霍克锂电池安全性能无损检测技术研究进展

摘要：跟着科技的开展与进步，在国内，锂离子电池的应用领域也在逐步扩展，如电动轿车、电动自行车、电源设备等。跟着锂电池的运用越来越多，其运用进程中产生的爆破和自燃等安全事故也越来越多。所以，要加强对锂离子电池安全性的研讨，并与其运用的详细条件相联络，建立起一套科学的检测手法，然后削减安全事故的产生。本文对锂电池安全功用无损检测技能进行了详细研讨。

关键词：锂电池；新动力；安全

开发新型高效、绿色的新动力车，已成为当今世界各国的开展方向，也是我国今后开展的重要方向。而在新动力轿车中，电池起到了非常重要的功用，既是能量存储单元，也是能量供应的动力来历。锂离子电池因其高能量密度、低自放电速率和长循环寿数而被广泛用于新动力轿车。但是，因为遭到运用环境、资料及制作技能的约束，可能会导致电池能量效率下降、运用寿数缩短、续航路程下降，乃至引发自燃或爆破等事故，带来很大隐患。

一、锂离子电池安全功用的影响要素

（一）负极资料

负极资料的挑选直接关系到锂离子电池的安全性，主要包含:第一、 SEI膜。SEI膜是不安稳的，当其在必定的温度下，将会呈现决裂，在极高的温度下， SEI膜将会产生自加热，然后导致电池的热失控。第二，电池的负极与电解液产生反响。在化学反响进行进程中，嵌于负极中的锂离子将在高温下与有机溶剂产生化学反响，而电解液自身具有较低的易燃性，当温度到达必定程度时，就会引发火灾和爆破。第三，粘结剂。高容量负极资料中，粘结剂的挑选不当，将会导致电极结构的安稳性和完整性下降，然后影响到电池的运用安全。

（二）正极资料

在锂离子电池的应用中，其正极资料还会对电池的热安稳性、过充安全等产生影响。正极在过充电时，因为其自身的产热特性，尤其是在过充电时，因为电解液在较高的压力下不安稳，会与正极资料的活性物质产生副反响，然后产生很多的热量，然后使电池的温度不断上升，一起，也会形成正极资料的结构改动和氧的释放，然后引发电池的热失控问题。

二、锂离子电池开展现状

锂离子电池属于一种金属锂类物质，经过人们不断的研讨，它能够成为一种负极资料的化学电源。锂离子电池之所以能够跟上时代开展，归根结底是因为上个世纪六七十年代的石油危机，假如不是那一次的石油危机，人类也不会外出寻觅新的动力。因为金属锂重量轻，电极电势低，质量能量密度高，经过不断的研制，它被认为是一种新的可供挑选的动力。伴跟着社会的开展，人们的环境保护意识的增强，可充电电池的持续研制，逐步被人们所知道，并成为了很多专家研讨的重点，锂离子电池的呈现，给人们的日常生活提供了极大的便当，这使得锂离子电池的开展迅速，并遭到了人们的关注和期待。作为一种可充电的电池，锂离子电池能够节省能量，但在运用时，会产生金属外表不平整、电位散布不均匀等问题，乃至还会引起爆破，给用户的生命安全带来极大要挟。为此，世界各地的专家学者都在对这一问题进行深入的讨论。

三、锂离子电池安全失控机理

热失控是由单次蓄电池产生的一系列热量链式释放而引起的高温，然后引发的一系列事故。锂离子电池在运转进程中，因为高温、低温等原因，其产生的老化、化学反响释放的热量，跟着温度的升高，电池阅历以下化学转变：SEI层分解、阳极资料和电解质之间的反响、阴极资料和电解质之间的反响、电解质的脱色方位以及阳极和粘合剂之间的反响。其间许多是并行产生的是导致电池产生爆破的重要原因。一起，更多的热被放出，使其温度上升到110-120摄氏度。因为负电极固态电解质薄膜被破坏，失掉保护的LiC6与溶剂、粘合剂产生放热反响，进一步将电池温度升高至150℃。在这个温度下，会产生激烈的放热反响，例如:电解液的风化，构成PF5。当隔板的温度上升到150-200摄氏度时，在蓄电池中的聚烯烃隔板就会产生改动，使蓄电池产生短路并释放出热量，而蓄电池的温度升高则会促进其内部的化学反响。当电池的温度上升到一百八十度到三百度的时候，正极物质会产生严峻老化，电解质会产生严峻氧化，然后产生更多的热量，导致电池的爆破。

四、锂电池安全功用检测方法

（一）外表缺点检测

锂电池的外表缺点，通常由质料自身受损或在生产进程中被不小心牵动引起，表现为划痕、褶皱、鼓包、凹痕、凹坑、针眼、露铝、脏污等，特别是针眼、露铝等较严峻的损伤，会对电池的安全产生较大的要挟。现在商业上，对锂电池外表的检测，以人工为主，质检人员要在强光下，需要仔细地看各个产品的外表，而且经过触摸来发现其外表有无洼陷，跟着 CCD （电荷耦合设备）成像和数字图画处理的机器视觉技能的自动检测技能逐步趋于完善，而现在对外表缺点的自动化检测还处于探究阶段[1]。现在， SmartRay企业的 ECCO95.0203 D型视觉传感器，能够完整显示出一个整个的电池3D模型，对软包电池外表缺点的检测成果详细如图1所示。

现阶段，检测锂电池外表缺点的自动化技能具有速度快、准确率高、无二次污染等长处，但易受工艺、光照等环境要素的影响。

（二）电极检测

电极极片制作进程繁琐、操作繁琐，70%的电池品质都与电极极片有关，电极极片的缺点将会对电池功用形成极大影响，电池在运用进程中，会导致电池容量下降，运用寿数缩短，乃至产生内部短路，所以对电极极片进行质量检查是非常重要的。该产品的制作工艺包含卷取、刮粉、对辊、切片、极耳焊接、贴胶纸、绕制等工序。在锂电池中，存在着极片开裂、极片金属走漏、极片划痕和极片起皱等问题。在此基础上，构建了一种对锂电池的电极极片缺点进行自动热图画处理的技能，该技能是经过对同一侧的电极进行加热来获取电池的热特征与其形态之间的联络，然后能够检测出电池中的一些点和颗粒的缺点。然后得出电极的空隙率，并发现空隙率高的薄膜具有更高的热导率。另外，采用高分辩 X射线 CT技能，对车载锂离子电池在运用时呈现的阴极粒子开裂、铝集电器腐蚀、阴极膨胀以及非均质气孔堵死等问题进行深入剖析，并对其运用时的寿数进行剖析。运用微米级计算 CT 技能，在对锂离子电池的内部结构研讨中，对电极结构开裂、电极褶皱和极片规整度进行了测试（测试的成果如图2所示），根据 CT图，能够对电池中电极的结构开裂、褶皱、电连接不安稳、正负极对齐度差等的内部结构问题做出断定[2]。

 

 

（三）电池内部结构缺点检测

电池内部结构缺点主要能够分为两种。其间一种是电池中有杂质，另一种是电池中含有太多的气体。电池内杂质是指在制作进程中呈现的工艺缺点，能够经过 X射线来勘探，因为 X射线对高密度物质比较敏感，所以能够勘探到的主要是金属杂质。电解液中的气体含量过高，其原因是包装不良、电池芯内部的化学反响、电解液的渗透不良等。运用 CT图画对电池的内部进行剖析，并从环境、温度和电池的构造等要素对电池产生短路的影响进行剖析。运用 CT扫描技能，对电池的内部结构展开了勘探，所获得的电力电池密封圈杂质 CT印象，详细见图3所示，其间的异物颗粒直径为100微m （异物有可能会形成电池密封不严，电解液泄露）。

运用声发射技能测定了不同资料的锂离子电池的电化学功用，并对电化学进程中的产气机理进行了研讨。针对现在锂离子电池存在的“气膜”问题，提出一种运用“空耦”超声波穿透技能对锂离子电池进行无损勘探的方法。在实验中，将一个样品频率设置为10 MHz，增益为33 dB，每组搜集2584个点，还能获取几组数据[3]，终究，所得到的锂电池空耦超声透射波信号最大振值随泡沫缺点直径的变化曲线如图4所示。

 

结语

总归，锂离子电池因其高能量密度、绿色环保和便携等长处，在移动通讯和电动轿车等动力存储方面极具潜力。为了更好地将锂离子电池的价值发挥到最大，确保电池的安全功用，就必须做好锂电池安全功用无损检测技能的研讨，以到达对电池能量密度和安全性的要求，然后确保电池运用的安全性、可靠性。