锂离子电池不良失效分析系列-漏液

本公众号将收集发布锂离子电池（含电池包）常见不良（如高内阻、低电压、低容量、厚度超标、爆炸、短路、循环性能差、漏液、虚焊、充高放低、压差大等）的失效分析，含鱼骨图分析、FMEA分析和解剖分析的不良图片。总之，不良失效分析系列包含失效分析方法及工具的运用，及不良实物图片参考。绝大部分有图有真相。以供大家在工作及学习中参考借鉴。感兴趣者，可持续关注！今天就为大家分享电池漏液的失效分析。

漏液的定义

对于钢壳或铝壳电池一般在封口位置（注：电池壳体与盖帽位置, 亦或焊缝位置等）有电解液流出或防爆阀打开有电解液流出及导致盖帽及壳体氧化、锈蚀的现象；对于软包电池则表现铝塑膜表面破损，内部电解液流出或存在腐蚀痕迹的现象。当然，还有外部原因，如碰撞挤压损伤或刺穿导致的漏液。

图1 软包电池漏液

图2 方形电池漏液

图3圆柱电池漏液

漏液不良鱼骨图分析（Fishbone）

图4 鱼骨图

说明：以上鱼骨图是综合当前的软包、方形、圆柱电池漏液，列出的主要影响因素。

总结

电芯漏液可以说是除安全性能外，最令人讨厌不良项目。单个漏液的电芯不但导致单体PACK失效，也可能导致配套的装置或整机出现氧化腐蚀；若单个或多个电芯漏则可能导致整个模组或电池组失效。甚至将其比作“一粒老鼠屎破坏一锅汤”也不会过！

对于软包电池，铝塑膜来料品质绝对是关键；封焊（顶封、侧封、二封等）工艺参数如温度、时间、压力、真空度等的优化设计也是至关重要的。同时，封头平行度的监测环节也不可少；号称锂电三大天敌之一的水分更不容忽视。探测方面：加强封头平行度检测（具体操作详情可点击下方链接，参考公众号另一篇文章-软包电池品质管控之封头平行度的检验方法），水分测试，外观检测，焊接强度/效果测试，气密性测试，红药水测试，高温高湿及水浴测试等。

对于方形电池，激光焊接是一个非常重要的管控环节。激光焊是采用激光熔化电池的壳盖的边缘使其融合在一起。其工艺的缺陷极易引起的焊接沙眼。一般采用涂覆渗透剂的方式来防止激光焊引起的沙眼，从而防止电池漏液。必须强调的是，激光焊接工艺参数如电流、频率、脉宽、速度、焦距等的优化设计是相当重要的。探测方面：加强激光焊首检/巡检，气密性测试，外观检测，显微镜确认焊接熔深状况等。

对于圆柱电池， 封口工艺参数及封口模具的管控绝对是至关重要的。其次，盖帽的爆破和拉断拉力等也要优化设计。探测：加强封口首检/巡检，封口压缩比检测（注：后续将会有专题文章介绍），外观检测，气密性测试等。装配端的设备的稳定性也不容忽视，日常和定期的维护和保养必须落实到位。同时，注液过程也要监控到位，一旦出现电芯电解液过量，加之外接环境的影响如温度、大电流等，也是会导致电芯漏液发生的。

一些物料的来料品质要加严管控，如电解液、铝塑膜、来料极耳胶，盖帽/盖板、壳体以及两者的适配性、钢珠与壳体的匹配性等。

鉴于电池类别及材料，制造工艺及自动化程度等的不同， 进而导致引起电池电池漏液的原因很多。后续我们会再不断补充完善。电池漏液出现后，若能快速找到原因当然更好。否则建议从5M1E进行排查，并在关键过程中加强探测。

作者简介：Victor Wang

1) SGS制造业专业委员会首期成员；

2）国内某新能源上市公司CQO，锂电及质量领域的一名老兵；

3）资深六西格玛黑带(SSBB)。

技术｜锂离子电池叠片工艺短路现象分析与研究

电池在生产过程中，空气中会存在微尘颗粒和杂质，并且正负极上也含有粉尘及毛刺，这些因素会使电池内部容易发生物理接触而诱发短路， 使电池性能受到极大的影响，严重时甚至可能使电芯充不进电，造成“无电”电芯。锂离子电池厂家在完成电芯组装工序后，会对其进行在高压下的短路测试，主要判断电芯内部是否存在异物颗粒造成的短路，以便挑选出容易短路的电芯。

由于隔膜都存在一定的耐电压强度，当加载电压过高时能够击穿隔膜，形成漏电流。因此，首先电芯绝缘测试电压要低于击穿电压。当正负极之间不存在异物时，在测试电压下漏电流小于规定值，判定电芯合格。而如果正负极之间存在一定尺寸的异物，隔膜会被挤压，正负极之间的间距减小，击穿电压下降，如果还加载相同电压，漏电流可能超过设定的警报值。 通过设定测试电压等参数，就可以统计分析判断电芯内部的异物尺寸。一般情况下，隔膜越薄，耐电压强度越低，测试电压理论上也应该更低。隔膜含水量过高时也容易形成较大的漏电流。如果测试电芯内部存在异物，可能造成内部短路，电芯被击穿，如图1所示。

因此，裸电芯的绝缘耐电压测试是锂电池生产过程检验的关键环节，可以检测出不合格产品，提高最终电池产品的安全系数。本文以短路率为出发点，重点统计并研究了锂电池各个制作环节中的电芯短路率， 并进行了原因剖析，为电芯制作中的短路率控制提出了指导方向。

实验

1.1 实验原料

使用叠片式进行电芯组装，容量为5Ah，正极材料为三元523；负极材料为石墨；隔膜采用12个批次，共计50个样品（详见表 1）；铝塑膜；电解液。

1.2 实验步骤

按照电池容量，使用半自动叠片机对电芯进行组装，使用转盘式冷热压机对电芯进行冷热压整形，随后使用超声波极耳焊接机进行极耳焊接，最后使用四工位顶侧封机对组装好的电芯进行顶侧封。使用绝缘电阻仪，对电芯不同环节的短路情况依次进行测试，设置检测电压为200V，电阻值为20MΩ。

结果与讨论

2.1 数据统计

在相同制作环境下，使用相同的正负极材料和电解液，对12个批次、50个隔膜样品进行了锂电池制作，并对锂电池不同制作环节的短路率进行了统计，得出以下结论。（注：上表各批次中，隔膜型号用相应编号代替。）

从以上数据分析，总共组装1214电芯，其中叠片环节短路86块，短路率7.08%；冷热压环节短路5块，短路率0.41%；极耳焊接环节短路36块，短路率2.97%；顶侧封环节短路38块，短路率3.13%。各环节短路率高低依次为叠片＞顶侧封≈焊接＞冷热压。

2.2 造成短路的原因分析

2.2.1 造成叠片工序短路率高的原因

（1）粉尘

将微短路的锂电池拆开，可以发现隔膜上会出现黑点。如果黑点位于隔膜中心附近，很大概率是由于粉尘击穿造成的。锂电池在生产制造过程中，空气中的粉尘或者制成时极片、隔膜沾上的金属粉末都会造成电芯内部微短路。杂质造成的微短路所引起的不可逆反应，是造成个别锂电池自放电偏大的最主要原因。

（2）毛刺

极片在使用前，要使用特定模板裁切成规定尺寸。裁切过程中不可避免会出现极片掉屑或者毛刺，这些异物在叠片时会有一部分卷入电芯中，夹杂在正负极和隔膜之间，存在内部微短路风险。将微短路的锂电池拆开，当发现锂电池的隔膜上出现的黑点处于边缘位置占多数，便是极片分切过程中产生的毛刺引起的。

（3）正负极极片直接接触

在叠片过程中，隔膜应该完全包裹住正负极极片，并且负极片的尺寸略大于正极片。在某些情况下，隔膜的纠偏过程出现问题，造成隔膜无法完全包裹住正负极极片，隔膜向一端偏移，造成正负极极片直接接触，形成短路。

2.2.2 造成冷热压工序短路的原因

（1）毛刺。叠片工序没有检测出短路的电芯，冷热压工序中，在强制外力的作用下，电芯被挤压，内部空间发生压缩，之前存在于内部的毛刺这时很可能刺穿隔膜，造成短路。

（2）由于隔膜的机械强度不够，在冷热压环节，强制施加外力的条件下，有可能造成隔膜被撕裂或者穿刺成大孔，正负极接触，形成短路。

2.2.3 造成焊接工序短路的原因

（1）传统的超声波焊接工艺，焊接面积小，焊接强度差，特别容易出现虚焊现象。在超声焊接过程中，容易使集流体处金属屑飞溅至极耳胶和电芯主体上。飞溅到极耳胶处的金属屑因瞬间高温粘结在极耳胶上，无法清除，在后续电芯封装中，使极耳与铝塑膜外壳导通引发短路。

（2）叠片电池由多片正负极组成，容量越高，电芯越厚。极耳焊接时，为了将所有裸露的集流体焊接在一起，位于电芯外侧的极耳会被一定程度的向外拖拽，这就可能造成隔膜无法完全包裹住极片，存在正负极接触的可能。

3.2.4 造成顶侧封工序短路的原因

（1）铝塑膜充壳时，厚度不能完全符合电芯要求，存在入壳困难的可能性。入壳时在边角处可能造成电芯挤压，导致正负极接触，形成短路。

（2）顶封相比侧封，如果封头温度过高，容易造成铝塑膜中的铝箔和正负极极耳导通，形成短路。

2.3 电芯制作工艺改进方向

针对可能造成电芯短路的各个制作环节，可以从以下几个方面重点着手，降低电芯的短路率，提高电芯制作水平。

（1）使用模板对极片进行裁切后，以及在放入料盘之前，尽量去除极片上出现的掉屑或毛刺，降低内部微短路风险。（2）电芯制作过程中，严格控制空气中的粉尘和杂质的含量，尽量避免异物的混入。（3）叠片过程中，时刻调整纠偏电机，调整隔膜的限位装置，使隔膜完全包裹住正负极极片，避免两者错位造成接触，防止电芯顶端或底部正负极短路的形成。（4）焊接极耳时，设置好焊接电压和触发时间等参数。如果电芯较厚，可以将极耳焊接在电芯中间部位，防止极片被过度向外拖拽。（5）顶侧封环节，设置好热封温度以及热封时间，防止由于热封时间过长，造成过封。（6）铝塑膜冲壳时，严格根据电芯厚度进行冲深，使铝塑膜完全包裹住电芯，防止由于冲深不够造成电芯边角处挤压。

2.4 针对隔膜提出的改进措施

（1）隔膜要有足够高的机械强度，抗刺穿能力也要强，尤其是在冷热压环节，防止隔膜由于机械外力造成撕裂。

（2）隔膜的物理绝缘性要高。击穿电压在合理范围内，应该尽可能的高。同时为了防止毛刺穿刺隔膜，隔膜中大孔在孔径分布中所占比例应该尽可能低。

（3）可以使用涂层隔膜，在增强热稳定性的同时，也能够适当增强机械强度，降低电池的短路风险。

【每日分享一点知识，有益点赞收藏关注】

文献参考：王磊,宋建龙,张建臣,熊佳兴.锂离子电池叠片工艺短路现象分析与研究[J].信息记录材料,2020,21(2):20-22

相关问答

关于这个问题,锂电池顶封胶是一种密封电池的胶水材料,常用于电池组装中。调整顶封胶的方法如下:1.准备好所需材料,包括顶封胶、调制工具、称量工具等。2...

瓶口漏酒可以通过几种方法来密封。首先,可以使用食品级的封口胶,将胶水涂在漏口处,等待干燥后即可密封。其次,可以使用胶带或胶布将瓶口包裹起来,同时用力...

[最佳回答]因为长颈漏斗不像分液漏斗那样上面有盖所以要液封这样可以防止制气过程中与外界接触提高制出气体的纯度以及防止气体从漏斗口漏出因为长颈漏斗...

由于长颈漏斗下端的直径非常小,经过这个途径跑出去的气体的液面范围也很小,大部分气体还是会进入反应器内的上部空间而被收集,因此这一点微小的损失...

集装试机封内漏的原因有多种,包括:机封的动、静环平面磨损,或安装过紧、过松,或水质差、含有小颗粒及介质中盐含量高,形成磨料磨损机封的平面或拉伤。机封安...

饿了么点的奶茶封盖没封好漏了怎么处理?共有3位律师解答法律分析:消费者服务热线12315。首先,要寻找维权凭证,收集证据。比如,购物小票凭证、保修单、发票;...

比如:布线槽,然后加点装饰遮盖掉;或者如果很远的接线,你可以从卫生间的掉顶里面走;最美观的方法是切瓷砖,把线封墙砖下面,这个工程就比较大了。###一般走明线...

[回答]你补充入账就好了。借原材料贷应付账款等

投料前打一次液封,然后最好的办法是投料后约半小时将合成塔出料管和高甲冷液相管串联起来。我们这一般是投料前存液封,一般存15分钟,根据合成塔出...

涨停板封不住的原因:主要应从股价涨幅及大势冷暖两大方面研判。1、吃货型。多数处于近日无多大涨幅的低位,大势较好。低迷市、盘整市则无需在此高位吃货,特点...