张娇　李彬　黄武荣

【摘  要】新能源汽车动力电池对电芯的电压、容量一致性要求很高，否则容易导致电池容量衰减过快，整车续航能力变差。本文针对电池欠压的潜在失效原因进行归纳总结，分析最常见原因为微粒造成电芯内部微短路，引起电芯自放电大，造成电芯一致性差。为此，本文对电芯制造过程关键工位的微粒管控措施提出建议。

【关键词】电动汽车；动力电池；压差；微粒

中图分类号：U469.72    文献标志码：A    文章编号：1003-8639（ 2023 ）08-0028-02

Common Causes of Power Battery Pressure Difference and Particle Control Methods

ZHANG Jiao，LI Bin，HUANG Wu-rong

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Guangxi key laboratory

of automobile four new feature，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】The new energy vehicle power battery has a high requirement for the consistency of voltage and capacity of the battery cell，otherwise it is easy to cause the battery capacity to decay too fast and the vehicle's endurance to deteriorate. In this paper，the potential failure causes of battery undervoltage are summarized，and the most common reason is the micro short circuit inside the cell caused by particles，which causes large self-discharge of the cell and poor consistency of the cell. In this paper，some suggestions are put forward for particle control measures at key stations in cell manufacturing process.

【Key words】electric vehicle；power battery；pressure difference；particle

随着能源危机及环境污染问题的双重压力，发展新能源汽车特别是纯电动汽车是大势所趋[1]。动力电池电芯之间的压差过大，电池电芯一致性差，电池容量能量降低，会导致整车续航能力降低，甚至导致整车下高压。研究动力电池压差的失效模式，对提高电池的寿命、安全性和可靠性有着重要意义。本文针对动力电池常见的主要失效原因——粉尘、异物等杂质刺穿隔膜，在生产制造工艺方面提出建议。

1  单体欠压潜在失效原因分析

1.1  异物导致内部短路

1）异物表现为金属屑/丝异物，常见原因为：极耳外露尺寸较长，导致裁切产生铜/铝屑；极片上2个极耳靠近，裁切时定位精度不准，设备裁切过程波动，导致极耳被裁切出丝。

2）异物表现为极耳带毛刺，常见原因为：刀模钝化，未及时进行更换，导致极耳切断效果不理想；切断设备若采用气压作为动力源，在切断瞬间若气压不足，切割会有黏连及毛刺，切断效果不佳。

3）正极卷芯中有负极片，常见原因为：极片接带超过极耳位置，极片裁切有碎极片掉落至卷芯。

4）电芯制造过程中环境粉尘，如空气中的粉尘，设备清洁度管控不当。

5）正负极材料、导电剂材料、隔膜材料杂质未去除彻底。

6）设备摩擦产生的金属颗粒。

7）極耳焊接、连接片焊接、盖板焊接、异物飞溅。

8）模切和分切过程中产生毛刺及切屑。

1.2  隔膜异常导致内部短路

1）隔膜褶皱，常见原因为：切换卷绕过程不稳定，收尾隔膜有轻微褶皱；切割隔膜过程中，隔膜受力不均导致隔膜褶皱折叠；卷芯入壳过程磕碰或力度不当导致隔膜褶皱。

2）隔膜破损，常见原因为：机械手抓伤。

3）隔膜跑偏，常见原因为：卷绕跑偏，正负极接触短路。

4）隔膜收缩，常见原因为：盖板超声波焊头磨损，导致极耳与盖板虚焊热量累积；极耳设计过流面积不足，充放电过程电芯热量累积，隔膜受热收缩；电芯烘烤过程中烘箱温度设定不当，隔膜受热收缩；隔膜材料耐温能力不足，容易在制造或使用过程中产生收缩。

1.3  PACK制程异常导致外短路

正负极导通，常见原因为：电芯极耳焊接、连接片焊接、盖板焊接时，存在偏焊、过焊、焊渣等失效，导致壳体焊接异常，电芯正负极导通。

1.4  工艺K值设置不当导致电池一致性差

K值是反映锂离子电池自放电快慢的物理量，若电芯筛选工艺中K值设置不当，会导致同一个电池包的电芯一致性差。K值准确性又与去极化效果、SOC状态、老化温度和时间、测试设备精确度有关。

1.5  运行故障导致单体欠压

1）电池发生析铜反应，导致电池电压下降。常见原因为：存在大电流、过放电，导致电池电压降低。过放的原因可能为BMS过放保护失效、整车ECU没有控制截止放电、信号采集线松动、电压采集异常、电池组长期搁置、SOC计算异常等。

2）电池发生析锂反应，锂枝晶刺破隔膜导致电池内短路。常见原因为：电池过充、过放电、低温充电等电气滥用。

2  微粒来源及管控方法

据了解，超70%以上的电池压差是电芯内异物造成，异物来源为电芯制造过程清洁度控制不严，混料、模切（分切）、卷绕等。焊接为微粒的关键管控工位，下文对电芯的生产工艺过程异物的来源及主要管控方法进行分析。

电芯的生产工艺为：混料涂布→辊压→制片→卷绕→热压→极耳焊→转接片焊→入壳→封口→盖板焊→烘烤→注液→分容→自放电筛选→分档。

微粒的主要来源为来料中的杂质，需要大量采用高磁通量的磁棒除磁，关键控制参数为：磁棒的数量建议在15～20根、磁通量10000Gs以上，采用多层网格布置方式，对来料中的异物进行清除，定期对磁棒清洁，增加微观测量设备，对磁棒上的异物进行成分检测，分析杂质的来源并制定措施，判断需要再加强磁力棒的磁力等级、数量，加强控制原材料杂质。

涂布、辊压工序宜采用极片除磁，进一步对原料中的杂质进行去除，建议在涂布机机头和机尾接带平台处放置极片除磁装置；重点关注空气中粉尘污染，建议增加FFU系统，车间清洁度等级达到万级以上；加强设备清洁度管控，制定设备清洁作业指导书及点检表，加强车间5S管理。

卷绕工序金屬设备摩擦产生的金属颗粒，原材料中未去除彻底的杂质，需在卷绕工序隔膜、极片卷针前设磁棒，极片切断处采用毛刷进行清洁，并对毛刷及切断位置采用负压除尘，除尘风速25m/s以上；另外需对设备定期进行清洁，对各机构定时清洁，关键部位加强清洁频次，加强车间5S管理。

模切和分切过程容易产生毛刺及切屑，极片切割边缘容易产生金属碎屑，需要用毛刷对极片切割处进行清洁，对毛刷寿命及清洁频次进行严格管控；极片两面增加磁棒及负压除尘机构，除尘风速25m/s以上；对切刀寿命进行严格管控，防止因切刀过钝导致模切和分切不彻底；制定毛刺检测标准，定期对毛刺进行检测，及时发现不良品；制定设备清洁作业指导书和点检表，关键部位加强清洁频次，加强车间5S管理。

极耳焊接、转接片焊、盖板焊工序容易在焊接过程中产生焊渣。焊接设备参数（如激光功率、频率、焊接能量、振幅）对产生的杂质数量影响大，需要将设备参数值调试到合适值，避免产生过多杂质；焊头处采用大功率负压吸尘装置，风速25m/s以上，同步使用毛刷进行清洁；对焊头、焊座的清洁度及寿命进行严格管控；焊接时需要防止焊渣掉入卷芯内，可采用防护挡板进行遮挡；极耳焊时可对卷芯贴胶保护，焊印处贴保护胶，防止焊异物入电芯内。

3  结语

动力电池作为电动汽车的能量载体，其性能的好坏将直接影响着整车的性能，为此，在动力电池的生产过程中，必须十分注重其产品的品质问题。本文以动力电池常见的压差问题为例，详细分析了可能导致压差问题产生的原因，并针对性地提出了解决措施，为电动汽车动力电池行业提供指导。

参考文献：

[1] 陈友鹏，徐春. 纯电动汽车应用现状及发展前景分析[J]. 南方农机，2018，49（9）：9-11.

[2] GB 13539.1—2008，低压熔断器 第1部分：基本要求[S].

[3] QC/T 420—2004，汽车用熔断器[S].

[4] 许建强，秦海蛟，刘友祝. 汽车熔断器的正确选用与规范检测[J]. 时代汽车，2015（11）：50-51.

[5] 张延伟. 管状熔断器的典型失效模式和失效原因分析[J]. 电子产品可靠性与环境试验，2004（3）：46-49.

（编辑  杨  景）

作者简介

张娇，女，电动能源系统工程师，研究方向为新能源汽车动力蓄电池系统总成。