一种电芯内部异物的检测方法及电芯质量的评价方法与流程

本发明涉及锂电池性能检测，具体涉及一种电芯内部异物的检测方法及电芯质量的评价方法。

背景技术：

1、在电动汽车和储能系统中，单体电池是通过串联、并联或者串并联成为一个电池组。单体电池的放电稳定性对整个系统的性能至关重要，而同一电池组的放电稳定性是由放电性能最差的某只电芯决定的。电芯的自放电大小对电池组的放电稳定性影响最大。而金属异物是导致电池自放电异常的主要原因之一。

2、在整个电芯制作过程中，叠片作为核心工序，不仅对电芯容量有决定作用，而且在这个过程金属异物有直接叠入电芯的风险。其中，在叠片过程发生电池内部金属异物引入的主要途径有以下几种：1)叠片过程集流体毛刺极片分切时，由于分切刀片不够锋利，会在极片边缘产生金属毛刺，这些毛刺会刺穿隔膜引发物理短路，导致自放电大的现象；2)叠片设备在运行过程中，由于金属材质的零件与零件间会有接触、摩擦、撞击等运动，这个过程中也会产生金属异物，在叠片过程有带入电芯的风险，使得电池的自放电性能变差。现有技术中，对于金属毛刺，虽然可以通过超景深显微镜进行观察评价，但对于电芯内部金属异物的取样、处理、测试、评价方法却相对空白，从而无法有效地对电池内部的异物进行管控，这导致了电池自放电异常发生的频率较高，严重影响了单电芯的放电稳定性，因此，亟需寻求一种对电芯内部金属异物收集、处理、测试、评价的方法，以便有效的对电池内部的异物进行管控，减少电池自放电异常发生的频率，提高单电芯的放电稳定性。

3、cn105983479a中公开了一种金属异物的回收方法和聚合物的金属异物检查方法，其中，金属异物即使微小或者为非磁性，也能够从聚合物中回收金属异物。其方法包括：分离工序，制备使聚合物分散于分散溶剂中的分散液，利用比重差从聚合物中沉降分离金属异物；回收工序，回收沉降分离后的金属异物，分散溶剂的比重小于金属异物的比重，且大于聚合物的表观比重。该方法根据比重差来分离聚合物中的金属异物，但对于电芯来讲，电芯内部金属异物和电芯本身材质的比重比较接近，很难通过比重差来分离金属异物和电芯，因此，该方法无法适用于电芯内部金属异物的检测。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种电芯内部异物的检测方法，以准确测定电芯内部的金属异物；本发明的目的之二在于提供一种电芯质量的评价方法，以帮助我们有效地对至少两款电芯质量进行比较，以便于对电池内部的异物进行管控，减少电池自放电异常发生的频率，提高电芯的放电稳定性，从而提升电芯质量。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种电芯内部异物的检测方法，包括以下步骤：

4、s1、金属异物收集：在极片放卷处设定金属异物采集点，并在金属异物采集点处布置收集装置，然后进行电芯的卷绕或叠片装配，得到电芯，金属异物被收集在电芯中的收集装置上；

5、s2、金属异物处理：将带有收集装置的电芯置于有机溶剂中浸泡，使收集装置上的金属异物脱落于有机溶剂中，吸附有机溶剂中的金属异物，酸洗金属异物，得到处理后的金属异物；

6、s3、金属异物测定：检测处理后的金属异物，得到电芯内部金属异物的颗粒大小和数量。

7、根据上述技术手段，通过在电芯卷绕或叠片装配之前，在极片放卷处设置金属异物采集点，并在采集点处布置相应的收集装置，保证了在电芯卷绕或叠片装配过程中能准确收集到金属异物；然后将收集到的金属异物进行有机溶剂浸泡，有效保证了金属异物收集的全面性，浸泡后的酸洗处理能有效去除金属异物表面的氧化钝化层，使金属表面裸露，方便了后续观察和检测，从而保证检测的准确性，进而为判断电芯质量提供可靠性参考。

8、优选的，所述s1中，金属异物采集点的设定方式为沿电芯长度方向均匀间隔布置，金属异物采集点的数量大于或等于3。

9、优选的，所述收集装置选自集尘纸。

10、优选的，所述集尘纸为圆形构造，直径在47mm～100mm之间。

11、其中，控制金属异物采集点的数量大于或等于3的目的皆在确保集尘纸能够全面覆盖电芯沿长度方向的首、中、尾部位，从而保证收集的金属异物能更加全面的体现电芯内部金属异物的分布情况。

12、优选的，在s1之前，还包括，确认卷绕或叠片设备周围环境露点、粉尘、温度是否正常，查看设备记录表，确认一天之内无重大设备异常及停机情况；然后手动操作设备停止走带，调整极片过辊间隙大于极片厚度约1mm，以便极片顺利通过，关闭设备ccd监测摄像头，以免在进行电芯的卷绕或叠片装配过程中排废。

13、其中，周围环境露点为-15℃～-25℃、粉尘为十万级、温度在15℃～25℃之间为正常。

14、优选的，所述s2中，有机溶剂选自丙酮溶液、n-甲基吡咯烷酮溶液和碳酸二甲酯溶液中的至少一种。

15、优选的，丙酮溶液中丙酮的浓度为1～5％，其余为水；n-甲基吡咯烷酮溶液中n-甲基吡咯烷酮的浓度为1～5％，其余为水；碳酸二甲酯溶液中碳酸二甲酯的浓度为1～5％，其余为水。

16、优选的，丙酮溶液中丙酮的浓度为3％，其余为水；n-甲基吡咯烷酮溶液中n-甲基吡咯烷酮的浓度为3％，其余为水；碳酸二甲酯溶液中碳酸二甲酯的浓度为3％，其余为水。

17、优选的，所述酸选自盐酸溶液或硝酸溶液。

18、优选的，所述s2中，具体包括：

19、s21、剪下电芯中带有收集装置的部位，然后置于有机溶剂中浸泡，使收集装置上的金属异物脱落于有机溶剂中；

20、s22、采用第一磁棒吸附有机溶剂中的金属异物，采用水收集第一磁棒上的金属异物；

21、s23、将收集到的金属异物置于酸性溶液中，超声处理，水洗，抽滤，干燥，得到处理后的金属异物。

22、其中，将收集到的金属异物置于酸性溶液中的目的在于去除金属异物表面的氧化层，从而保证后续更加准确和全面的检测到金属异物，进而保证检测结果的准确性。

23、优选的，所述s2中，浸泡的时间为2h～4h。

24、优选的，所述s2中，浸泡的时间为2h。

25、优选的，酸性溶液中酸的浓度为30％～50％。

26、优选的，酸性溶液中酸的浓度为50％。

27、优选的，超声处理的功率为200w、频率为50khz和时间为7～15min。

28、优选的，超声处理的时间为7min。

29、优选的，抽滤的时间在4～6min之间。

30、优选的，干燥的温度为80℃～100℃，干燥的时间为8～15min。

31、优选的，干燥的温度为100℃，干燥的时间为8～12min。

32、优选的，所述s3中，采用清洁度分析仪检测处理后的金属异物，以获得电芯内部金属异物的颗粒大小和数量，其中金属异物为可磁化异物。

33、优选的，清洁度分析仪的参数设置为：光源频率为140w，物镜倍率为2.5～5，目镜倍数为30～60。

34、优选的，清洁度分析仪的参数设置为：光源频率为140w，物镜倍率为2.5，目镜倍数为30。

35、本发明还提供一种电芯质量的评价方法，包括以下步骤：

36、步骤1)、采用本发明所述的检测方法检测得到电芯内部金属异物颗粒的粒径大小和颗粒数量；

37、步骤2)、将金属异物颗粒的粒径大小按从小到大的方式分成n个区间，并计算获得每个区间的金属异物的颗粒数量，其中，n为自然常数；

38、步骤3)、根据每个区间的金属异物的颗粒数量和颗粒粒径，计算获得异物度指标σ；

39、步骤4)、任选至少两款电芯，根据步骤1)至步骤3)检测和计算获得对应的异物度指标σ，根据异物度指标σ评价电芯异物管控效果，并根据电芯异物管控效果评价电芯质量。

40、其中，异物度指标σ是指个各区间的金属异物的颗粒粒径之和除以对应区间的金属异物的颗粒数量的平方之和。

41、根据上述技术手段，通过将观察到的金属异物颗粒按粒径大小进行分区，然后根据每个区间的金属异物的颗粒数量和颗粒粒径计算异物度指标σ，从而通过异物度指标大小即可快速且准确的判断至少两款电芯异物的管控效果，为电池内部的异物的管控提供了强有力的帮助，进而有效减少电池自放电异常发生的频率，提高电芯的放电稳定性，提升电芯质量。

42、优选的，所述步骤3)中，采用公式ⅰ计算异物度指标σ：

43、σ＝(x1/y1)2+(x2/y2)2+(x3/y3)2+(x4/y4)2+……(xn-1/yn-1)2+(xn/yn)2(ⅰ)

44、式ⅰ中，σ表示异物度指标，xn表示第n个区间中所有金属异物颗粒的粒径之和，yn表示第n个区间中金属异物的颗粒数量。

45、其中，经过长期试验研究得知，金属异物的颗粒粒径大小和颗粒数量均是影响电芯放电稳定性的重要因素，因此，经过多次尝试并研究总结得到异物度指标σ计算公式，通过结合实际试验验证，该计算公式能简单而准确的反应电芯的质量情况，同时该计算公式可以对电芯内部的异物度进行量化，可用于对比两款电芯在装配过程中的金属异物控制能力。

46、优选的，所述n的取值范围在4～10之间。

47、优选的，相邻区间的金属异物颗粒的粒径差值在25um～400um之间。

48、优选的，所述步骤4)中，具体包括：任选至少两款电芯，根据步骤1)至步骤3)检测和计算获得对应的异物度指标σ，如异物度指标σ越大，表明对应电芯异物管控效果较差，电芯质量较差，如异物度指标σ越小，表明对应电芯异物管控效果较优，电芯质量较优。

49、本发明的有益效果：

50、1)本发明的电芯内部异物的检测方法，通过在电芯卷绕或叠片装配之前，在极片放卷处设置金属异物采集点，并在采集点处布置相应的收集装置，保证了在电芯卷绕或叠片装配过程中能准确收集到金属异物；然后将收集到的金属异物进行有机溶剂浸泡，有效保证了金属异物收集的全面性，浸泡后的酸洗处理能有效去除金属异物表面的氧化钝化层，使金属表面裸露，方便了后续观察和检测，从而保证检测的准确性，进而为判断电芯质量提供可靠性参考；

51、2)本发明的电芯质量的评价方法，通过将观察到的金属异物颗粒按粒径大小进行分区，然后根据每个区间的金属异物的颗粒数量和颗粒粒径计算异物度指标σ，从而通过异物度指标大小即可快速且准确的判断电芯异物的管控效果，为电池内部的异物的管控提供了强有力的帮助，进而有效减少电池自放电异常发生的频率，提高电芯的放电稳定性，提升电芯质量，在锂电池性能检测技术领域，具有推广应用价值。