鋰離子電池在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過程中會(huì)出現(xiàn)某些故障。即使單個(gè)電池出現(xiàn)故障，也會(huì)影響整個(gè)電池組的性能和可靠性，甚至導(dǎo)致電池組停止工作或其他安全問題。

與圓柱形和袋狀鋰電池相比，棱柱形鋰電池由于其高封裝可靠性和相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。有關(guān)更詳細(xì)的比較，請(qǐng)參閱棱柱形電池與袋形電池、圓柱形電池與方形電池文章。

近年來，與動(dòng)力電池相關(guān)的火災(zāi)和爆炸事故不斷發(fā)生，動(dòng)力電池的安全性也受到極大關(guān)注。電池單元短路可能導(dǎo)致電池單元液體泄漏、動(dòng)力電池絕緣故障，或?qū)е聞?dòng)力電池系統(tǒng)起火。

本文將分析棱柱形鋰電池模塊低絕緣故障的原因，以及討論電池外殼腐蝕的失效過程和機(jī)理，并提出了改進(jìn)方法。

 

棱柱形鋰電池低絕緣檢查案例分析

故障排除流程

一次動(dòng)力電池檢查發(fā)現(xiàn)，一個(gè)模塊的絕緣值遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，只有0.113 MΩ。檢查發(fā)現(xiàn)，模塊1號(hào)電池的底殼有明顯的電解液腐蝕跡象。母線連接良好，模塊引腳正常且彎曲。

故障排除模塊的過程數(shù)據(jù)中未發(fā)現(xiàn)異常。故障模塊的電氣性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)其電壓和內(nèi)阻參數(shù)正常，絕緣異常。故障模塊被拆卸，每個(gè)電池單元的藍(lán)色薄膜完好無損。1號(hào)電池底部的電解液明顯泄漏。撕開藍(lán)色薄膜后，發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕點(diǎn)。1號(hào)電池工藝數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)異常。

測(cè)得的電池單元的負(fù)極至外殼電壓為0.596V（規(guī)格不低于1.5V），打開外殼后電壓仍未恢復(fù)，兩個(gè)JR的外觀正常，底部未損壞，且凸耳焊接處沒有重疊的頂蓋；移除JR后，電池負(fù)極和頂蓋的測(cè)量電阻為0。對(duì)電池頂蓋的CT分析發(fā)現(xiàn)，陽極極中的塑料與頂蓋之間存在金屬異物，陽極極與頂蓋相連。

 

 

原因分析

檢查電池單元頂蓋的制造工藝，電極、PPS來料和電極注射成型工藝都是危險(xiǎn)的工藝。電池單元頂蓋上的金屬線導(dǎo)致短路的主要原因有兩個(gè)。

首先是注塑件的介紹：在形狀沖裁過程中，刀口之間的間隙過大，負(fù)極墩壓力產(chǎn)生銅顆粒；PPS進(jìn)入材料與不銹鋼顆?；旌?，并在注射成型期間嵌入零件的PPS中。

二是設(shè)備介紹：干燥機(jī)和注塑機(jī)沒有關(guān)閉進(jìn)行管理和進(jìn)料，車間內(nèi)存在金屬顆粒吸入PPS原料的風(fēng)險(xiǎn)。

 

故障過程分析

電池頂蓋的絕緣層與金屬屑混合。電池頂蓋的電氣測(cè)試使用PC500 V電壓測(cè)試2秒。通過了要求絕緣電阻不低于200 MΩ的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，且500 V電壓不能穿透間隙。

電池焊接到芯片上后，陽極的鋁塊被加熱以熔化表面上的絕緣層（PP材料），金屬屑隨著熔化的絕緣層流到陽極的邊緣；

負(fù)極鋁塊的絕緣層熔化后冷卻后，塑料固化收縮，在電極和頂蓋之間留下間隙；由于振動(dòng)，金屬屑在間隙中移動(dòng)，有時(shí)會(huì)使負(fù)極和頂蓋片導(dǎo)電。在連續(xù)充電和放電過程中，電池外殼緩慢腐蝕，導(dǎo)致液體泄漏和絕緣值低。

 

腐蝕機(jī)理

鋰離子棱柱電池的腐蝕實(shí)際上是由鋁殼形成鋁鋰合金的過程，需要滿足兩個(gè)必要條件。一種是電子短路，即鋁殼有一個(gè)低電位的陽極；

第二種是離子短路，即鋁殼接觸電解液中的鋰離子。正常電池單元的陽極柱通過絕緣層與外殼分離，外殼處于高電位。當(dāng)負(fù)極和頂蓋之間存在金屬屑并且陽極和鋁殼之間發(fā)生短路時(shí)，鋁殼將具有腐蝕電位條件，鋁殼的電位將顯著降低（鋁殼的初始鋰插入電位約為1.4V）。同時(shí)，鋁殼與電解液中的鋰離子接觸，低電勢(shì)鋁殼將與鋰離子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。

 

 

Cathode：L i x C6→6C+x L i++x e-

Anode：A l+x L i++x e-→Li x A l

電子從陽極轉(zhuǎn)移到鋁殼，鋰離子嵌入鋁殼中形成鋁鋰合金，可分為三個(gè)階段：第一階段氧化鋁的還原；第二階段的形成；第三階段理論上可能形成。隨著鋰嵌入程度的增加，它與空氣中的氧氣和二氧化碳反應(yīng)形成堿金屬鹽，鋁殼逐漸被腐蝕。電池周圍有聚酯薄膜涂層絕緣層，只有底部有定位孔和閉合間隙，因此電池底部的腐蝕很常見。

 

注意事項(xiàng)

1） 加強(qiáng)過程控制，降低引入金屬異物的風(fēng)險(xiǎn)。負(fù)墩壓力沖裁模鑲塊由高強(qiáng)度鋼制成，減少了刀口之間的間隙和毛刺的產(chǎn)生；增加投擲沖擊時(shí)間，確保毛刺完全拋光；對(duì)于聚苯硫醚原料顆粒，在包裝前添加金屬分離器進(jìn)行分離和包裝。吸入管與干燥器相連，以減少車間內(nèi)顆粒吸附的風(fēng)險(xiǎn)。

2） 加強(qiáng)電池單元頂蓋離線絕緣的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，故障電池頂蓋的工廠電氣測(cè)試數(shù)據(jù)被追溯為通過?？梢钥闯觯?00 V電壓的電流測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)無法穿透金屬屑、負(fù)極和頂蓋片之間的間隙，也無法檢測(cè)此類故障電池。頂蓋。

 

 

在保持DC500V高壓絕緣電阻為200 MΩ的前提下，額外進(jìn)行了1500 V 2 s 2 mA高壓電阻100%成品測(cè)試，以進(jìn)行積極驗(yàn)證。在1500 V電壓下未通過檢測(cè)的樣品的CT結(jié)果顯示存在金屬絲。

 

結(jié)論

金屬異物很容易導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)部短路，而短路是導(dǎo)致熱失控的最常見原因。這表明了鋰離子電池生產(chǎn)過程中金屬異物控制的重要性。電池安全問題需要所有技術(shù)人員的共同努力，以使電池生產(chǎn)過程中的異物控制越來越好。