Phát hiện các khuyết tật cách điện trong pin lithium-ion
Bằng cách đo điện trở cách điện của các tế bào pin lithium-ion trước khi chất điện phân được đổ vào chúng, có thể phát hiện sự hiện diện của tạp chất kim loại và hư hỏng bộ phân tách ở giai đoạn đầu của quy trình sản xuất.
Người dùng mục tiêu
Kỹ thuật viên dây chuyền sản xuất pin Lithium-ion
Biến động thị trường
Pin Lithium-ion (LiB) sử dụng trong xe điện được sử dụng trong thời gian dài trong môi trường khắc nghiệt. Cả hai yếu tố này (thời gian và môi trường) đều dẫn đến việc pin xuống cấp nhanh hơn, từ đó dẫn đến khả năng LiB bốc cháy cao hơn trong các đám cháy rất nguy hiểm. Một phần vì điều này, LiB và thị trường ô tô đã tập trung cao độ vào việc cải thiện sự an toàn cho LiB trong những năm gần đây.
Vấn đề
Đối với LIB, nếu không đủ điện trở cách điện, nói cách khác, nếu các khu vực được cho là cách điện không được cách điện đúng cách, điều đó có thể dẫn đến giảm tuổi thọ của pin và tăng nguy cơ tai nạn cháy nổ. Các nguyên nhân chính gây ra điện trở cách điện kém là các tạp chất kim loại lạ và hư hỏng dải phân cách.
Vì vậy, chính xác những nguyên nhân của cách nhiệt kém đến từ đâu?
Các hạt kim loại là những mảnh nhôm hoặc lá đồng được tạo ra khi các tấm điện cực (nhôm hoặc đồng lá có phủ hợp chất hóa học) được cắt thành kích thước và hình dạng thích hợp. Những hạt mịn này thường giống như những chiếc kim rất nhỏ đâm xuyên qua tấm điện cực và/hoặc dải phân cách, tạo ra một đường dẫn điện có thể chạy qua.
Hư hỏng đối với dải phân cách có thể là bất kỳ thứ gì, từ vết xước đến vết cắt xảy ra trong quá trình sản xuất. Dù bằng cách nào, những hư hỏng này làm giảm khả năng cách điện, tạo ra một đường dẫn trực tiếp hoặc dễ dàng hơn để dòng điện có thể chạy qua.
Cả hai hiện tượng này đều tạo ra các đường dẫn điện ở những nơi mà dòng điện không nên chạy qua. Khi dòng điện chạy qua những con đường này, nó sẽ làm hỏng thêm những điểm đó. Tệ hơn nữa, và trên thực tế, lý do tại sao những thiệt hại này lại tồi tệ đến vậy, những dòng điện này tạo ra nhiệt. Lượng nhiệt này khi đạt đến một mức nhất định có thể trực tiếp dẫn đến bốc cháy, bắt đầu phản ứng dây chuyền khiến cả cục pin bốc cháy trong ngọn lửa không dễ dập tắt. Cả hai khiếm khuyết này đều nhỏ về mặt vật lý nên cực kỳ khó phát hiện. Ngoài ra, với công nghệ sản xuất ngày nay, chúng hầu như không thể bị ngăn chặn. Tất cả điều này dẫn đến một thực tế phũ phàng về một loại khuyết tật vừa phổ biến vừa gần như không thể phát hiện được—ít nhất là bằng các phương tiện phi điện.
Giải pháp
Mặc dù hầu như không thể phát hiện ra các khiếm khuyết cách điện này bằng các phương tiện thông thường, nhưng có một cách đơn giản để kiểm tra chúng: xem dòng điện thực sự chạy qua pin như thế nào. Bằng cách đặt một điện áp qua các khu vực cần được cách điện, nếu dòng điện chạy quá tốt, người ta có thể suy luận rằng có tồn tại những khuyết tật này hoặc những khuyết tật tương tự. Đây là bài kiểm tra điện trở cách điện.
Hơn nữa, từ quan điểm của nhà sản xuất, điều cần thiết là phải tìm ra những khiếm khuyết này càng sớm càng tốt trong quá trình sản xuất. Bằng cách đó, các bộ phận tốt và sức lao động không bị lãng phí khi lắp ráp các bộ phận tốt với các bộ phận bị lỗi. Bước sớm nhất để thử nghiệm này có thể được thực hiện một cách hiệu quả là sau khi tế bào được lắp ráp nhưng trước khi chất điện phân được đổ vào tế bào. (Thêm một lưu ý nữa, điều đặc biệt quan trọng là phải thực hiện kiểm tra này trước khi thêm chất điện phân vì việc đặt điện áp ở trạng thái này sẽ làm hỏng pin.)
thử nghiệm
Vì vậy, thử nghiệm này trông như thế nào tại trang web?
Ví dụ, trên dây chuyền sản xuất tế bào hình lăng trụ, hai tấm điện cực được xếp chồng lên nhau với dải phân cách giữa chúng. Ba tấm này sau đó được cuộn lại, từng lớp một. Sau đó, các mấu điện cực được hàn vào đầu của mỗi tấm điện cực. Và cuối cùng, nó được hàn bên trong một vỏ hộp hình khối. Tại thời điểm này, các con đường mà dòng điện nên và không nên chạy qua đã được đặt ra. Như vậy, điện trở cách điện đã sẵn sàng để đo.
Kiểm tra trang này để biết thêm chi tiết về sản xuất và thử nghiệm LiB.
Có ba điểm phải đo điện trở cách điện: giữa hai điện cực (trước khi đổ đầy chất điện phân) và giữa bất kỳ điểm nào trên vỏ bọc và mỗi điểm trong số hai điện cực (sau khi đổ đầy chất điện phân).
Điều này là do những điểm này thực sự là điểm tiếp xúc bên ngoài duy nhất của pin: mỗi điện cực là một đường dẫn trực tiếp đến từng tấm điện cực, trong khi bất kỳ điểm nào trên vỏ bọc đều có thể được coi là một điểm vì nếu dòng điện chạy đến một điểm của vỏ bọc, nó sẽ sẽ chảy qua toàn bộ bao vây.
Sản phẩm của chúng tôi
Dưới đây là tổng quan ngắn gọn về các sản phẩm để thử nghiệm cách điện cho pin lithium ion.
| Dòng sản phẩm | BT5525 | ST5520 | SM7110 | SM7120 |
|---|---|---|---|---|
| Dải đo | 0.050 MΩ to 9999 MΩ | 0.002 MΩ to 9990 MΩ | 0.001 MΩ to 10000 PΩ | 0.001 MΩ to 20000 PΩ |
| Điện áp thử nghiệm (DC) | 25 V to 500 V | 25 V đến 1000 V | 0,1 V đến 1000,0 V | 0,1 V đến 2000,0 V |
| Độ chính xác cơ bản | ±1.5％ rdg. ±2 dgt. | ± 5% rdg. | ± 0.53% rdg. ±12 dgt. | ± 0.53% rdg. ±12 dgt. |
| đo dòng điện | 50 µA to 50 mA | 1,8 mA | 1,8 mA đến 50 mA | 1,8 mA đến 50 mA |
| Kích thước và khối lượng | Khoảng 215 mm (8,46 in) W × 80 mm (3,15 in) H × 306,5 mm (12,07 in) D (trừ các phần nhô ra), Xấp xỉ. 2,8 kg (98,8 oz) | 215 mm (8,46 in) W × 80 mm (3,15 in) H × 166 mm (6,54 in) D, 1,1 kg (38,8 oz) | 330 mm (12,99 in) W × 80 mm (3,15 in) H × 450 mm (17,72 in) D, 5,9 kg (208,1 oz) | 330 mm (12,99 in) W × 80 mm (3,15 in) H × 450 mm (17,72 in) D, 5,9 kg (208,1 oz) |
Sự kết luận
Trong thực tế khắc nghiệt rằng các hạt kim loại và hư hỏng đối với dải phân cách không thể được phát hiện bằng các phương pháp phi điện cũng như không thể tránh được hoàn toàn, kiểm tra điện trở cách điện là giải pháp duy nhất để chống lại mối nguy hiểm an toàn do những khiếm khuyết này gây ra. Cùng với một danh sách dài các sản phẩm khác, Hioki cung cấp nhiều giải pháp để kiểm tra độ an toàn trong suốt quá trình lắp ráp pin.
