真空差压检漏技术在锂离子电池行业的应用

康婷婷，李延涛

［中航锂电(洛阳) 有限公司，河南 洛阳 471000］

在锂离子电池行业中，电池壳体密封不良会导致安全问题，如电池爆炸、设备损坏等。锂离子电池行业多采用正压气泡检漏法，适用于允许承受正压的产品进行检测，但存在壳体形变、表面锈蚀、效率低下和检测准确率低等缺点。氦质谱检漏等方法虽然精度高、应用广，但成本高。

本文作者对在锂离子电池行业更为实用的真空差压式气密检漏法进行了综述。

1 泄漏和检漏技术概述

1.1 泄漏分类

泄漏可分为3 大类:外漏、内漏和两漏。外漏与内漏之和通常称为两漏，气密检漏显示的结果是两漏值。

按照产品缺陷和材料特性，可把漏孔分成物理漏孔和分子漏孔两大类，其中，物理漏孔又分为两类:①贯穿的裂纹或微小的孔;②不贯穿的裂纹或小的气泡。分子漏孔是指分子间存在的间隙，孔径为0.001～0.1 μm。

1.2 漏率

漏率是泄漏大小的度量单位。通常所说的漏率是指在环境温度为23℃时，漏孔的一端压强为1.01 ×105Pa，而另一端为真空状态时，单位时间内流过漏孔的气体量。该值容易受环境温度、漏孔两端压差和气体种类等因素的影响。

1.3 检漏方法

检漏方法主要有:水检目视检漏、电火花检漏、透光检漏、氟油检漏、卤素检漏、氦质谱检漏、直压检漏、流量检漏和差压检漏［1］等。差压检漏在重复性、精度和可靠度等方面都有较大优势，选择检漏方式时可重点考虑。

1.4 影响检漏的因素

影响泄漏的因素很多，包括压力、温度、冲击振动、化学腐蚀和堵塞等。检漏的四要素为检测压力、漏率、内容积和节拍［2］。根据经验，在负压检漏方式下，温度变化对检漏结果的影响较小，检测压力的变化对检漏结果的影响最大。

2 真空差压式气密检漏技术概述

真空差压式气密检漏仪工作时，首先向被测物和基准物同时抽负压，把容器抽到一定压强后，切断充气回路。如果被测物有泄漏，则容器内压强会升高，通过检测被测容器与标准容器的压差随时间的变化率，可计算出被测容器的泄漏流量，从而判定被测物是否泄漏。

真空差压式气密性检漏仪主要由计算机测量显示系统、压力传感器、平衡阀、球阀、加压排气阀、真空源、基准物、通讯接口和气路模块等主要部件组成［3］。

检测过程共分抽气、平衡、测试和泄压等4 个阶段。抽气阶段，加压排气阀、基准物和被测物端的排气阀同时打开，真空源接入开始抽真空;平衡阶段，加压排气阀关闭，切断真空源，基准物和被测物端的排气阀打开，确保被测物和基准物内压力相等;测试阶段，加压排气阀、基准物和被测物端的排气阀同时关闭，达到设定时间后，仪器自动判定检测结果;泄压阶段，加压排气阀、基准物和被测物端的排气阀同时打开，被测物和基准物与大气相通，内部恢复正常压强。

3 生产应用情况

3.1 影响因素分析

在锂离子电池在生产过程中，需要将壳体和盖板焊接起来，然后通过检漏仪进行气密性检漏［4］，以确保焊接质量。

目前，锂离子电池行业采用的检漏方式较多，其中真空差压式气密检漏技术具有气路密封性能好、精度高、技术成熟、壳体外观无污染和形变等优点，应用广泛。在使用时，以下因素会影响真空差压式气密检漏仪的检测效果。

管路的密封性能［5］:各管道接口处及密封嘴的气密性状况，会严重影响检测结果，若气路的密封性无法得到保障，检漏工作将变得毫无意义;

真空源的稳定性［6］:真空源不稳定，会造成数据的重复性较差，且不同真空度下漏孔形变不同，产生泄漏量也不同，为此，需要在真空源端增加减压阀;

配套夹具和下压装置:配套工装的自动化程度，决定了检测效率的高低，夹具的设计要保证被测物无形变［7］;

各阶段的时间参数设置:各阶段时间参数不同，泄漏量、检测结果的可靠性、检测效率等都会相应改变，设置时需要综合考虑，大量实验进行优化，以达到最佳检测效果;

判定标准的制定［8］:在气密性检测中，判定标准即产品在一定时间内的泄漏量，判定标准是经验值，它的制定直接决定了漏率和检测结果的可靠性，在实际生产中需要积累大量数据，以制定最优判定标准。

3.2 实际效果

使用3 款真空差压式气密检漏仪，分别为AL-1000A 压差型空气泄漏测试仪(辽宁产)、VH90B 气密性检漏仪(安徽产)和F520 密封泄漏测试仪(上海产)，对同一批CA40 型号电池(河南产)各随机挑选500 只进行检漏测试。

检漏仪工作时需要对被测件和基准件同时抽负压，待抽压结束后，检漏仪关闭平衡阀将两者分开，由传感器测量两者的压差，测量结束后，通过排气阀向被测件中充压，使其恢复正常压强。测试步骤如下:

确认检漏仪的电路和气路连接正常后，接通电源、开启真空源;关闭被测端和基准端的球阀，设置好自检参数后，按下检测按钮进行仪器自检，仪器自检合格后，打开球阀;先对检漏仪进行参数设定，再将被测电池装上工装，检查无误后，按下检测按钮，开始检测;检测结束后，显示窗口实时显示压力差和测量结果，同时，被测电池和基准件合格与否，还可通过指示灯显示。测试的参数和结果见表1。

表1 测试参数和数据Table 1 Test parameters and data

从表1 可知，与水检法相比，检漏仪的检出率高得多。锂离子电池的电芯结构紧密，检测时的内漏较大，在检测过程中发现，真空度越高、抽真空时间越长，检测效果越好。

4 小结

实验证明，采用真空差压式气密检漏仪代替常用的水检目视判定法后，锂离子电池壳体不会产生形变，表面不会锈蚀，且能提高生产效率，检测准确率高，应用方便，为检漏提供了灵敏可靠的检测手段，具有很高的使用价值。

在锂离子电池行业，壳体的密封质量直接决定了是否会有电解液渗漏等严重问题发生，从理论上来看，绝对不泄露的容器是没有的，同时由于液体粘度系数是气体的上百倍，漏气的电池不一定会漏液，因此，泄漏判定的标准尤为重要。塑壳产品由于材质的多孔结构，在测试过程中存在对空气的吸收和释放等现象，在一定程度上会影响测试效果。

［1］WANG Yu-zhi(王欲知)，CHEN Xu(陈旭).真空技术［M］.Beijing(北京):Beihang University Press(北京航空航天大学出版社)，2007.20－25.

［2］ZENG Cheng-zhou(曾成洲).基于压差原理的泄漏检测方法研究及系统开发［D］.Hangzhou(杭州):Zhejiang University(浙江大学)，2012.

［3］FENG Yu(封玉)，HAN Jian-hua(韩建华).一种新型潜水电泵密封检漏系统［J］.Drainage and Irrigation Machinery(排灌机械)，2007，25(6):11－12.

［4］ZHOU Xiao-di(周小弟).真空检漏事业的发展和展望［J］.Vacuum Electronic Technology(真空电子技术)，2003，(4):61－62.

［5］DING Yong-sheng(丁永生).真空设备泄漏检测技术［J］.Electronics Process Technology(电子工艺技术)，2009，30(4):226－229.

［6］TAO Wu-chun(陶务纯)，WANG Sheng(王胜)，GUO Bo(郭波).真空检漏方法与应用［J］.Equipment Management and Maintenance(设备管理与维修)，2008，(5):5－6.

［7］WEI Xiao-tao(魏晓涛).金属波纹管在真空检漏过程中的变形控制［J］.Vacuum(真空)，2010，47(3):63-65.

［8］JIANG Bo(姜波).真空检漏在维修中的应用［J］.Machinery(机械制造)，2006，44(4):65－66.