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直击极片毛刺“顽疾” 数码显微系统锂电安全测试揭秘

发布时间:2022-07-28    点击量:496

摘要:数码显微系统有效解决了极片毛刺检测中目视显微镜诸多弊端,且实际观察、拍摄、测量过程操作更便捷,为动力电池规模制造及安全检测助力,正在该领域规模化导入及快速渗透。

 

近年来电动车、储能领域频发的起火事故,引发大规模召回,责任主体波及国内外制造商与电池企业。不仅让涉事企业品牌形象受损,电池企业亦被要求承担召回或更换电池的巨额费用

 

而从已披露的安全事故原因看,锂电池质量缺陷是造成上述安全隐患的关键因素之一。越来越多的电池企业尝到了电池生产缺陷酿成的苦果,部分甚至遭受毁灭性打击,惨痛的历史为所有电池企业敲响了安全警钟

 

尤其是动力电池大规模扩产新周期,电池企业对生产环节的高品质管控及安全要求越来越严苛。作为电池安全的一道重要关卡,锂电检测设备的重要性不言而喻。

 

基于此,国内外电池企业为实现高品质及高安全性能电池产品生产,集体制定高于国标的检测装备,安全试验装备不再停留在“花架子”工程上,积极加快精密仪器、检测设备在产线及不良品检测领域的规模导入。

  

 

动力电池大规模制造启动新周期,包括宁德时代、比亚迪、中创新航、国轩高科、亿纬动力、欣旺达等动力电池企业为保证规模产能制造的安全性,积极加大包括数码显微系统在内的精密测试仪器的规模导入及应用。

 

安全不容忽视 直击极片毛刺检测设备痛点

 

在模切与叠片工序中,极片毛刺、粉尘不仅会降低电池能量密度,更重要的是一旦击穿隔膜,将直接造成自放电或电池内部短路,严重将引发安全隐患。因此,如何控制冲切时的毛刺大小,减小冲切产生的粉尘,以及在极片转运过程中避免毛刺的产生,已经成为上述两大核心工序面临的最大难题。

 

但,极片毛刺检测领域目前普遍采用的是体视显微镜,存在景深不够、倍率不足、部分不带测量功能、操作繁琐等痛点,为满足客户需求部分甚至要多台机器才能满足需求,无法满足电池企业毛刺检测环节严苛需求及高效制造目标。

 

在极片毛刺检测环节,部分目视显微镜因景深不够,无法看清全貌,只能看清局部。造成的弊端是,实际测量时可能将7μm数据测成3μm,存在较大的安全风险。

 

基恩士数码显微系统的出现,不仅解决了目视显微镜诸多痛点,电池企业在实际观察、拍摄、测量时使用也更为便捷,为动力电池规模制造及安全检测助力,正在动力电池极片检测领域规模化导入及快速渗透。

 

基恩士VHX系列数码显微镜瓦解极片毛刺检测“顽疾”

 

作为传感器和测量仪的国际化综合供应商,基恩士在数码显微镜领域拥有30年以上历史,产品广泛应用于各大领域,产品技术十分完善。

 

其中,基恩士VHX系列数码显微系统,观测样品时看得更细、更清楚,一台设备即可实现0.16000倍的倍率观察,支持2D/3D测量及图片保存,相关产品已经在动力电池领域规模应用,且客户反馈十分不错。

 

 

 

针对极片有无毛刺、长度是否在规格内等检测需求,VHX系列数码显微镜通过大平台夹具单片移动检测和卷绕多层大范围检测两大检测方式实现。

 

 

上图:VHX系列夹具单片竖直截面毛刺检测; 

(特别说明:本文所有检测应用图片均来自VHX系列,考虑读者体验,文中其他图片不再标注VHX系列来源,请知悉。)

 

具体来看,VHX系列先采用100倍倍率查看3.5mm左右长度的极片视野范围,一旦发现异常,进一步切换300倍、500倍、800倍倍率进行毛刺判定与测量。

 

 

100倍率极片检测。

 

在高倍率观察时,难免出现景深问题,看不清有凹凸样品的表面,常规产品通常需要调整进行对焦,VHX系列仅需简单按键即可实现全幅对焦的清晰凸显,快速看清表面。

 

 

VHX系列全幅对焦图(上面)与无全幅对焦效果图(下面)对比。

 

同时,VHX系列拥有再现拍摄功能,到达标准拍摄条件时,操作人员简单点击标准图片,自动拍摄出标准效果,对使用人员及使用成熟度依赖低。因此,VHX系列拥有非常高的清晰度和出色的操作性。

 

多应用场景护航电池安全

 

目前,VHX系列数码显微系统已经在动力电池领域规模应用,客户反馈十分不错。除毛刺检测外,其核心应用场景还包括极片缺陷分析,来料铜箔铜屑、铝箔铝屑检测,铝壳或钢壳表面电镀不良或击穿分析,圆刀和模刀检测。

 

极片缺陷分析环节,极片开裂、掉料或偏移,极片表面多孔洞或疏松,将造成锂电池能量密度降低,且容易引发安全隐患。VHX系列通过100倍查看3.5mm左右长度的极片视野范围,发现极片缺陷。

 

 

上图:极片开裂检测。

 

来料铜箔铜屑、铝箔铝屑检测环节,铜箔、铜屑或铝箔、铝屑太大或过多,一旦金属单质累积到一定程度,其坚硬的棱角容易穿刺隔膜,进而造成电池自放电,引发安全隐患。

 

VHX系列数码显微系统通过在铜箔或铝箔切割面,采取黑色胶带粘黏,进一步放到显微镜下实现实时深度合成功能观测。

 

 

来料铜箔的铜屑检测

 

壳体防爆阀检测与壳体底部焊接检测环节,动力电池防爆装置一般采用刻痕或焊防爆膜。为降低电池爆炸的冲击或伤害,大部分锂电池均会采用防爆阀,由激光切割和冲压的方式加工,而加工的深度直接影响防爆阀的有效性及安全性,且裂纹或严重热影响均会造成安全隐患。如深度不够无法起到防爆作用,但深度过深则存在穿透风险。

 

VHX系列显微镜通过3D图像拼接后,首先观测是否有裂纹或严重热影响;然后设置基准面,自动识别防爆阀最深点。

 

 

上图:观察激光切割后是否有裂纹或严重热影响

 

激光切割极片、极耳和箔材的热影响和熔珠堆叠检测环节,激光切割技术通过高功率密度激光束照射切割的电池极片,局部温度快速加热至很高的温度,迅速融化、汽化、烧蚀或达到燃点而形成孔洞。而随着光束在极片上移动,孔洞连续形成宽度很窄的切缝,完成对极片的切割。但伴随而来的问题是,巨大的激光热影响片区及熔珠的产生。

 

VHX系列在该环节的作用也十分明显,可以检测热影响区域宽度、检测熔珠大小、熔珠堆叠厚度和宽度等影响电池安全的参数,避免因激光切割弊端引发的安全隐患。

 

上图:激光切割热影响

 

 

上图:熔珠大小 

 

圆刀、模刀和焊头焊座等检测环节,刀具作为分条分切极片最重要的工具,一旦刀具存在崩缺、表面不平等情况,则由切断变为拉断,容易引起极片毛刺、掉料或开裂等问题,严重影响产品品质。

 

针对不同刀具VHX系列数码显微系统的产品策略略有不同,如圆刀测量时,通过转动圆刀上下刀,直接放到显微镜下,先100-200倍粗略观察,找到缺陷,进行高倍测量;先100-200倍粗略观察,找到缺陷,高倍测量;对于模刀检测,则需要3D合成后再来观测是否有崩缺。

 

 

上图:崩缺检测; 

 

值得一提的是,满足客户以上多应用场景的精确检测需求外,VHX系列强大的图片编辑功能让客户轻松应对客诉。实现图片拍摄之余,该产品能够对已经拍摄照片进行编辑处理,直接生成报告,快速应对客诉,节约客户时间,得到效果良好的多信息图片。

 

与此同时,VHX系列产品图像捕捉时间短,一体化设备,操作方式简单易学,可以轻松拍出高质量图像,客户对问题及处理措施易懂,维修减少、客户满意度提升。

 

综合来看,凭借高景深、高倍率、操作便捷性等诸多性能优势,基恩士VHX系列数码显微系统在研发、生产和测试、质量控制与保障及电池失效分析等诸多环节,均是分析部件和样品并生成检测报告的理想仪器。

 

可以预见的是,面向TWh时代,动力电池大规模制造奔袭,以数码显微系统为代表的精密检测设备需求及渗透将大幅攀升,基恩士VHX系列产品也将迎来其需求的爆发期。

 

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