一种锂离子电池内部水分的检测方法及检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种锂离子电池内部水分的检测方法及检测装置，属于锂离子电池检测方法及检测装置领域。适用于使用钢壳或者塑胶壳封装的硬壳电池，如圆柱型电池、方形金属壳电池、或者是塑胶壳电池，利用测定电池化成后产生的凸起形变的大小，达到检测电池内部水分是否超标的目的，本发明专利技术的方法可以对生产完成后的电池进行检测，判断批次电池是否存在水分超标现象。本发明专利技术检测工艺简单，提高了锂离子电池产品合格率，延长了电池的使用寿命。

A detection method and device for internal moisture of lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池内部水分的检测方法及检测装置
本专利技术涉及一种锂离子电池检测方法及检测装置，特别涉及一种锂离子电池内部水分的检测方法及检测装置。
技术介绍
锂离子电池按照外壳材质，区分为硬壳电池与聚合物软包电池，硬壳电池主要有普通钢壳、不锈钢钢壳、铝合金壳、塑胶外壳。电池制造过程通常如下:将包含电池活性物质的正极片、负极片、隔膜通过卷绕或者叠片工艺做成电池芯，放置在电池内部，添加电解液后，对电池进行封口，将整个电池芯封闭到壳体的内部，再经过化成(化成：Pre-formation，就是对制造出来的锂离子电池进行一次小电流的充放电)工艺后，成为一个完整的锂离子电池。锂离子电池内部是一个较为复杂的化学体系，这些化学体系的反应过程及结果是否稳定，与初始状态下内部电池芯的和电解液等部分的含水量密切相关，原始状态下水分含量超标，将严重影响到生产后电池的循环寿命，甚至影响到电池的安全可靠性。生产过程中控制整个过程中能够带入到电池内部原始水分含量的多少，是控制电池品质的关键要素之一。在实际生产中尽管生产车间内采用各种方法降低空气中的水分，将电池生产环境除湿干燥处理，但电池内部正极片、负极片、隔膜内部必然会存在一定量的水分，电解液内也会含有一定量的水分，完成封口后的锂离子电池，必然会有部分水分被封闭在电池内部，这部分水分超过工艺要求标准的话，将导致电池产品批量不合格。而在锂离子电池的制造过程中，从电池自身材料，到制作过程中的各个关键流程中，以及不同天气状态导致的空气湿度的变化，都会影响到电池内部的水分出现变化，影响到电池品质的不稳定。以常见的NCM532(NCM532：其中NCM为镍Ni、钴Co、锰Mn的缩写；NCM后面的数字代表各原材料的含量，第一个数字代表镍，第二个数字代表钴，第三个数字代表锰)体系的锂离子电池为例，在生产过程中一般标定正负极极片的水分标准一般标定为380ppm(ppm浓度，partspermillion,是用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度，也称百万分比浓度)，在实际生产过程中电池封装前，一般实际水平在200-300ppm之间，在电池封口之前一般是采用高温烘烤的方式控制水分，然后进入到电池注液和封口等后道工序。由于整个生产控制过程中各种因素的影响，封口后的电池内部水分超过标准的情况可能，在电池化成过程中，电池内部原始水分与电解液中的六氟磷酸锂产生一系列的反应后被消耗掉，内部通常不再存在单质水分，即完成化成之后的锂离子电池，原始水分将转化为不同成分的气体形式存在，直接反应是内部气压的增加，电池内部原始水分含量高，则产生的气体量大，电池内部的气压也相应增加。以目前的技术手段，全封闭的电池都没有内置压力传感器等压力检测装置，没有办法进行直接的内部气压检测，也就是没有办法通过检测内部气压大小来判断电池原始状态下的水分含量是否超标；同时，由于硬壳的机械稳定性，在电池内部原始水分含量超过标准范围不是很多的情况下，化成后电池内部气压不上超过标准很大，硬壳电池外观也没有明显的形变发生，无法通过直观的目测，看到硬壳电池直接的形变大小，同样无法判断电池内部原始水分含量是否超标，只有在极端情况下出现防爆阀翻转情况下，才有明显的漏液反应，但这类电池已经属于不良品。原始水分含量超标的电池，在经过一定的循环使用后，将交流内阻增加，容量提前衰减等不良现象。锂离子电池属于典型的后使用模式，只有经过客户市级使用后，才能出现上述不良现象，而在出厂阶段无法得到有效验证并检测出未来的不良。特别是锂离子电池一般都是做成电池组使用，电池组多次循环后，电池的容量衰减的不一致性导致电池组内各个电池不均衡加剧，整体电池组容量明显降低，有效使用时间缩短；电池组内各个电池不均衡，将导致容量小的电池出现过充电现象，锂离子电池过充电后，电池将进一步存在安全隐患，所以在电池出厂前能够找到一种检测电池内部原始水分含量的方法，是整个电池行业的急需解决的一个难题之一。
技术实现思路
为解决上述锂离子电池内部水分含量的问题，本专利技术一种具有金属或硬质塑料外壳的锂离子电池内部水分含量的检测方法,包括选取某一固定位置作为测试点，测试不同预设标准水分含量的样板电池化成前后该测试点的凸起变化值，通过曲线拟合得到水分含量-测试点凸起量的对应关系；在相同的测试点，测试实际电池的凸起量，通过所述对应关系给出实际电池水分值。所述的样板电池为圆柱体,测试点选取圆柱形电池底部中心点。所述的样板电池为六面体,测试点位于六面体面积最大的面中心点。一种具有金属或硬质塑料外壳的锂离子电池内部水分含量的检测方法的检测装置，包括，XY滑台,电池固定夹具,测量工具；XY滑台上面设置电池固定夹具，所述的电池固定夹具用于固定待测锂电池；所述测量工具的测量精度至少达到微米级的线性测量工具；测量工具为千分表、线性测微仪或光电投影仪的一种。本专利技术技术方案的优点在于：利用便于直接检测的电池变形量代替了不便检测的锂电池电池内部水分含量或者电池内部压力，解决了具有金属或硬质塑料外壳的锂离子电池内部水分含量的检测问题。利用实验室检测的变形数据作为合格标准，解决了生产中判断锂离子内部水分含量是否超标参考标准。检测出生产过程中内部水分超标的电池，提高锂离子电池产品出厂合格率，有效降低了锂离子电池使用过程风险，延长电池的使用寿命。附图说明图1是为18650电池的测试示意图。其中：1-测试用的千分尺或者光栅尺的测量探针；2-测试用的千分尺或者光栅尺的测量探针；3-18650电池具体实施方式首先对本专利技术技术方案原理做详细介绍。为实现本专利技术上述目的，本专利技术的技术方案是：对于采用钢壳、铝壳或者塑胶外壳密闭封装的硬壳电池，采用封口后化成工艺，电池内部在封口前带入电池壳体内部的水分在电池化成过程中转化为气体，这部分气体被封闭于密闭的电池壳体内部，直接表现为电池内部气压上升，在内部压力大于外部大气压的情况下，电池壳体将出现微小的形变，尽管对于不同形状、不同材质的壳体不同位置，内部气压上升出现形变的大小具有一定差异，但终归可以找到一个形变最为明显，并易于检测的位置。不同形状的电池，在内部压力增加并大于外部大气压力情况下，电池外壳一定会出现一定的向外凸起的形变，如圆柱形18650钢壳电池，形变凸起最明显的位置位于钢壳的底部平面，而方形铝壳电池，最容易出现形变的位置位于长方形的大侧面。电池内部封口密闭前与当时的大气压力相同，电池内部初始状态的水分，经过电池化成工艺后，水分转变为CO2、CO、CH4、C2H6、CH3F、C2H5F气体的一种或多种，内部由于气体产生导致密闭壳体气压高于外界气压，电池壳体在内压作用下向外发生凸起形变，该形变量大小，与壳体内部原始水分直接正相关，通过检测壳体的凸起形变量的大小，达到无损检测电池原始水分含量是否超标的目的。以下为电池经过化成工艺，内部带入水分经过化成后产生气体、以及壳体形变大小的一般机理分析，非
技术实现思路
。i)电池内部水分产生气体的原理按照电池制造行业的一般要求，锂离子电池内部的水分含量，通常不得超过300ppm，电池内部水分与电解液反应的方程式如下：H2O+LiPF6→POF3+LiF+2HFLiPF6→LiF+PF52H2O+PF5PO2F+4HF2H2O+PO2F→H3PO4+HF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池内部水分的检测方法,其特征在于：选取某一固定位置作为测试点，测试不同预设标准水分含量的样板电池化成前后该测试点的凸起变化值，通过曲线拟合得到水分含量‑测试点凸起量的对应关系；在相同的测试点，测试实际电池的凸起量，通过所述对应关系给出实际电池水分值。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池内部水分的检测方法,其特征在于：选取某一固定位置作为测试点，测试不同预设标准水分含量的样板电池化成前后该测试点的凸起变化值，通过曲线拟合得到水分含量-测试点凸起量的对应关系；在相同的测试点，测试实际电池的凸起量，通过所述对应关系给出实际电池水分值。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池内部水分的检测方法,其特征在于，测试不同预设标准水分含量的样板电池化成前后该测试点的凸起变化值的步骤进一步包括：对电池壳体内部不同压力情况下的形变量进行分析；确定电池在一定内压情况下壳体凸起形变最大的数值量；确定凸起最大形变位于电池壳体哪个面和对应形变量参考平面；确定电池在内部气压作用下最易凸变面和最大凸起形变的位置点和检测基准面。3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池内部水分的检...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕成学，陈瑶，高学锋，吴江峰，
申请(专利权)人：上海德朗能动力电池有限公司，宁波奉化德朗能动力电池有限公司，德朗能张家港动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31