(huán)境下，濕度也能夠達(dá)到30%以上。如果不控制環(huán)境濕度，電極生產(chǎn)過程中引入的水分就足以對(duì)電池性能產(chǎn)生巨大的影響^【3】，因此為了控制生產(chǎn)過程中的水份，干燥間成為了鋰離子電池生產(chǎn)過程中的標(biāo)配，也是鋰離子電池廠建設(shè)投入的重點(diǎn)，我們以一個(gè)年產(chǎn)10000組車用動(dòng)力電池組的工廠為例，其干燥間的設(shè)備成本就達(dá)到了74,1000美元^【4】，其運(yùn)行過程能耗更是達(dá)到了整個(gè)生產(chǎn)過程中能耗總量的43%左右^【5】，是典型的能耗大戶。
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• 鋰離子電池一旦生產(chǎn)完成，離開干燥間后就需要獨(dú)立面對(duì)空氣中水分的挑戰(zhàn)，為了保證鋰離子電池良好的循環(huán)性能，密封就成了關(guān)鍵，鋰離子電池密封性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面首先是殼與蓋之間焊縫的密封可靠性，其次是極柱與外殼之間的密封可靠性。極柱與外殼的密封方式為壓縮密封，也就是極柱與殼體之間通過可壓縮塑料件進(jìn)行隔離，并通過一定的方式擠壓塑料密封件產(chǎn)生一定程度的壓縮，實(shí)現(xiàn)極柱與殼體之間的密封與絕緣。然而任何密封方式都不是100%可靠的，隨著時(shí)間的延遲，因?yàn)槔匣蚵窙r復(fù)雜環(huán)境造成密封結(jié)構(gòu)松動(dòng)，會(huì)造成其氣密性受影響。這些密封性受到影響的產(chǎn)品在短期內(nèi)電池性能不會(huì)受到大的影響，但是在長(zhǎng)期使用中隨著空氣中的水分緩慢的進(jìn)入到電池內(nèi)部，會(huì)嚴(yán)重的影響鋰離子電池的性能，嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致整組電池發(fā)生失效，甚至是引起熱失控的安全事故。因此，鋰離子電池在注液和成組前都需要采用檢測(cè)設(shè)備對(duì)鋰離子電池的密封性進(jìn)行檢測(cè)，確保所有的產(chǎn)品在密封性上都滿足要求。
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• 氦質(zhì)譜檢漏是常用的檢漏方法，按照檢漏的原理可以分為以下幾種方式：
• 1、真空法氦質(zhì)譜檢漏儀，這種方法的原理是將待檢元器件內(nèi)部抽成真空，然后將待檢元器件放入到氦氣罩之中或者用噴吹的方法在被檢元器件表面吹氦，此時(shí)如果元器件表面存在泄漏孔，則氦氣就會(huì)沿著微孔進(jìn)入到電池的內(nèi)部，再進(jìn)入的氦質(zhì)譜儀中，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)被測(cè)試產(chǎn)品的漏率。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高，同時(shí)配合噴氦的方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏點(diǎn)的精確定位，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大容器和復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的檢漏。而其缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)大氣壓差的漏率檢測(cè)，不能準(zhǔn)確反映帶壓被檢產(chǎn)品的真實(shí)泄漏狀態(tài)。
• 2、正壓法氦質(zhì)譜檢漏，這種方法主要是通過在被檢元器件中充入高于一個(gè)大氣壓的氦氣，當(dāng)元器件表面存在漏孔的時(shí)候，氦氣就會(huì)從元器件內(nèi)部泄漏到周圍的大氣環(huán)境之中，然后采用吸槍對(duì)容器周圍的氣體進(jìn)行探查，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏孔位置的精確定位?；蛘咭部梢圆捎煤ふ謱⒈粰z產(chǎn)品整個(gè)罩住，檢測(cè)內(nèi)部氣體中氦氣濃度的變化，實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品漏率的精確測(cè)量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要真空系統(tǒng)，可以精確定位漏孔的位置，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)多種壓力下的漏率檢測(cè)。缺點(diǎn)是靈敏度較低，檢測(cè)結(jié)果波動(dòng)大，受測(cè)量環(huán)境影響較大。
• 3、真空壓力法氦質(zhì)譜檢漏，這種方法是將待檢產(chǎn)品放入到真空室中，待檢產(chǎn)品與氦氣源相連，如果產(chǎn)品上存在泄漏孔，則氦氣會(huì)從產(chǎn)品中泄漏出來(lái)，經(jīng)過真空室進(jìn)入到氦質(zhì)譜儀中，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高，能實(shí)現(xiàn)任何壓力下的漏率檢測(cè)，缺點(diǎn)是檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
• 4、背壓法氦質(zhì)譜檢漏，這種方法首先將待檢產(chǎn)品放置于高壓氦氣室中，浸泡數(shù)小時(shí)或者數(shù)天，如果被檢產(chǎn)品存在漏孔，則氦氣會(huì)沿著漏孔進(jìn)入到產(chǎn)品的內(nèi)部，然后取出產(chǎn)品將表面的氦氣吹盡后放入真空室中，產(chǎn)品內(nèi)部的氦氣則會(huì)通過微孔泄漏到真空室之中，再進(jìn)入到氦質(zhì)譜儀之中，從而實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品總漏率的測(cè)量。
• 通過上述的一種或者幾種方法結(jié)合，就能夠基本實(shí)現(xiàn)降批量電池中密封性不合格的產(chǎn)品檢出，保證產(chǎn)品的性能穩(wěn)定、可靠。
• 電池包密封性檢測(cè)
• 鋰離子電池成組可能會(huì)在不同的環(huán)境中使用，如果在海邊使用，電池組會(huì)面臨鹽霧的考驗(yàn)，如果在降水較多的環(huán)境下使用可能面臨泡水的風(fēng)險(xiǎn)等等，為了防止使用環(huán)境中的腐蝕性氣體、水分和惡劣環(huán)境對(duì)電池組內(nèi)部電路板、電池等部件的損壞，因此電池包需要滿足一定程度的密封性要求。此外，為了提高電池組的散熱效率，電池包往往會(huì)使用散熱效果較好的水冷散熱，這就為電池組內(nèi)引入了新的安全風(fēng)險(xiǎn)，一旦水冷管出現(xiàn)泄漏，泄漏的散熱媒介可能會(huì)引起電池包短路，產(chǎn)生嚴(yán)重的安全問題。
• 相比于單體電池，電池包、水冷管等的體積通常比較大，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，因此很難采用單體電池所采用的檢漏手段對(duì)氣密性進(jìn)行檢測(cè)。為了解決這一工程應(yīng)用的問題，杭州固恒新能源科技有限公司推出了QMM便攜式的氣密性檢漏測(cè)試儀，通過向密封腔內(nèi)部壓入一定體積的氣體，測(cè)量容器保壓過程內(nèi)部壓力的變化從而分析產(chǎn)品的氣密性，防止電池包因?yàn)闅饷苄圆缓细駥?dǎo)致使用過程中被外部腐蝕性環(huán)境所侵蝕，或者水冷管因?yàn)槊芊庑圆贿_(dá)標(biāo)，導(dǎo)致冷卻液在電池組內(nèi)部泄漏。
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• 眾所周知，產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)發(fā)展的保證。配置技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備和儀器也至關(guān)重要的，這樣能確保產(chǎn)品研發(fā)的準(zhǔn)確性和高效的生產(chǎn)節(jié)拍。真空工程，對(duì)設(shè)備的應(yīng)用要求越來(lái)越專業(yè)化，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)還要保證穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性 ，萊寶新一代的PHOENIX 4.0氦質(zhì)譜檢漏儀高效精準(zhǔn)的表現(xiàn)，專注于您的真空系統(tǒng)的檢漏。
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