锂电池安全性能无损检测技术研究进展.pdfVIP

节能环保的新能源汽车是汽车行业发展的一个方向，也是我国的未来发展战

略，电池作为新能源汽车的储能元件和供电电源，在新能源汽车上具有核心作用。

锂电池由于具有能量密度大、自放电率低、循环寿命长等优点，在新能源汽车领

域得到了广泛应用。但受应用环境、电池材料和生产工艺等不够完善等因素影响，

电池组会出现能量效率降低、寿命缩短、电动汽车的续驶里程减小等问题，甚至

导致燃烧、爆炸事故的发生，存在安全隐患。

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锂电池安全隐患分析

锂离子电池一般由正极、负极、正极引线、负极引线、中心管子、隔膜、电

解质和电池外壳等组成。电池正极为金属氧化物、掺杂化合物等，电池负极为碳

素材料，电池电解液由无机锂盐和有机溶剂组成。锂电池属于二次电池，通过锂

离子在正负极之间的移动实现电池的充放电。锂电池工作原理示意如图1所示。

图1锂电池工作原理示意

锂电池分为柱形锂电池与方形锂电池，又根据电池外包材料的不同分为铝壳

锂电池、钢壳锂电池和软包锂电池。

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，评估其安全性能。

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三部分进行

阐述，分别介绍其缺陷种类及其相应的检测方法。

NO.2

锂电池安全性能检测方法

01

表面缺陷检测

锂电池的表面缺陷主要是由原材料本身受损或仅生产线上受到误碰产生的，

其主要表现为划痕、褶皱、鼓包、凹痕、凹坑、针眼、露铝、脏污等，其中针眼、

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为主，质检员在强光环境下仔

细观察每一块产品的表面，并通过触觉检测锂电池表面的凹痕、凹坑。基于CCD

（电荷耦合器件）成像和数字图像处理的机器视觉技术的自动检测技术逐渐成熟，

而现阶段表面缺陷的自动化检测仍处于探索阶段，目前比较成熟的产品如ECCO

95.0203D型视觉传感器，可以呈现完整的电池3D模型，其对软包电池表面缺陷

的检测结果如图2所示。

图2软包电池表面缺陷检测结果

锂电池表面缺陷的自动检测技术具有检测速度快、精度高、不会造成二次伤

害等优点，但容易受到生产工艺、光照等环境影响。

02

电极检测

电极极片的生产工艺复杂，工序繁多，电池质量70%都与极片相关，极片缺

陷会直接影响电池的性能，轻则引起电池容量降低、寿命下降，重则导致电池内

部发生短路，极片缺陷检测是电池质量检测中的一个重要环节。

极片的制作工序包括收卷、刮粉、对辊、裁片、极耳焊接、贴胶纸、卷绕等

环节，在涂料、辊压环节都可能造成极片损伤。锂电池的极片缺陷包括极片断裂、

极片漏金属、极片划痕以及褶皱等。

提出了一种基于主动热成像法检测锂电池极片缺陷的方法，该方法通过加热

电极同侧的电极得到电池热特性与形状之间的关系，可以检测出电池里的点缺陷

与颗粒缺陷、得出电极的孔隙率，同时发现孔隙率高的薄膜具有较高的热导率。

提出一种基于脉冲热成像技术的锂电池电极质量评估方法，对实验室制造的

电极存在的厚度差异和成分差异进行检测。

将图像处理算法与脉冲热像仪配合使用，对实验室创建和模拟的电极膜上气

泡和条纹缺陷进行了自动检测。

开发了一种基于X射线照相的方法，建立涂层成分衰减定律，以此评估锂电

池电极涂层各点的厚度，随着涂层厚度的逐渐减小，可检测针孔或宽边缺陷。

利用高分辨率X射线CT扫描技术研究了汽车锂离子电池的单元电池再使用

时阴极颗粒开裂、铝集电器腐蚀、阴极膨胀和样机孔堵塞不均匀等问题，同时研

究了电池使用老化问题。

研究了微米级计算机断层扫描技术（CT）在锂离子电池内部结构分析中的应

用，分别对电极结构断裂、电极褶皱、极片整齐度进行了测试其（检测结果见图

3），可见CT成像结果可以对电池内部电极的结构断裂、褶皱、电连接不稳定以

及正负极对齐度差