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1. 引言

鋰電池作為現(xiàn)代電子設備和電動汽車的核心能源，其性能和穩(wěn)定性直接影響產(chǎn)品的可靠性和安全性。隨著全球對清潔能源和電動化需求的不斷增加，鋰電池的應用范圍不斷擴大，從消費電子到電動汽車、儲能系統(tǒng)等領域，鋰電池的重要性日益凸顯。然而，鋰電池的性能和安全性高度依賴于其制造工藝的穩(wěn)定性。工藝穩(wěn)定性檢測是確保鋰電池高質(zhì)量生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)，涵蓋原材料、生產(chǎn)過程及最終產(chǎn)品的全面檢測。通過科學的檢測手段和嚴格的質(zhì)量控制，可以有效提升鋰電池的性能一致性、安全性和使用壽命。鋰電池的性能一致性是其在規(guī)?；瘧弥腥〉贸晒Φ年P鍵。無論是消費電子、電動汽車還是儲能系統(tǒng)，電池組通常由成百上千個單體電池組成。如果單體電池的性能不一致，會導致電池組的整體性能下降，甚至引發(fā)安全隱患。工藝穩(wěn)定性檢測通過嚴格控制原材料、生產(chǎn)過程和成品的質(zhì)量，確保每個單體電池在容量、內(nèi)阻、電壓等關鍵參數(shù)上高度一致，從而提升電池組的整體性能和可靠性。

圖1.電池組及電池異常示意圖

2. 檢測內(nèi)容與方法

2.1 原材料檢測

原材料的質(zhì)量直接影響電池性能，其中正極材料是鋰電池的核心組成部分，其性能直接決定電池的能量密度和循環(huán)壽命。原材料部分已把鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等正極材料的純度、粒徑分布、比表面積、晶體結構、壓實密度及電阻率等作為質(zhì)量評估的關鍵性指標。檢測負極石墨、硅碳復合材料等負極材料的壓實密度、電阻率、結構、電化學性能和機械強度等指標也是保證電池的充放電性能和安全性至關重要。電解液是鋰電池中離子傳輸?shù)慕橘|(zhì)，其性能直接影響電池的內(nèi)阻和安全性。電解液部分其成分、純度、電導率和熱穩(wěn)定性的測定是當前電解液質(zhì)量監(jiān)控的關鍵性指標。隔膜是電池中的關鍵安全組件，其性能直接影響電池的短路風險和熱穩(wěn)定性。檢測隔膜的厚度、孔隙率、機械強度、熱收縮率及離子導通能力是其性能檢測的關鍵性指標。

如圖2左為PRCD系列粉末電阻率及壓實密度檢測系列方案示意圖，正負極粉體電阻率和壓實密度的測定對鋰離子電池的性能、生產(chǎn)工藝和成本控制至關重要，是確保電池高性能和高質(zhì)量的關鍵步驟，在工藝穩(wěn)定性檢測的原材料層級已普遍作為關鍵性測試指標。實際導入初期需結合實際生產(chǎn)能力或樣品需求確定標準化監(jiān)控指標，明確監(jiān)控指標后可針對每批原材料進行標準化質(zhì)量監(jiān)控。如圖2右為EIC系列極片迂曲度&離子電導率評估設備，其中在原材料隔膜質(zhì)量評估環(huán)節(jié)，可作為隔膜離子電導率評估的有效方案。EIC系列方案嚴格執(zhí)行GB/T 36363-2018的測試標準，設備可實現(xiàn)自動換氣及自動注液，單次下壓可同步實現(xiàn)1-4層隔膜的EIS測試，搭載智能化分析軟件，可有效實現(xiàn)隔膜離子電導率的有效檢測。

圖2.左：PRCD系列粉末電阻率及壓實密度檢測系統(tǒng)示意圖；

右：EIC系列隔膜離子電導率測試系統(tǒng)示意圖

2.2 生產(chǎn)過程檢測

生產(chǎn)過程中的檢測確保各環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，主要包括涂布工藝——檢測涂布厚度和均勻性，涂布工藝是電極制造的關鍵步驟，涂布的均勻性直接影響電池的性能一致性，極片面密度、壓實密度、電阻等指標均與涂覆均勻度強關聯(lián)。輥壓工藝——檢測極片的厚度和輥壓后壓實密度，輥壓工藝影響電極的機械強度和電化學性能。裝配工藝——檢測電池的裝配精度和密封性，裝配工藝的穩(wěn)定性直接影響電池的安全性和使用壽命。注液工藝——檢測注液量和電解液分布，注液工藝的精確性影響電池的內(nèi)阻和循環(huán)性能。涂布及輥壓工藝過程中，極片電導性能的評估如圖3極片電子電導及離子電導檢測系統(tǒng)示意圖，其中電子電導是結合極片樣品，實現(xiàn)不同量化壓力下極片電子電導及壓實密度評估測定，當前該檢測系統(tǒng)已經(jīng)作為鋰離子電池極片批次穩(wěn)定性監(jiān)控的關鍵性指標。極片的離子電導評估與鋰離子在極片層級的有效傳輸路徑息息相關，當前極片離子電導率評估多通過組裝對稱電池進行EIS測定的方式來實現(xiàn)，EIC系列設備可實現(xiàn)對稱電池組裝、測試、分析等的一體化集成，能夠實現(xiàn)極片離子電導率的快速評測，有效提升極片層級離子導通一致性的評估。

圖3.左：BER系列極片電子電導檢測系統(tǒng)示意圖；

右：EIC系列極片離子電導率測試系統(tǒng)示意圖

隨著行業(yè)的快速發(fā)展及新需求的出現(xiàn)，鋰電池工藝穩(wěn)定性檢測也需要引入一些新的方法及及檢測系統(tǒng)，其中極片層級浸潤的表征一直是行業(yè)關注的重點，如圖4為元能推出的極片浸潤檢測表征系統(tǒng)，其中（A）為毛細管浸潤法，高精度視覺識別系統(tǒng)搭載力學調(diào)控及測試系統(tǒng)可有效實現(xiàn)極片層級毛細管浸潤效應評測；（B）和（C）分別為稱重法浸潤測試系統(tǒng)和高度法浸潤測試系統(tǒng)，可以從不同維度評估極片的浸潤性能，極片電解液浸潤與電池電性能密切相關，充分浸潤可降低內(nèi)阻、提升容量、改善倍率性能和延長循環(huán)壽命。優(yōu)化浸潤工藝是提升電池性能的關鍵。

圖4.極片浸潤性檢測系統(tǒng)示意圖

2.3 成品檢測

成品檢測是確保電池出廠質(zhì)量的最后一步，主要包括電性能測試：檢測電池的容量、內(nèi)阻、循環(huán)壽命、倍率性能等，電性能測試是評估電池性能的核心手段。安全性能測試：進行過充、過放、短路、擠壓、針刺、高溫等測試，安全性能測試是評估電池安全性的重要環(huán)節(jié)。環(huán)境適應性測試：檢測電池在高低溫、濕度、振動等條件下的性能。環(huán)境適應性測試是評估電池在實際使用中可靠性的關鍵。其中電性能測試的重要性不言而喻，大家都知道電池組通常由成百上千個單體電池組成，單體電芯的電性能一致性直接影響電池組的整體性能，甚至使用中的安全性，為進一步評估成品電芯的一致性，設備的能力需求也逐步提升，當前電性能評估中高精度的充放電設備更是大家關注的重點，充放電設備精度越高，對電芯差異性識別的能力越強，可有效為電池組的整體性能保駕護航。如圖5為元能科技研制的電化學性能分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備有8個萬分之一精度的充放電測試通道，以方便研發(fā)人員進行上述的失效分析與快速壽命預測，同時，該設備的ERT7008系列還集成了CV（循環(huán)伏安）和EIS（交流阻抗譜）等電化學模塊，可將CV或EIS測試工步同步編入循環(huán)測試工步內(nèi)，便于客戶進行長循環(huán)的CV或EIS監(jiān)測，有效解決用戶來回切換測試設備或頻繁搬運電池的困擾！為進一步提升電芯測試一致性的需求，元能科技在電芯一致性測試部分也投入了大量的研發(fā)精力，逐步推出了電芯一致性篩查設備，助力鋰電池工藝穩(wěn)定性檢測邁入新的臺階。

圖5.電化學性能分析系統(tǒng)示意圖

3. 檢測標準與規(guī)范

鋰電池檢測需遵循多項國際和行業(yè)標準，如IEC62133——便攜式鋰電池安全要求。該標準規(guī)定了鋰電池的安全測試方法和要求。UL1642——鋰電池安全標準。該標準是北美地區(qū)廣泛認可的鋰電池安全標準。GB/T 18287——中國鋰電池通用規(guī)范。該標準規(guī)定了鋰電池的性能和安全要求。UN 38.3——鋰電池運輸安全標準。該標準規(guī)定了鋰電池在運輸過程中的安全測試要求。

4. 檢測中的常見問題與解決方案

4.1 容量衰減

電池容量會在在使用中逐漸衰減，容量衰減是鋰電池使用中的常見問題，尤其是在高倍率充放電和高溫條件下。通常需要優(yōu)化材料配方，改進生產(chǎn)工藝。例如，采用高穩(wěn)定性的正極材料和電解液添加劑，優(yōu)化電極設計和制造工藝。

4.2 內(nèi)阻增大

電池內(nèi)阻增大影響電池整體性能，內(nèi)阻增大會導致電池的功率性能下降和發(fā)熱增加。通常需要改進電極材料和電解液配方。例如，采用高導電性的電極材料和低阻抗的電解液，優(yōu)化電極與電解液的界面性能。

4.3 安全隱患

電池存在熱失控、短路等風險，安全隱患是鋰電池使用中的重大挑戰(zhàn)，尤其是在高能量密度電池中。為此要進一步加強安全性能測試，改進電池設計。例如，采用高穩(wěn)定性的隔膜和電解液，優(yōu)化電池的熱管理系統(tǒng)。

5. 未來發(fā)展趨勢

5.1 智能化檢測

隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能化檢測將成為趨勢，實現(xiàn)實時監(jiān)控和自動分析。智能化檢測可以提高檢測效率和準確性，降低人工成本。

5.2 高精度檢測

高精度檢測設備和技術將進一步提升檢測的準確性和可靠性。例如，高分辨率的原位檢測技術和無損檢測技術可以提供更詳細的電池內(nèi)部信息。

5.3 綠色檢測

綠色檢測技術將減少檢測過程中的環(huán)境污染，推動鋰電池行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。例如，采用低能耗的檢測設備和環(huán)保的檢測方法。

6. 結論

鋰電工藝穩(wěn)定性檢測是確保電池高質(zhì)量生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)。通過全面的檢測內(nèi)容、先進的設備與技術、嚴格的檢測標準，可以有效提升電池的性能和安全性。未來，智能化、高精度和綠色檢測將成為主要發(fā)展方向，推動鋰電池行業(yè)的技術進步。

7. 參考文獻

[1] International Electrotechnical Commission. (2012). IEC 62133: Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes - Safety requirements for portable sealed secondary cells, and for batteries made from them, for use in portable applications.

[2] Underwriters Laboratories. (2012). UL 1642: Standard for Safety for Lithium Batteries.

[3] 中國國家標準化管理委員會. (2016). GB/T 18287: 通用規(guī)范 for lithium-ion batteries for portable electronic devices.

[4] United Nations. (2015). UN Manual of Tests and Criteria, Part III, Section 38.3: Test requirements for lithium metal and lithium ion batteries.

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