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锂离子电池制作工艺之---Hi-pot Test

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发表于 2014-8-27 13:37:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 funnyzx 于 2014-8-28 11:03 编辑

Hi-pot全称high potential test 高压绝缘测试,又称短路测试或者测短路,小弟刚入行时的项目即为锂电hi-pot的有效性研究,再此与各位看官一起探讨下。
  • Hi-pottest的目的?
    顾名思义,hi-pot的目的是测短路。但是仅仅是测试电芯是否短路就行了吗?电芯内部有一些隔离膜的破损点/particle/毛刺等等并未导致电芯正负极接触(或者处于半接触状态),我们也需要通过hi-pot将其检测出来。
    简言之,hi-pot test的目的在于检测电芯内部的存在的或者潜在短路的风险。

  2. Hi-pot的测试方式/原理
   现有的hi-pot测试绝大部分为直流电绝缘测试,即在裸电芯两极之间加上一定的电压(100V/200V/250V…)通过两极间的漏电流来得到两极间的电阻,通过电阻的大小来判断电芯是否短路(一般来说电阻>20MΩ即可)
这里就会有两个主要问题:
  • 测试电压怎么得来的?
    测试电压最科学的方法是在测试条件下升压将裸电芯击穿,得到裸电芯的击穿电压,击穿电压作分布,mean-3*sigma即得到电芯hi-pot测量电压
  • 判断电阻怎么得来的?
    理论上来说阻值>1MΩ对电芯来说就影响不大了(在电芯电压下电流很小),电阻可以通过测试一批电芯求分布得到。电阻还与hi-pot测试时间相关

  3. Hi-pot的影响因素
Hi-pot的影响因素很多,从原理上来看电压/电极材料/隔离膜材料/制作工艺(particle控制)均对其有较大的影响
其他的影响因素还包括:压力/温度/湿度等等
目前来看,一般比较重视(在测试中有体现的)的因素及参数有:
电压:电压越大hi-pot坏品越多,一般来说hi-pot电压在200v左右,日韩企业有达到500v(个人觉得没必要pk电压高低,高了不一定好,很大可能是过杀)
温度:有些公司是热压着测试hi-pot的,温度一般不超过80,温度越高,电芯内部的particle更容易刺穿隔离膜被检出
压力:压力也是测试hi-pot的关键因素,特别是在particle控制较差的情况下,压力越大hi-pot能检出更多的particle,但是不宜过大,一般0.8~1.0MPa即可

  4. Hi-pot的有效性?
按刚开始的想法,我们需要hi-pot检测出电芯内部的所有短路的风险,包括直接短路/隔离膜破损/极片毛刺/particle等等
随着我们对hi-pot研究的深入发现,基本不可能。
通过对压力/电压/温度的优化我们可以尽量检出电芯内短路的风险,但是效果还是不理想。
对于较大的particle检出率在理想的状态下~80%左右,极片毛刺基本检测不出来,隔离膜破损检出也没有规律
最终的结论是:
Hi-pot可以检出电芯内部的硬短路(即正负极直接接触),可以检测出一小部分particle及其他的潜在短路风险;
Hi-pot可以作为一个工艺控制的手段来监控我们的工艺(即hi-pot坏品突然增多即反应我们电芯制作工艺出了某些问题,起到一个预警的作用)

5.新的测短路的方式
既然传统的直流hi-pot检测的方法无法达到我们想要的效果,是否有其他的方式方法来达到我们的目的呢?
比较先进的测短路的方法还有交流hi-pot测试/高频波信号检测等等
这两种方式我们均实验过,原理基本一致。交流hi-pot的方式比直流的要更加灵敏一点(对于particle/隔离膜破损),有一定的优势,但是还是没有办法100%检出电芯内部的潜在风险。

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  发表于 2014-9-2 17:22
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  发表于 2014-8-29 15:08
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不错  发表于 2014-8-29 13:41
同意: 5
还是觉得这种工程技术类的帖子比较耐看。  发表于 2014-8-27 17:18

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发表于 2014-8-28 11:25:51 | 显示全部楼层
测试毛刺、颗粒、粉尘就是尖端放电,所以交流的比直流的好,对于漏电流和测试端接触面积、形状、压力以及测试线长度都有关系。最有效的方法判定就是打开设备看看电路原理就明白了。对于测试参数的设置是和隔膜材料、环境控制、制成控制情况来定的,不同材质、厚度、生产工艺的隔膜更换都要改变参数的。

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  发表于 2014-9-4 08:44
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发表于 2014-8-28 09:40:17 | 显示全部楼层
Hi-pot测试个人觉着很难决定测试的电压,本来是良品的电池结果加了个200v的电压一下子击穿了。
这个电压值根据隔离膜的能力高低而不同,通常较好的隔离膜可忍受较高电压比如200~300V,品质一般的或者比较薄的隔离膜100V都有击穿的风险。
检出度这个问题确实很难解决,但对于明显的内部异常还是能做到有效排除的。
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发表于 2014-8-27 14:43:35 | 显示全部楼层
好东西,就支持
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发表于 2014-8-28 08:51:48 | 显示全部楼层
觉得是高手,认真做过事的
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 楼主| 发表于 2014-8-28 09:45:54 | 显示全部楼层
小贼 发表于 2014-8-28 09:40
Hi-pot测试个人觉着很难决定测试的电压,本来是良品的电池结果加了个200v的电压一下子击穿了。
这个电压值 ...

其实是一个过杀和漏杀平衡的问题
但是hi-pot有一个特点,就是漏杀(我们所理解的)的不一定是坏品
所以最终的结果就是,只能检出硬短路,但是可以作为工艺监控的手段
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发表于 2014-8-28 10:01:19 | 显示全部楼层
请教下这个mean-3*sigma分布是咋做的,用mintab可以做吗
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 楼主| 发表于 2014-8-28 10:06:27 | 显示全部楼层
闯世界的猪 发表于 2014-8-28 10:01
请教下这个mean-3*sigma分布是咋做的,用mintab可以做吗

用mintab作分布,得到mean/sigma,mean-3*sigma就自己算了
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发表于 2014-8-28 10:20:43 | 显示全部楼层
果断 收藏了
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