真空差壓檢漏技術(shù)在鋰離子電池行業(yè)的應(yīng)用

康婷婷，李延濤

［中航鋰電(洛陽) 有限公司，河南 洛陽 471000］

在鋰離子電池行業(yè)中，電池殼體密封不良會(huì)導(dǎo)致安全問題，如電池爆炸、設(shè)備損壞等。鋰離子電池行業(yè)多采用正壓氣泡檢漏法，適用于允許承受正壓的產(chǎn)品進(jìn)行檢測，但存在殼體形變、表面銹蝕、效率低下和檢測準(zhǔn)確率低等缺點(diǎn)。氦質(zhì)譜檢漏等方法雖然精度高、應(yīng)用廣，但成本高。

本文作者對(duì)在鋰離子電池行業(yè)更為實(shí)用的真空差壓式氣密檢漏法進(jìn)行了綜述。

1 泄漏和檢漏技術(shù)概述

1.1 泄漏分類

泄漏可分為3 大類:外漏、內(nèi)漏和兩漏。外漏與內(nèi)漏之和通常稱為兩漏，氣密檢漏顯示的結(jié)果是兩漏值。

按照產(chǎn)品缺陷和材料特性，可把漏孔分成物理漏孔和分子漏孔兩大類，其中，物理漏孔又分為兩類:①貫穿的裂紋或微小的孔;②不貫穿的裂紋或小的氣泡。分子漏孔是指分子間存在的間隙，孔徑為0.001～0.1 μm。

1.2 漏率

漏率是泄漏大小的度量單位。通常所說的漏率是指在環(huán)境溫度為23℃時(shí)，漏孔的一端壓強(qiáng)為1.01 ×105Pa，而另一端為真空狀態(tài)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)流過漏孔的氣體量。該值容易受環(huán)境溫度、漏孔兩端壓差和氣體種類等因素的影響。

1.3 檢漏方法

檢漏方法主要有:水檢目視檢漏、電火花檢漏、透光檢漏、氟油檢漏、鹵素檢漏、氦質(zhì)譜檢漏、直壓檢漏、流量檢漏和差壓檢漏［1］等。差壓檢漏在重復(fù)性、精度和可靠度等方面都有較大優(yōu)勢(shì)，選擇檢漏方式時(shí)可重點(diǎn)考慮。

1.4 影響檢漏的因素

影響泄漏的因素很多，包括壓力、溫度、沖擊振動(dòng)、化學(xué)腐蝕和堵塞等。檢漏的四要素為檢測壓力、漏率、內(nèi)容積和節(jié)拍［2］。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在負(fù)壓檢漏方式下，溫度變化對(duì)檢漏結(jié)果的影響較小，檢測壓力的變化對(duì)檢漏結(jié)果的影響最大。

2 真空差壓式氣密檢漏技術(shù)概述

真空差壓式氣密檢漏儀工作時(shí)，首先向被測物和基準(zhǔn)物同時(shí)抽負(fù)壓，把容器抽到一定壓強(qiáng)后，切斷充氣回路。如果被測物有泄漏，則容器內(nèi)壓強(qiáng)會(huì)升高，通過檢測被測容器與標(biāo)準(zhǔn)容器的壓差隨時(shí)間的變化率，可計(jì)算出被測容器的泄漏流量，從而判定被測物是否泄漏。

真空差壓式氣密性檢漏儀主要由計(jì)算機(jī)測量顯示系統(tǒng)、壓力傳感器、平衡閥、球閥、加壓排氣閥、真空源、基準(zhǔn)物、通訊接口和氣路模塊等主要部件組成［3］。

檢測過程共分抽氣、平衡、測試和泄壓等4 個(gè)階段。抽氣階段，加壓排氣閥、基準(zhǔn)物和被測物端的排氣閥同時(shí)打開，真空源接入開始抽真空;平衡階段，加壓排氣閥關(guān)閉，切斷真空源，基準(zhǔn)物和被測物端的排氣閥打開，確保被測物和基準(zhǔn)物內(nèi)壓力相等;測試階段，加壓排氣閥、基準(zhǔn)物和被測物端的排氣閥同時(shí)關(guān)閉，達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，儀器自動(dòng)判定檢測結(jié)果;泄壓階段，加壓排氣閥、基準(zhǔn)物和被測物端的排氣閥同時(shí)打開，被測物和基準(zhǔn)物與大氣相通，內(nèi)部恢復(fù)正常壓強(qiáng)。

3 生產(chǎn)應(yīng)用情況

3.1 影響因素分析

在鋰離子電池在生產(chǎn)過程中，需要將殼體和蓋板焊接起來，然后通過檢漏儀進(jìn)行氣密性檢漏［4］，以確保焊接質(zhì)量。

目前，鋰離子電池行業(yè)采用的檢漏方式較多，其中真空差壓式氣密檢漏技術(shù)具有氣路密封性能好、精度高、技術(shù)成熟、殼體外觀無污染和形變等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。在使用時(shí)，以下因素會(huì)影響真空差壓式氣密檢漏儀的檢測效果。

管路的密封性能［5］:各管道接口處及密封嘴的氣密性狀況，會(huì)嚴(yán)重影響檢測結(jié)果，若氣路的密封性無法得到保障，檢漏工作將變得毫無意義;

真空源的穩(wěn)定性［6］:真空源不穩(wěn)定，會(huì)造成數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差，且不同真空度下漏孔形變不同，產(chǎn)生泄漏量也不同，為此，需要在真空源端增加減壓閥;

配套夾具和下壓裝置:配套工裝的自動(dòng)化程度，決定了檢測效率的高低，夾具的設(shè)計(jì)要保證被測物無形變［7］;

各階段的時(shí)間參數(shù)設(shè)置:各階段時(shí)間參數(shù)不同，泄漏量、檢測結(jié)果的可靠性、檢測效率等都會(huì)相應(yīng)改變，設(shè)置時(shí)需要綜合考慮，大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到最佳檢測效果;

判定標(biāo)準(zhǔn)的制定［8］:在氣密性檢測中，判定標(biāo)準(zhǔn)即產(chǎn)品在一定時(shí)間內(nèi)的泄漏量，判定標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)驗(yàn)值，它的制定直接決定了漏率和檢測結(jié)果的可靠性，在實(shí)際生產(chǎn)中需要積累大量數(shù)據(jù)，以制定最優(yōu)判定標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 實(shí)際效果

使用3 款真空差壓式氣密檢漏儀，分別為AL-1000A 壓差型空氣泄漏測試儀(遼寧產(chǎn))、VH90B 氣密性檢漏儀(安徽產(chǎn))和F520 密封泄漏測試儀(上海產(chǎn))，對(duì)同一批CA40 型號(hào)電池(河南產(chǎn))各隨機(jī)挑選500 只進(jìn)行檢漏測試。

檢漏儀工作時(shí)需要對(duì)被測件和基準(zhǔn)件同時(shí)抽負(fù)壓，待抽壓結(jié)束后，檢漏儀關(guān)閉平衡閥將兩者分開，由傳感器測量兩者的壓差，測量結(jié)束后，通過排氣閥向被測件中充壓，使其恢復(fù)正常壓強(qiáng)。測試步驟如下:

確認(rèn)檢漏儀的電路和氣路連接正常后，接通電源、開啟真空源;關(guān)閉被測端和基準(zhǔn)端的球閥，設(shè)置好自檢參數(shù)后，按下檢測按鈕進(jìn)行儀器自檢，儀器自檢合格后，打開球閥;先對(duì)檢漏儀進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，再將被測電池裝上工裝，檢查無誤后，按下檢測按鈕，開始檢測;檢測結(jié)束后，顯示窗口實(shí)時(shí)顯示壓力差和測量結(jié)果，同時(shí)，被測電池和基準(zhǔn)件合格與否，還可通過指示燈顯示。測試的參數(shù)和結(jié)果見表1。

表1 測試參數(shù)和數(shù)據(jù)Table 1 Test parameters and data

從表1 可知，與水檢法相比，檢漏儀的檢出率高得多。鋰離子電池的電芯結(jié)構(gòu)緊密，檢測時(shí)的內(nèi)漏較大，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)，真空度越高、抽真空時(shí)間越長，檢測效果越好。

4 小結(jié)

實(shí)驗(yàn)證明，采用真空差壓式氣密檢漏儀代替常用的水檢目視判定法后，鋰離子電池殼體不會(huì)產(chǎn)生形變，表面不會(huì)銹蝕，且能提高生產(chǎn)效率，檢測準(zhǔn)確率高，應(yīng)用方便，為檢漏提供了靈敏可靠的檢測手段，具有很高的使用價(jià)值。

在鋰離子電池行業(yè)，殼體的密封質(zhì)量直接決定了是否會(huì)有電解液滲漏等嚴(yán)重問題發(fā)生，從理論上來看，絕對(duì)不泄露的容器是沒有的，同時(shí)由于液體粘度系數(shù)是氣體的上百倍，漏氣的電池不一定會(huì)漏液，因此，泄漏判定的標(biāo)準(zhǔn)尤為重要。塑殼產(chǎn)品由于材質(zhì)的多孔結(jié)構(gòu)，在測試過程中存在對(duì)空氣的吸收和釋放等現(xiàn)象，在一定程度上會(huì)影響測試效果。

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