[技術探討] 防止鋰離子電池起火 從正確的乾電芯絕緣測試做起

13 May 2021

鋰離子電池隨著能源永續需求以及其性能逐步提升,在電驅動車及各式再生能源之儲能系統等大能源應用上快速成長。但隨著電池使用數遽增、能量密度與高速充放電提升,起火爆炸事件頻傳於世界各地。近期小至3C產品燃燒爆炸導致人們對使用鋰電池產生恐懼,大至電動車在充電中或充電後起火新聞也屢屢引發人們購買電動車的疑慮,更因韓國連續的儲能系統燃燒事件引起全球儲能系統擴充急速趨緩。

大多的鋰離子電池起火事故皆因劇烈燃燒而難以分析起火原因,一般報告中的電氣控制系統失誤或長久鋰金屬沉積堆長成鋰晶枝造成電池內部短路引起,這些固然不失為可能因素,但若細部分析這些因素在佔大宗中的電芯劇烈群聚化學燃燒的事故中卻很難成立。假若電池自發的內部短路引起,卻又不是鋰晶枝生成,那是什麼難以理解的原因?一個一般分析報告都想極力避開,也是電池芯廠最難以啟齒的因素卻不難理解:製程總有些金屬電極毛邊或異物穿刺或存在隔離膜中,卻不知為何現有製程測不出來,不良率不高、數量不多以為可被接受,一旦銷售至市面發生事故將是整座儲電廠、整台車甚至人命上新聞。

此外,鋰離子電池起火事故大多發生在充電時,主因為大部分鋰離子電池所使用的負極材料會膨脹導致原本未短路的潛在不良品變成內部短路,且據研究此膨脹會在反覆的充放電週期持續成長,讓這危險性擴展到使用者使用電池時。這意味著即使在生產時電池雖未內部短路,若隔離膜被電極毛邊或金屬異物局部穿刺等一般生產製程出現的瑕疵若無法被有效檢出就存在風險。一般常見於電池芯生產檢驗問題多為①過低的乾電芯(Jelly roll)絕緣檢測電壓(<350V) ,②絕緣測試過程中無法檢測出暫時破壞隔離膜的電氣閃絡(Flashover) 。

致茂建議電池芯檢驗時需規範這兩點:

1.    乾電芯絕緣耐壓測試電壓必須高於(350V +α)峰值(圖一)
2.    絕緣耐壓過程中不可發生電壓或電流的電氣閃絡(圖二) 

致茂從大量的分析報告、研究文獻及不斷的實驗過程中得到結論,防止鋰離子電池起火,從正確的乾電芯絕緣測試做起是最有效且低成本的做法,因一旦注入電解液後將再也無法對正負極進行高壓絕緣測試。

圖一 . 空氣的崩潰電壓與距離關係 圖二 .在CC模式與CV模式下,局部放電與電氣閃絡偵測

 

Chroma 11210電池芯絕緣測試機是專為鋰離子電池(乾電芯)絕緣異常檢出而量身打造的絕緣測試機,其兩大獨特技術是市面耐壓或絕緣測試器未有的,不但全程監測測試過程中電芯內是否曾經發生過因局部的異常放電而產生異常電氣閃絡並量化為可視程度及可記錄波形。且在達到測試電位後,測試時間內也會與一般耐壓或絕緣測試器一樣進行漏電流或絕緣電阻值測量判定異常。

Chroma 11210電池芯絕緣測試器

Chroma 11210的兩大獨特技術及兩項建議近期受到國際車用電池大廠所採納,為確保其電池芯的安全品質。
致茂電子近年來因應電動車相關產業持續發展的趨勢,以自身擁有30多年在電力電子領域的測試經驗和技術並不斷研發及創新,且持續在電動車相關產業提出測試方案,把關您的產品安全品質及可靠性。若想進一步了解產品資訊,歡迎造訪致茂官網:

電池芯絕緣測試器 Chroma 11210