Page 111 - 无损检测2022年第十二期

陈佳慧, 等:

锂电池安全性能无损检测技术研究进展

近几年国内外锂电池的安全事故、 召回数据表
明, 锂离子电池的安全事故主要表现为过热、 燃烧和
爆炸。锂离子电池发生安全事故的主要原因是热积
聚或热失控, 表现为无法正常、 及时散热或压力局部
突增, 进而导致电池失控, 引起起火、 爆炸等事故, 一
定程度上会威胁人身安全。内部材料、 制造工艺、 非
正常使用、 使用疲劳等因素均有可能导致电池发生
故障。
锂电池的生产包含极片制作、 电芯组装、 后处理
等多个复杂工序, 在生产过程中, 可能出现划痕、 颗
粒、 边缘破损、 极片穿孔等十几种缺陷, 因此, 在出厂
使用前, 需要对锂电池进行缺陷检测, 评估 其安全
图 2 软包电池表面缺陷检测结果
性能。
可能造成极片损伤。锂电池的极片缺陷包括极片断
笔者将锂电池存在的缺陷分为表面缺陷、 电极
缺陷以及内部缺陷 3 部分进行阐述, 分别介绍其缺 裂、 极片漏金属、 极片划痕以及褶皱等。
HUBER 等 [ 5 ] 提出 了 一 种 基 于 主 动 热 成 像 法
陷种类及其相应的检测方法。
检测锂电 池 极 片 缺 陷 的 方 法, 该 方 法 通 过 加 热 电
2 锂电池安全性能检测方法 极同侧 的 电 极 得 到 电 池 热 特 性 与 形 状 之 间 的 关

2.1 表面缺陷检测 系, 可以检测出电池里的点缺陷与颗粒缺陷、 得出
锂电池的表面缺陷主要是由原材料本身受损或 电极的孔 隙 率, 同 时 发 现 孔 隙 率 高 的 薄 膜 具 有 较
高的热 导 率。 SHARP 等 [ 6 ] 提 出 一 种 基 于 脉 冲 热
仅生产线上受到误碰产生的, 其主要表现为划痕、 褶
成像技术 的 锂 电 池 电 极 质 量 评 估 方 法, 对 实 验 室
皱、 鼓包、 凹痕、 凹坑、 针眼、 露铝、 脏污等, 其中针眼、
制造的 电 极 存 在 的 厚 度 差 异 和 成 分 差 异 进 行 检
露铝等严重缺陷会影响电池的安全性能。
目前工业上锂电池的表面检测方式以人工检测 测。 O'REGAN 将 图 像 处 理 算 法 与 脉 冲 热 像 仪 配
为主, 质检员在强光环境下仔细观察每一块产品的表 合使用, 对 实 验 室 创 建 和 模 拟 的 电 极 膜 上 气 泡 和
面, 并通过触觉检测锂电池表面的凹痕、 凹坑。基于 条纹缺陷进行了自动检测。

CCD ( 电荷耦合器件) 成像和数字图像处理的机器视 ETIEMBLE 等 [ 7 ] 开发了一种基于 X 射线照相
觉技术的自动检测技术逐渐成熟, 而现阶段表面缺陷 的方法, 建立涂层成分衰减定律, 以此评估锂电池电
的自动化检测仍处于探索阶段, 目前比较成熟的产品 极涂层各点的厚度, 随着涂层厚度的逐渐减小, 可检

如 SmartRa y 公司的 ECCO 95.0203D 型 视 觉 传 感 测针孔或宽边缺陷。 RAHE 等 [ 8 ] 利用高分辨率 X

器, 可以呈现完整的电池3D 模型, 其对软包电池表面 射线 CT 扫描技术研究了汽车锂离子电池的单元电
缺陷的检测结果如图2所示。 池再使用时阴极颗粒开裂、 铝集电器腐蚀、 阴极膨胀
锂电池表面缺陷的自动检测技术具有检测速度 和样机孔堵塞不均匀等问题, 同时研究了电池使用
快、 精度高、 不会造成二次伤害等优点, 但容易受到 老化问题。马天翼等 [ 9 ] 研究了微米级计算机断层扫
生产工艺、 光照等环境影响。 描技术( CT ) 在锂离子电池内部结构分析中的应用,
2.2 电极检测 分别对电极结构断裂、 电极褶皱、 极片整齐度进行了
电极极片的生产工艺复杂, 工序繁多, 电池质量 测试其( 检测结果见图 3 ), 可见 CT 成像结果可以
70% 都与极片相关 [ 3 ] , 极片缺陷会直接影响电池的 对电池内部电极的结构断裂、 褶皱、 电连接不稳定以
性能, 轻则引起电池容量降低、 寿命下降, 重则导致 及正负极对齐度差等内部结构缺陷进行识别。
电池内部发生短路, 极片缺陷检测是电池质量检测 2.3 电池内部结构缺陷检测
中的一个重要环节。 电池内部结构缺陷主要分为两种, 一种是电池
极片的制作工序包括收卷、 刮粉、 对辊、 裁片、 极 内部存有异物, 一种是电池内部存在过多气体。电
耳焊接、 贴胶纸、 卷绕等环节 [ 4 ] , 在涂料、 辊压环节都 池内部异物主要由电池生产过程中的工艺缺陷造

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2022 年 第 44 卷 第 12 期
无损检测