![]()
电池在生产过程中，空气中会存在微尘颗粒和杂质，并且正负极上也含有粉尘及毛刺，这些因素会使电池内部容易发生物理接触而诱发短路，使电池性能受到极大的影响，严重时甚至可能使电芯充不进电，造成“无电”电芯。锂离子电池厂家在完成电芯组装工序后，会对其进行在高压下的短路测试，主要判断电芯内部是否存在异物颗粒造成的短路，以便挑选出容易短路的电芯。由于隔膜都存在一定的耐电压强度，当加载电压过高时能够击穿隔膜，形成漏电流。因此，首先电芯绝缘测试电压要低于击穿电压。当正负极之间不存在异物时，在测试电压下漏电流小于规定值，判定电芯合格。而如果正负极之间存在一定尺寸的异物，隔膜会被挤压，正负极之间的间距减小，击穿电压下降，如果还加载相同电压，漏电流可能超过设定的警报值。通过设定测试电压等参数，就可以统计分析判断电芯内部的异物尺寸。一般情况下，隔膜越薄，耐电压强度越低，测试电压理论上也应该更低。隔膜含水量过高时也容易形成较大的漏电流。如果测试电芯内部存在异物，可能造成内部短路，电芯被击穿，如图1所示。
![]()
因此，裸电芯的绝缘耐电压测试是锂电池生产过程检验的关键环节，可以检测出不合格产品，提高最终电池产品的安全系数。本文以短路率为出发点，重点统计并研究了锂电池各个制作环节中的电芯短路率，并进行了原因剖析，为电芯制作中的短路率控制提出了指导方向。使用叠片式进行电芯组装，容量为5Ah，正极材料为三元523；负极材料为石墨；隔膜采用12个批次，共计50个样品（详见表 1）；铝塑膜；电解液。
![]()
按照电池容量，使用半自动叠片机对电芯进行组装，使用转盘式冷热压机对电芯进行冷热压整形，随后使用超声波极耳焊接机进行极耳焊接，最后使用四工位顶侧封机对组装好的电芯进行顶侧封。使用绝缘电阻仪，对电芯不同环节的短路情况依次进行测试，设置检测电压为200V，电阻值为20MΩ。在相同制作环境下，使用相同的正负极材料和电解液，对12个批次、50个隔膜样品进行了锂电池制作，并对锂电池不同制作环节的短路率进行了统计，得出以下结论。（注：上表各批次中，隔膜型号用相应编号代替。）从以上数据分析，总共组装1214电芯，其中叠片环节短路86块，短路率7.08%；冷热压环节短路5块，短路率0.41%；极耳焊接环节短路36块，短路率2.97%；顶侧封环节短路38块，短路率3.13%。各环节短路率高低依次为叠片＞顶侧封≈焊接＞冷热压。将微短路的锂电池拆开，可以发现隔膜上会出现黑点。如果黑点位于隔膜中心附近，很大概率是由于粉尘击穿造成的。锂电池在生产制造过程中，空气中的粉尘或者制成时极片、隔膜沾上的金属粉末都会造成电芯内部微短路。杂质造成的微短路所引起的不可逆反应，是造成个别锂电池自放电偏大的最主要原因。极片在使用前，要使用特定模板裁切成规定尺寸。裁切过程中不可避免会出现极片掉屑或者毛刺，这些异物在叠片时会有一部分卷入电芯中，夹杂在正负极和隔膜之间，存在内部微短路风险。将微短路的锂电池拆开，当发现锂电池的隔膜上出现的黑点处于边缘位置占多数，便是极片分切过程中产生的毛刺引起的。
![]()
在叠片过程中，隔膜应该完全包裹住正负极极片，并且负极片的尺寸略大于正极片。在某些情况下，隔膜的纠偏过程出现问题，造成隔膜无法完全包裹住正负极极片，隔膜向一端偏移，造成正负极极片直接接触，形成短路。
（1）毛刺。叠片工序没有检测出短路的电芯，冷热压工序中，在强制外力的作用下，电芯被挤压，内部空间发生压缩，之前存在于内部的毛刺这时很可能刺穿隔膜，造成短路。（2）由于隔膜的机械强度不够，在冷热压环节，强制施加外力的条件下，有可能造成隔膜被撕裂或者穿刺成大孔，正负极接触，形成短路。（1）传统的超声波焊接工艺，焊接面积小，焊接强度差，特别容易出现虚焊现象。在超声焊接过程中，容易使集流体处金属屑飞溅至极耳胶和电芯主体上。飞溅到极耳胶处的金属屑因瞬间高温粘结在极耳胶上，无法清除，在后续电芯封装中，使极耳与铝塑膜外壳导通引发短路。（2）叠片电池由多片正负极组成，容量越高，电芯越厚。极耳焊接时，为了将所有裸露的集流体焊接在一起，位于电芯外侧的极耳会被一定程度的向外拖拽，这就可能造成隔膜无法完全包裹住极片，存在正负极接触的可能。
![]()
（1）铝塑膜充壳时，厚度不能完全符合电芯要求，存在入壳困难的可能性。入壳时在边角处可能造成电芯挤压，导致正负极接触，形成短路。（2）顶封相比侧封，如果封头温度过高，容易造成铝塑膜中的铝箔和正负极极耳导通，形成短路。针对可能造成电芯短路的各个制作环节，可以从以下几个方面重点着手，降低电芯的短路率，提高电芯制作水平。（1）使用模板对极片进行裁切后，以及在放入料盘之前，尽量去除极片上出现的掉屑或毛刺，降低内部微短路风险。（2）电芯制作过程中，严格控制空气中的粉尘和杂质的含量，尽量避免异物的混入。（3）叠片过程中，时刻调整纠偏电机，调整隔膜的限位装置，使隔膜完全包裹住正负极极片，避免两者错位造成接触，防止电芯顶端或底部正负极短路的形成。（4）焊接极耳时，设置好焊接电压和触发时间等参数。如果电芯较厚，可以将极耳焊接在电芯中间部位，防止极片被过度向外拖拽。（5）顶侧封环节，设置好热封温度以及热封时间，防止由于热封时间过长，造成过封。（6）铝塑膜冲壳时，严格根据电芯厚度进行冲深，使铝塑膜完全包裹住电芯，防止由于冲深不够造成电芯边角处挤压。（1）隔膜要有足够高的机械强度，抗刺穿能力也要强，尤其是在冷热压环节，防止隔膜由于机械外力造成撕裂。（2）隔膜的物理绝缘性要高。击穿电压在合理范围内，应该尽可能的高。同时为了防止毛刺穿刺隔膜，隔膜中大孔在孔径分布中所占比例应该尽可能低。（3）可以使用涂层隔膜，在增强热稳定性的同时，也能够适当增强机械强度，降低电池的短路风险。文献参考：王磊,宋建龙,张建臣,熊佳兴.锂离子电池叠片工艺短路现象分析与研究[J].信息记录材料,2020,21(2):20-22
言质有锂，您身边的学习好帮手！本期重点推荐下列书目，以供热爱质量及锂电行业的伙伴们学习参考。在此，预祝大家早日步入职场巅峰，成为行业顶流。本公众号主张和尊重原创，对于一些网上转载或编辑的经典文章会标明来源出处（无法得知原创作者的除外），文章版权归属于原作者所有。本公众号旨在知识分享及学习交流，若认为侵权则请联系小编删除。
往期精彩内容推荐
教你如何在“志言质语”号内快速获取干货？
好消息｜不花钱学习六西格玛，关注他教会你！
干货｜浅谈锂电企业的水分控制及预防
锂离子电池的常见不良失效分析系列-高内阻
锂离子电池不良失效分析系列-充高放低
锂离子电池不良失效分析系列-低容量
锂离子电池常见不良失效分析系列-低电压
锂离子电池的不良失效分析系列-厚度超标
锂离子电池不良失效分析系列-循环性能差
锂离子电池不良失效分析系列-压差大
锂离子电池的不良失效分析系列-爆炸
锂离子电池不良失效分析系列-漏液
浅谈锂电行业的工程变更管理
干货|关于锂电企业粉尘的管控及预防
聊聊锂电企业的首件三检该如何做？
六西格玛工具之相关性分析案例分享
干货|方差分析之一般线性模型(GLM)的高效应用
干货|六西格玛工具之回归分析（基于Minitab操作案例讲解）。赶紧get!
干货|残差（Residual）在方差分析（ANOVA)、回归（Regression）分析及实验设计(DOE)中的判读及异常对策
质量管理五大核心工具（APQP/FMEA/MSA/SPC/PPAP)）的应用
干货｜QCC活动推行方案。请收藏！
SPC改进篇：当前降本是“刚需”，过程分析和改善必不可少！
SPC理论&实战系列之实施篇
SPC理论&实战攻略系列之策划篇
SPC理论及实战攻略系列
六西格玛工具之过程能力分析（正态）
六西格工具之卡方（Chi-square）检验
六西格玛工具之MSA(测量系统分析)知识精华介绍及案例
六西格玛工具之过程能力分析（非正态）
六西格的衡量指标（尺度）
六西格玛工具之抽样大小的选择
干货｜六西格（DMAIC）项目改善案例
干货｜六西格玛工具之黄金版DOE驾到！
六西格玛工具之多变异图
六西格玛工具之散布图
六西格工具之图形化汇总
六西格玛工具之箱线图
六西格玛工具之鱼骨图
干货｜方差分析（ANOVA）系列之平衡方差分析（完整版）
干货｜方差分析(ANOVA)系列之单因子方差分析
六西格玛工具之柏拉图
六西格玛工具之正态检验
六西格玛之假设检验
干货|六西格玛工具之响应曲面设计（RSM）。请收藏！
六西格玛工具之SIPOC图
干货｜新质量工具-公差区间及案例分享。请收藏!
六西格玛工具之直方图理论及Minitab案例分析详解。赶紧get!！
计数型MSA-Kappa技术的应用（Minitab案例分析详解），请收藏！
干货｜正交试验设计的理论及案例分享。请收藏！
干货｜六西格玛工具之等方差检验案例分享。请收藏！
干货｜六西格玛50种核心工具应用及路径。请珍藏！
一种创新改进工具-标杆分析法（Benchmarking）
干货｜世界各地锂离子电池产品认证介绍
上汽通用APQP详解
干货|最新完整版FMEA培训教材。请收藏！
记住这串数字184538，就容易理解PPAP了！
干货｜六西格方法和工具在项目D（定义）阶段实施中的运用。请收藏！
六西格改善方法论和工具在项目实施中的运用案例分享-测量（M )阶段
六西格改善方法论和工具在项目实施中的运用案例分享-分析（A )阶段
六西格改善方法论和工具在项目实施中的运用案例分享-改善（I )阶段
六西格玛工具在项目实施中的应用-C阶段
六西格玛案例之降低方形电池外观不良率！
六西格玛案例之降低电池水分含量！
六西格玛案例之优化电池烘烤工艺！
六西格玛案例之降低极片颗粒不良率
六西格玛案例之优化电池高温老化工艺！
六西格玛案例之提升电芯设计容量！
六西格玛案例之降低电池低压率！
六西格玛项目之提升涂布面密度过程能力案例分享
六西格玛案例之提高涂布合格率分享！
六西格玛案例之降低电池外观不良率
六西格玛案例之降低电池漏液不良率
言质有锂，您身边的学习好帮手！若公众号免费的、海量资讯还满足不了爱学习及上进的你，那么可以考虑并关注以下知识星球。知识星球-新质能源智库已收集了质量管理的及新能源（含锂电池及材料、钠离子电池、固态电池、光伏电池、储能电池及系统、新能源行业分析及研究报告、以及各类材料和电池标准等）等干货资料1300+。相关内容还在持续更新中；专业质量领域知识星球-质量云也正式起航了，资料信息持续更新中，已收集了质量类的干货资料(含国内外先进及系统化的质量理论、方法和工具、管理体系、六西格玛、标杆企业及优秀企业案例等）100+。欢迎大家的加入！![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
