软包装锂电池壳体探伤技术浅析

软包装锂电池壳体探伤技术浅析

张政涛

（天津力神电池股份有限公司，天津 300384）

摘要：聚合物软包装锂离子电池铝塑复合膜在电池的制造过程中起着至关重要的作用，不但保证电池内部系统的稳定，也防止外界水分的介入，是电池质量安全的保障，壳体的明显的缺陷通过外观的目测进行识别，而一些微观的破损，则需要一定探伤检测技术来完成，本文对锂电池壳体探伤检测技术进行简要总结与分析，对壳体探伤检测有应用意义。

关键词：铝塑膜，壳体，尼龙层，铝层，CPP层， VOC测试，正压吸附，壳电压检测

1前言

铝塑膜是聚合物软包装锂电池的重要组成部分，铝塑膜成分主要是尼龙层、铝层、CPP层，铝塑膜铝层可以有效阻止空气中水分的渗透，维持电芯内部的环境，具有一定的厚度强度,能够防止外部对电芯的冲击损伤。铝塑膜作为软包锂电池的外装部材，它的完好与否关系到电池的质量安全，对锂电池的性能有重大影响，壳体探伤检测技术显得尤为重要。

2聚合物软包装锂电池壳体制程状态

2.1壳体零部件状态

铝塑膜需要通过冲压成型机冲压将铝塑膜加工为特定尺寸封装壳体。冲压过程，铝塑膜成型的壳体位置会被冲深拉伸，铝塑膜冲深后需要满足壳体各个角部的铝层厚度不能低于原铝层厚度的一定比例之下，否则在电池使用过程中有可能造成铝层破损，严重影响电池性能与安全。作为风险管控点，铝塑膜壳体冲压成型机调试以及量产线生产均需要定时检测坑体角部残余铝层厚度。冲壳壳体铝层厚度值分布在标准要求范围内。铝塑壳体在冲壳拉伸过程中，最易造成CPP层的断裂，在电池装配后，会造成壳体铝层在内部与电池导通，铝层被电解液腐蚀导致电池破损，出现质量问题。

2.2壳体成品状态

铝塑膜经冲压成型的壳体合格后，将完成卷芯入壳，然后将铝塑膜按照工艺要求在一定高温和一定压力下进行封装，将两个CPP层胶体进行融合。经过制程后工序，对封装融合边进行折边，完成电池制作，达到成品状态。封装后，封装边界CPP溶解量会影响到铝塑CPP层的完好性，而折边过程的工艺控制会影响壳体CPP层的损伤与否，如形成损伤，同样会导致上述质量问题。

3聚合物软包装锂电池壳体探伤检测技术

3.1壳体零部件状态探伤检测技术

3.1.1盐水溶液检测

将壳体放置CPP层面朝上水平放置，将适量盐水倒入壳体中，打开万用表电阻档，调到最高档，将负极表笔插入盐水中，正极表笔接触铝塑膜的铝层；负极表笔沿铝塑膜切边方向在盐水中来回运动，如果万用表显示阻值数值大于工艺设定标准值，则铝塑膜合格，反之，则铝塑膜CPP层有损伤。

3.1.2硫酸铜溶液检测

将20%硫酸铜水溶液盛放入冲压成型壳体中，使用金属夹子夹住壳体切边的铝层，接入6V直流电源，将铜丝一端接入电源正极，另一端插入壳体内的硫酸铜水溶液，铝塑膜中铝层接入电源负极，壳体、直流电源、铜丝、金属夹子组成一个串联电路，通电放置一段时间后，若铝塑膜壳体CPP层存在破损断裂，经过置换反应，硫酸铜溶液中铜离子在CPP层断裂处的铝层上析出，以此判断CPP层是否被破坏。

3.1.3 铝层剖切检测

取冲壳壳体样品，使用剪刀将成型壳体角部剪下，用一定厚度的PET膜将壳体夹住，放到剖切机夹具中夹紧，利用剖切机剖切刀对样本截面进行剖切制样，剖切平整之后，使用高放大倍数的显微镜对样本进行观察，观测铝层厚度值，冲壳壳体铝层厚度值若未分布在标准要求范围内，则铝塑膜存在后序制程中或客户端破损的风险。

3.1.4 X-ray荧光光谱分析法检测

X-ray荧光光谱分析法的原理是以X射线激发电离原子内层电子而产生电子空穴，较高能量的外层电子在填充内层电子时，其能量以辐射的形式释放出来，进而发射出带有该原子电子层结构特征的X射线，也称为X射线荧光。通过这种特性，被测试的样品的元素构成可以通过非破坏性的测试得知，通过X射线荧光来进行元素的定性定量分析，X荧光光谱分析法分为波长色散型和能量色散型。用于铝层厚度测试的方法为能量色散型X荧光光谱分析法。

测试时，将冲压成型后的铝塑膜壳体角部剪下，裁剪样品放置在夹具上，夹具根据样品尺寸制作，壳体角部与夹具贴合并固定，将样品放入检测设备中，通过软件分析，根据铝层对铜射线遮挡由零到无穷大，用最小二乘法建立积分运算，计算得出铝层的厚度。

盐水溶液检测和硫酸铜溶液检测，这两种方法适合于实验室进行测试或抽样测试，但不适合批量生产检测。铝层剖切检测、X-ray荧光光谱分析法检测，这两种方法适合于实验室进行检测，也适合于批量生产的抽样检测。

3.2壳体成品状态探伤检测技术

聚合物软包锂电池成品漏液问题一直是行业质量控制的难点，在制程管控的同时，如何最大限度检测出壳体破损的成品电池,也是行业量产过程的重要管控点。

3.2.1剥离法检测

将电池封装带与电池主体隔离，用浓度为55%氢氟酸溶液腐蚀铝塑封装袋最外层的尼龙层，然后用20% 盐酸溶液腐蚀铝层，最后剩下封装后的CPP层，再将色素注入电池壳体，静置后观察色素是否在两层CPP间渗透，验证电池封装是否良好，并能准确判断封装不良位置。这种方法由于具有破坏性，同时操作较为危险，也仅适用于实验室使用或质量分析使用。

3.2.2泄漏物质检测

电池一旦发生破损，其内部的电解液会流到电池壳体外，如果能够敏感的检测到电解液，就可以判断电池是否发生破损，行业早期有使用PH试纸覆盖在电池上方，放入抽真空设备，若有漏液破损电池，电池壳体表面挥发出电解液，会造成PH试纸颜色变化。

3.2.5 VOC（Volatile Organic Compounds）测试检测

VOC测试仪是利用一组光离子化传感器PID ( Photo Ionization Detector)对有机挥发组分进行检测的仪器，主要用于环境检测、监控等特殊行业。它的工作过程及原理是通过内置的空气泵将待检测环境的气体吸入光离子化器中进行电离，电离有机气体，并收集电离电压，转化成数字显示出来，数值的大小反应环境中的有机气体的摩尔含量。电池电解液的主要成分是有机物，将电池放入自动设备腔体中，先进行抽真空，真空后保压，然后送入纯净压缩空气，检测端使用VOC测试仪探头进行测试，若测试值高出设定标准值，仪表会自动报警。

3.2.6正压吸附外观检测

将电池放入设备保压仓吸盘位置，吸盘贴紧电池主体，另一端与外界环境连通，然后设备保压仓进行充气，电池壳体如果有破损，则气体会进入电池中，因保压仓与外界环境存在气压差，造成吸盘接触电池表面会呈现鼓包现象。这种方法目前在行业普遍使用中，具备一定的检出率。

3.2.7成品电池壳电压检测

电池壳体经过封装折边成为成品后，内部的CPP层可能会出现微观损伤，导致中间的铝层露出，使得电池壳体形成导体，极端情况下形成壳体短路，短路后，电池正极与壳体间形成电压，通过测试电池正极与电池壳体间的电压完成电池壳短路的测试，通过测试值的大小来判定电池壳体是否存在较为严重的损伤，以判定电池是否满足质量要求。

早期壳电压的检测方法是人工使用万用表测试，利用表笔接触电池前沿和电池正极，容易划伤电池，也有使用导电泡棉接触电池前沿方式检测，但由于泡棉较软，且电池前沿存在残胶，影响导电泡棉与铝层的接触，该方法测试数据需要人工记录，生产效率低。现阶段有使用探针接触电池侧边或切刀接触电池前沿的测试方法，探针和切刀可有效接触壳体铝层，测试效率大幅提升。

4结语

通过对聚合物软包装锂电池分析，我们可以看出聚合物软包装锂电池制造过程对电池的物理损伤形成影响的点较多，在实验室和批量生产过程中，已有一些有效的壳体探伤检测技术可将壳体损伤电池挑出，这对控制软包锂电池的产品质量有着极大的推动作用。