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锂电池芯在高压鼓励下的击穿机制

锂电电芯的隔膜是一种多孔的聚烯烃膜,具有电子绝缘性,保证了正负极的机械隔离而不致短路,同时因隔膜具有一定的孔隙率和透气率而又可以让离子自由通

锂电电芯的隔阂是一种多孔的聚烯烃膜,具有电子绝缘性,确保了正负极的机械阻隔而不致短路,一起因隔阂具有必定的孔隙率和透气率而又能够让离子自在通过。

正常隔阂的结构如上图所示。孔的巨细及散布应是均匀的。在装配电芯的进程中,或许会产生如下一些状况:

a、 隔阂或许错位,导致正负极短路;

b、 隔阂因种种原因,或许被撕裂或刺穿成大孔,导致正负极短路;

c、 隔阂尽管被撕裂或刺穿成大孔,但正负极间却未真实短路;

d、 隔阂被导电颗粒或正负极尖刺刺入,可是没刺穿,正负极仍为绝缘状况;

e、 电芯中混有导电颗粒,可是导电颗粒却没有刺入隔阂中,而是刺入正极或负极中。

针对a,b这种现已短路的状况,运用惯例仪器检测即可检出,而针对c、d这种所谓“微短路”的状况则相对杂乱,需求下面评论。而e的状况比较特别,在当时的电测验办法下,现阶段来看是力不从心的。

面临a ~ e的状况,电测计划中选用的鼓励源大多是直流高电压,即以本征击穿和电离击穿的方法来检测隔阂中的是否有孔洞、穿刺,进程监测仪器也不破例,只不过通过进程波形的检测参数更先进,以微秒级的采样速度来收集鼓励电压并以波形的方法显现出来,鼓励期间的若有瞬间的击穿放电亦可被明晰的捕捉到。

温度较低、电压效果时刻较短时,纯洁、均匀固体电介质由绝缘状况突变为良导电状况的进程被称为本征击穿,表征某种绝缘材料自身耐强电场的功能。

关于杰出的聚烯烃膜来说,是有其自身本征击穿电压的,依结构不同,击穿电压值几百伏到上千伏不等。一旦产生本征击穿,其绝缘功能将不行康复。

所谓电离击穿是指气体介质在电场效果下产生磕碰电离而导致电极间贯穿性放电的现象。气体介质击穿有时是接连的,有时为断续,这和许多要素有关,其间首要的影响要素为效果电压、电极形状、气体的性质及状况等,契合下图中的帕邢规律(p为气压,d为间隔)

一般来说,在大气压下,假如要击穿1mm的空气,大约需求3KV的电场强度气体电离击穿后是可康复的,即电场撤去后,南北极之间仍为绝缘状况。

事例1:某电芯隔阂厚约35um,膜上呈现有一穿孔,但正负极未真实短路。通过实验,正常隔阂本征击穿电压值在600~800V之间。试拟定鼓励电压及剖析测验成果。

解:鼓励电压的设定原则是,在不产生隔阂本征击穿的状况下,尽量进步鼓励电压,以发现隔阂的各种危险。最大设定值以小于本征击穿电压值的50%为宜。本事例中鼓励电压拟设定为300V。依据隔阂的厚度估算在压紧的状况下正负极间的间隔应小于100um,而这么近的间隔,在300V的鼓励电压下空气将被电离击穿。鼓励电压的设定契合测验意图。

测验进程:某仪器RJ69输出300V的直流电压,首要对被测的容性电芯进行充电,至300V时坚持电压不变,在充电期间和电压坚持期间,因隔阂穿孔的存在,这个穿孔空地处承受了由外加电压建立起来的大部分高场强,以及空间电荷建立起来的内部场强。表里场强的叠加构成空地处的场强产生严峻畸变,畸变的场强将会远大于原外加场强,这样空地处产生部分放电所需的阈值场强被容易的建立起来,在电、极点不断注入电荷(初始粒子)的状况下,穿孔处的气体分子被激起磕碰电离,构成电子崩,终究呈现断续的或继续的电离击穿。

与此一起RJ69监督的电压波形,会以瞬间的电压下跌或许继续的电压下跌方法来表现这种击穿现象,而绝缘测验仪器则以漏电流的忽然添加来表现。在有些状况下RJ69的测验成果和绝缘电阻测验的漏电流(绝缘电阻)则略有差异,以下图为例来阐明:

上图所示的电芯静电容量约30nF,电压下跌值32V,则电离击穿放电时正负极电荷中和的电荷量q = C*δU = 30nF*32V = 960nC,假定此下跌电压康复为设定值的时刻δt为3ms,则此δt内的均匀电流I=960nC/3ms = 320uA

进一步来说,绝缘电阻测验仪数值成果的刷新周期在百毫秒级,如200ms,即上述计算出来的320uA也要放到200ms的周期内再做均匀。

这便是波形显现和数值显现的一个差异。

事例2:35um的隔阂被导电颗粒或正负极尖刺刺入约20um,没有彻底刺穿,正负极仍为绝缘状况,在350V的鼓励电压下,隔阂的损害机理是怎样的?

解:同上述事例1,正常隔阂本征击穿电压值在600~800V,尖刺和对应极片之间的剩下隔阂厚度仅为15um,其本征击穿电压降到最低257V,假如对应极片和隔阂之间存有空间空隙,则全体击穿电压为气体和隔阂两者的累计。在350V下15um的剩下隔阂将产生本征击穿,一般此击穿时不行康复的,再测验会发现正负极彻底短路,假如极片和隔阂存有必定的空气空隙,则现象为,加很低的电压即产生电离击穿。

此事例还可解说不均匀隔阂的击穿现象,即假如隔阂自身的厚度是不均匀的,最薄处15um,则相关的剖析成果同上,(根本同标准中的穿刺强度)

事例3:电芯中混入了导电颗粒,但颗粒嵌入到了正极板或负极板,使用高压击穿的计划能否检出?

解:导电颗粒已归于正极片或负极片的一部分,在此状况下使用高压击穿计划进行检测,这种事例将被识别为绝缘杰出的合格品。

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