鋰離子電池的乾電芯一般生產檢測都只有耐壓或絕緣的測試,足夠高的測試電壓與測試過程中的電氣閃絡的檢出可檢出具風險的未來內部短路不良品(因隔膜局部穿刺或破孔)。但要提高測試電壓降低電池內短風險卻往往讓生產廠家卻步,因為堆疊捲繞製程常令乾電芯半成品耐壓較原始正常隔離膜耐壓大幅降低而難以實現,且難以分析其根本原因。事實上,鋰離子電池乾電芯結構是一個實質的塑膠膜電容,如果能透過靜電容量(C)量測,可以透過各個材料或物理結構與C的關係管理相關製程與材料品質。
由(1)式參數可整理出與C相關的有:
①. 隔離膜: 進料(膜厚,疏孔率),製程異常加熱
②. 捲繞堆疊: 皺褶,鬆散,電極重和度
③. 測試治具壓力
以一批次C值偏低異常為例:於【表1】整理出其可能原因與對電池品質的影響。
以一批次C值偏低異常為例:於【表1】整理出其可能原因與對電池品質的影響。
參數 | 表象可能原因 | 實際可能原因 | 對電池品質影響 |
---|---|---|---|
ε 變小 | 隔離膜疏孔率異常上升 | 原始材料改變 |
|
乾電芯組立製程過度加熱 | |||
A 變小 | 電極重和度不佳 | 機械失修或調整不佳 | 容量降低,易電析內短 |
d 變大 | 膜厚增加 | 原始材料改變 | 內阻增加 |
堆疊/捲繞皺褶、鬆散 | 機械失修或調整不佳 | 內阻增加,充放電不均勻,機械組裝異常 | |
測試夾壓力道降低 | 機械失修或調整不佳 | 影響毛邊或金屬異物混入可檢出能力 |
▲【表1】批次C值偏低異常可能原因與對電池品質的影響
以一常見被忽略的因素”加熱”影響乾電芯的絕緣耐壓品質為例說明C量測管理可看到什麼。在乾電芯捲繞與堆疊過程,為了電極與隔膜間的貼合與成形,常會有加熱工法。另外乾燥處理也會有加熱行為,但卻少有人針對加熱後隔離膜”耐壓”產生何種變化。
【圖1】為一實際案例,加熱乾燥處理前後乾電芯的變化。除了容量降低約20%,意外的耐壓能力也降低了約150V (到了空氣崩潰電位350V)。
▲【圖1】 加熱處理在乾電芯形成的C值變化與耐壓影響的關聯
此例原因應為加熱造成隔離膜內疏孔變大(所以C值下降),當多處空孔孔徑超過隔膜厚度時就會形成接近空氣的耐壓程度,而失去隔離膜原有的耐壓能力。若無相對分析,可能只會選擇降低測試電壓,殊不知這無形中降低檢出局部穿刺與破孔的短路高風險品的能力而降低電池安全性。透過C值分布管理,也可管理製程材料一致性,也可在製程設計或變更時觀察是否有值得確認之變異,甚至堆疊與捲繞設備的老化也有機會早期發現,可在電池芯前期製成降低風險與產品損失。
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