锂电池泄漏检测:四种主流检测方法优劣分析-海瑞思
据公开资料显示,2024年,中国新能源汽车将占据全球汽车市场59%份额。中国电池产量也将占据全球总产量的76%,成为引领全球能源转型的重要力量。锂电池作为电动汽车核心部件,直接关联着车辆的续航能力与行驶安全,其质量水平成为电动车品质与体验的决定性因素。因此,做好锂电池品质管控,是锂电企业提升竞争力必要手段。
然而,电池电芯正极(含锂化合物)、负极(碳素材料)和非水液态电解液的独特构成,意味着无法采用传统的气压测试方法;而注液后内部空间的缺失,又导致难以捕捉到微小的泄漏。因此市面上主要采取检测电解液浓度的方式判断注液后的电池是否存在泄漏现象。
常见的四种电池泄漏检测方式优劣分析
据实际客户分析,制造企业大多数采用压力衰减法、VOC检测法(有机物挥发法)、质谱法和氦检法的检测方式。
以压力衰减法为例,该法采用压缩空气检测,该法使用成本低,精度低,为1*10−4Pa·m3/s;其响应速度较慢,误判率高,且只能检测壳体的密封。
VOC检测法,则通过检测挥发性有机物浓度,精度与压力衰减法相比较高,为1*10−6Pa·m3/s,响应速度较快。但tvoc易受干扰,导致误检率随之升高;且需要定期使用标准气体标定,增加了耗材成本。
氦检法则采用氦气检测,精度最高,可达5*10-13Pa·m3/s。但使用成本较高,氦气40L约3000元;且因氦气密度的原因会堆积在上方,检测不出底部的漏孔。电池内部充注的氦气被电解液包裹,如果电解液没有经过漏孔泄漏出来那氦气就出不来,也检测不出泄漏。
相比较,质谱分析法(RGA)无耗材成本,精度较高,可达1*10-12Pa·m3/s;直接检测电解液,不受干扰且无漏判。
海瑞思在线质谱分析仪,为“锂”保驾护航
海瑞思科技基于客户电解液高精检测需求和完善自身产品矩阵的需求,对锂电池行业全面布局,在具备VOC检测设备同时,根据16年来的研发经验、客户案例积累和大量的研发资金的投入,推出核心自主研发产品——HM在线质谱分析仪。
它通过质谱分析法(RGA)对电解液进行质谱分析,定量和定性分析出真空腔中残余气体的浓度和成分,对产品进行泄漏检测和漏点查找具备单站集成、低成本、高精度、快节拍、高稳定性和智能化检测等特点特性,成功被应用在某头部车企工厂。
HM在线质谱仪优势
1.成本低:无需使用氦气氢气等,使用成本低;
2.抗干扰能力强:直接检测电解液挥发气体,其他不参与检测成份可过滤掉;
3.应用广泛:可检测大多数常用电解液溶剂EC、DMC、EA、PC、EMC、PP、DEC,适用范围广;
4.精度高:最高可达1*10-12Pa*m 3/s,能检测其他方式检测不到的微小泄漏;
5.⾼效测试:测量时间短,可多腔轮流进行测试,产量高;
6.预留自动化接口:在自动化生产线上具有整合能力;
7.可连接MES系统:方便追踪质量数据。
海瑞思在线质谱分析仪不仅在动力电池检漏中大放异彩,还可广泛应用于汽车其他部件的密封性检测中,如发动机、燃油系统、冷却系统、制动系统以及空调管路等; 以及其他高精泄漏检测需求行业,如半导体、真空镀膜、航天工业、热处理等 。其高精、卓越的检测性能,可为制造企业提供全方位、一站式的密封与泄漏检测解决方案 。
在大规模生产环境下,部件的检漏效率直接影响到整条生产线的制造成本和交付周期。质谱分析仪凭借其高效的检测能力和自动化集成,能够显著缩短检测时间,提高生产效率。同时,通过精准检测,避免了不必要的更换与维修,降低了企业的运营成本,提升产品的安全性和品质,也推动制造技术的进步和产业升级。
关于海瑞思
深圳海瑞思自动化科技有限公司,专注密封性检测行业近二十年,是一家集密封性检测仪器及配套设备研发、生产、销售为一体的国家高新技术企业,是众多世界500强、行业领军企业首选合作伙伴。海瑞思,为客户提供一站式密封与泄漏检测解决方案。完备产品矩阵可满足客户全产线检测需求;海瑞思还提供定制化服务,从设备到工装模具,真正全面满足客户需求,实现一站式购买。海瑞思已服务3C制造、汽车电子、新能源等多行业客户5000多家,设备保有量20000台以上,解决了制造行业99%的气密性检测难题。海瑞思坚守“成为世界级密封与泄漏检测设备制造商”宏伟愿景,致力以国际领先技术,为客户提供最贴心、细致的服务。
关于锂电池的检测方法,这些知识和案例你了解吗?
锂电池凭借效率高、输出功率大等优势,在人们的生产生活中逐渐扮演着不可或缺的角色。锂电池材料的研究与开发,对研究高性能的锂电池材料至关重要,这就要求我们选择合适的检测分析手段,去全方位评估材料的性能。
锂电的检测技术涉及各方面,关于常规的比表面积、振实密度、pH、AAS、电性能等测试的介绍已有很多,下面我们来看看新型的锂电材料检测手段。
一、SEM&EDS(扫描电镜及能谱)材料形貌观察,成分分析及分布
图1NCM正极片表面形貌观察
观察正极极片上材料颗粒完整度,CNT覆盖情况。SEM是电池材料分析的“眼睛”。
图2正极片截面mapping
EDS面扫分析NCM/LiCoO2复合正极片材料,电池材料涂覆在铝箔集流器正反两面,材料中的胶黏剂成分为聚偏氟乙烯(PVDF)。
二、XPS(X射线光电子能谱仪)浅表面元素分布,元素价态分析
图3 XPS设备原理图 图4负极表面的SEI膜
在锂离子电池首次充、放电过程中,电解液和电极材料在固-液界面上发生反应,会形成一层覆盖与电极材料表面的钝化层。这个钝化层是一种界面膜,具有固体电解质的特征,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”,简称SEI膜。
图5Co元素价态分析 图6 正极片0-2.8μm深度剖析
XPS能探知极片浅表面的元素、元素价态信息,是检测SEI膜性质的优良手段。
三、AES(俄歇电子能谱仪)极表面元素分布,微量轻元素检测
图7 俄歇电子产生机理 图8 AES能谱图
俄歇电子能谱对轻元素的检测较敏感,能和EDS刚好形成互补。常用于极片或正负极材料本身痕量元素的原位测试。
四、XRD(X射线衍射仪)物相分析、石墨层间距D002、石墨化度
图9三元电池XRD谱图
图9三元电池XRD谱图
针对三元电池,利用EDS获取元素信息后,通过XRD鉴别物相组成,从而判断三元电池的种类。
图10石墨层间距 图11XRD石墨化度测试
现阶段锂离子动力电池负极材料基本上都是石墨类碳负极材料,对石墨类碳负极材料进行表面包覆改性,增加与电解液的相容性、减少不可逆容量、增加倍率性能也是当下提升的一个重点。XRD能够从石墨晶体结构入手,了解石墨负极材料的性能优劣。
五、工业CT(计算机断层扫描)无损检测
图12 工业CT工作原理
图13 软包电池内部缺陷
CT成像是利用射线从多个方向透射工件某断层,通过探测器检测由工件衰减后的射线信息,由计算机对采集数据,以二维图像形式展现所检测断层的密度分布。
针对锂离子电池的检测,无损检测无疑是工业CT最大的优点。在无损的前提下,分析电池内部裂纹、杂质,确定极耳位置等,是其它设备所不具备的能力。
六、CP(离子研磨仪)无应力研磨加工,纳米级的抛光效果
14CP截面研磨示意图
图15 CP处理过的极片
利用氩离子束对材料样品表面或者截面进行轰击,以获得平整精密的抛光截面和平面样品,并配合扫描电镜(SEM)完成对样品内部结构微观特征的观察和分析。
篇幅有限,更多的锂电分析手段请联系我们,相互交流学习,共同进步。
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