PID光离子化传感器在锂电池漏液快速检测中的应用

随着聚合物电池工艺发展和客户要求的不断提高，漏液已经成为聚合物电池质量控制难点，也是产品质量核心竞争力的载体，如何防止漏液电池产生，并可能杜绝漏液电池流出到客户端，成为各电池厂家竞争的一个重要方面。然而，针对聚合物电池的漏液问题，各厂家都没有有效的方法检验，开发一种能够判断电池是否漏液的方法，对聚合物电池漏液检测有实际意义。

“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N． Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M． S． Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

聚合物锂电池漏液概念

聚合物锂离子电池铝塑包装壳破裂、封装密封性差、腐蚀开裂的情况下，其内部的电解液漏出，同时外部空气进入电池体内，引起电池鼓气的现象，漏液被客户定义为不符合条件类型。

锂电池漏液检测方法方案介绍

为了防止聚合物电池出现漏液的问题，工程技术上一方面改进封装方法，提高封装密封性能，另－方面改进检验漏液的方法，一般有以下几种检验电池是否漏液的方法：

1、外观检查，通过100％的人工检验，观察是否有电解液流出和电池外观变形等。这种方法是传统的方法，也是在现实中容易操作的，但依赖人员的检出力，其防呆性能较差。这就是原有的检测方法。

2、真空检测，使用真空的方法，利用漏液电池鼓气的特点，对电池整体抽真空，在漏液电池内外形成较大的压差，电解液可能被伴随着内部产气流出电池，再进行外观检查，将不符合的挑出。这种方法检出率较低，但因其操作性较好也是常用的方法。

3、泄漏物质检测，电池一旦发生漏夜，其内部的电解液会流到电池外，如果能够敏感的检测到电解液，就可以判断电池是否发生漏液， 这种方法的局限性在于没有成形的测试机构，对电解液特别敏感，应用较少，一般较多的使用PH试纸，石蕊试液等化学试剂。若能够解决检测电解液的方法问题，则是有前途的一种检测手段。

在检测方案设计之初，我们按照第三种方法进行开发，并将重点先确定在能够检测电解液的仪器开发上来，通过市场调研，我们了解到VOC检测仪能够对有机物很敏感，而电解液的主要成分也是有机物，因此存在重大的改善应用机会。

VOC检测仪介绍

综合以上情况， VOC检测仪（ Volatile Organie Compounds ）是利用一组光离子化传感器PID （ photo ionization detector ）对有机挥发组分进行检测的仪器，用于微量VOC挥发检测，主要应用于环境检测、室内环境，安监，工厂废气排放等行业。工作过程及原理是：通过内置的空气泵将待检测环境的气体吸人光离子化器中进行电离，电离有机气体，并收集电离电压，转化成数字显示出来，数值的大小反应环境中的有机气体的摩尔含量，一般单位为PPb、PPm。工采网推荐两款检测VOC气体的PID光离子化传感器PID－AH与PID－A1；PID－A1为大量程传感器，其检测范围为100ppb～6000ppm，PID－AH则是一款量程小，灵敏度高的产品，其检测范围为1ppb到50ppm的VOC气体。

方案设计原理路径分析

1、VOC检测仪对有机挥发气体敏感度实验测试

实验分5个组别进行，测试对象分别为普通环境、极片车间、电解液氛围、合格电池旁边、漏液电池旁边；测试仪显示数值分别为： 0－一10PPb、500－ － I 000PPb、5000PPm以上、0－ －20PPb、50－ 200PPb。通过以上简单的实验可以看出，VOC检测仪对环境中的有机气体是很敏感的，其对聚合物的电解液也是敏感的，不同环境能够引起VOC检测仪的示数发生明显的变化。说明利用VOC检测仪进行漏液检测是可能的。

2、电池测试实验

（1）正常电池，密封性良好，其内部电解液不会出现在电池外部，少量的有机挥发组分，实验测试时，引起VOC检测仪较小示数变化或者不能引起示数变化，测试数值小表明无大量有机挥发物，电池无破损，判定电池OK。

（2）漏液电池，密封失效，其内部的电解液能够通过某种方式从泄漏点逸散到电池外部，电解液分解产生挥发性或其小分子组分逸出，实验测试时，被VOC检测仪检测到，引起示数较大变化，测试数值大表明有大量有机挥发物，电池可能漏液或表面有电解液，判定电池NG。

3、优化实验方案设计

检测参数优化

（ 1 ）设计单次检测数量（6－ －24只）和抽真空时间（ 10－ －15s只）的2因子实验，评估测试正常电池数量和真空保持时间对检测系统的影响。

（2）设计固定抽真空时间15s，单次检测6只、12只、18只、24只正常电池时，动态侦测VOC检测仪的变化过程，读取第10s、第15s时VOC检测仪的读数，分析其差值。

（3）固定抽真空时间15s，单次检测正常电池数量24只，动态侦测VOC检测仪抽气检测时的数值变化，分析其有利读数时间。

通过对实验结果及数据的分析发现，随着单次检测正常电池数量的增加，真空保持时间增加，测试值增加；各组不同检测个数的读数，第10s和第15s之间的差值是基本一致的，即其数值变化率相当；每组测试过程中，VOC测试值随着时间的增加，先升高后降低，在约5s时达到MAX值，因此有利读数时间在5－ －10s范围内。

通过以＿上的分析和改善，终确定VOC检查漏液电池的参数为测试温度20C，真空度－90KPa，真空时间15s，抽气检测时间10s，使用流动的压缩气体，测试数量为小电池8Pcs，大电池30PCS， 使用特制的严格密封的测试装置进行挥发组分收集，测试环境稳定。

5、检测方法验证

对采用前述优化后的条件进行的验证测量，从实验数据的分析可以发现，正常电池的测试数值均小于测试上限值，且其值呈正态分布；漏液电池的测试数值均大于上限值，且其值无规律散乱分布；大型号电池测试数值远远大于小型号电池测试数值。以上数据均可量化反映正常电池与漏液电池的区别，可以判断电池是否发生漏液。

结语

通过对聚合物锂离子电池漏液检测方法的研究，我们实现了新的应用，VOC检测仪是聚合物锂电池漏液有效检测方法。