压痕深度和凹槽位置决定圆柱形电池是否泄漏

一批18650电池试生产批次通过了化成、分级和直流绝缘电阻（DCIR）检测。三周后，在老化储存期间，部分电池出现重量减轻和外壳轻微膨胀。电解液批次未变，极耳焊接处干净，化成配方也未更改。根本原因在于压接密封，而且从开槽工序开始，密封就一直不合格，远在任何检测人员能够察觉之前就已经存在。

这种故障模式在圆柱形中试电池中很常见，令人沮丧的是，泄漏路径是机械性的，而非电化学性的。电池罐、垫圈和盖子只有通过两个工序才能密封：开槽和压接。如果其中任何一个工序稍有偏差，电池即使通过所有电气测试，在储存期间仍然会缓慢泄漏。

圆柱形电池实际泄漏的位置

圆柱形罐几乎不会从侧壁或底部焊缝处泄漏。泄漏路径是罐口、密封垫圈和通过开槽和压接方式密封的罐盖组件之间的连接处。

开槽形成罐盖所在的环形凹槽。然后进行压接，将罐体边缘折叠到罐盖上，并压缩罐盖和凹槽之间的垫圈。密封是通过垫圈的压缩实现的，而不是通过粘合或焊接。这对于导向管路至关重要：压缩密封的尺寸会随着工具磨损、罐体批次和垫圈批次的变化而变化。

在圆柱形中试生产线中，开槽和压接通常是由两台独立的机器完成的。这使得团队有机会在单元密封之前检查槽口，而这正是进行有效检查的关键时刻。如果将开槽和压接合并到一个工位，则检查窗口将不复存在。

凹槽是一种公差决定

沟槽深度和位置并非一劳永逸的机器设置。它们需要在三个因素之间进行权衡：密封圈的压缩程度、电池内部容积以及罐壁变薄的风险。

如果凹槽太浅，垫圈压缩不足，电池在地层压力或温度循环作用下可能发生泄漏。如果凹槽太深，罐壁局部变薄，容易产生微裂纹，这些微裂纹会在后期张开，造成上述延迟失效。同样的道理也适用于压接高度：压接过浅会导致密封性差，压接过深则可能损坏垫圈或造成罐盖与罐体短路。

对于试生产团队来说，实用的原则是在每批生产前，用横截面样品罐验证凹槽，而不能仅仅依赖机器刻度盘。测量凹槽深度、凹槽相对于罐口的位置以及垫圈的放置位置。如果罐体供应商或垫圈供应商发生变更，则需重新进行此项检查。不同批次的垫圈硬度和压缩永久变形能力不同，适用于某一批次的凹槽可能不适用于另一批次。

压紧力与地层压力：延迟失效

为什么压接密封失效会在形成后出现，而不是在压接机处出现？通常有三种机制在起作用。

首先，由于气体生成，地层内部压力升高，密封件承受来自内部的压力。在零压力下密封良好的压接件在高压下可能无法保持密封。其次，地层温度会使垫片变形。在选择垫片材料时，先导试验团队应该重点关注热变形。第三，电解液会在数天内沿着垫片和金属之间的界面缓慢渗漏，当电池达到老化阶段时，缓慢渗漏会演变成可测量的泄漏。

因此，验收不能止步于“密封后立即无泄漏”。密封件必须能够承受成型、老化和储存温度的变化。对于圆柱形工件，这意味着需要在三个阶段检查泄漏情况：压接后、成型后和老化后。

在指责压线机之前，应该检查哪些方面？

当试生产批次出现后期泄漏故障时，首先要检查生产线的机械部件。一份有用的检查清单如下所示：

• 对样品罐进行横截面分析，测量沟槽深度和位置。
• 测量压接电池的压接高度和密封宽度。
• 压接前请确认垫片位置；错位垫片会形成不对称密封。
• 折叠前请检查帽盖对齐情况和端子绝缘情况。
• 记录各工位和班次间的压接力或行程一致性。
• 在成型前进行泄漏测试，然后在成型和老化后再次进行泄漏测试。

如果沟槽和压接尺寸一致，但仍然出现泄漏，则问题出在材料上：垫片硬度、罐壁厚度和电解液兼容性。如果不同工位或班次之间的尺寸存在差异，则问题出在机械重复性上，任何工艺改进都无法解决。

适用于导引管的泄漏检测

中试生产线很少需要对每个反应釜进行生产规模的氦气泄漏测试。这需要在灵敏度和产量之间进行权衡。

重量损失追踪是最经济且通常最有效的检测方法：电池在老化储存过程中质量下降，说明存在泄漏，如果团队按既定时间间隔对样品进行称重，则数据已经收集完毕。压力衰减测试速度更快，适用于灌装前的干电池，此时仅需测试罐体体积。氦气泄漏检测灵敏度最高，是团队评估新的罐体供应商、新的密封材料或新的压接工艺时的最佳选择。何时无需投资氦气检测：如果中试生产线每批次仅生产几百个电池，则重量追踪结合压力衰减检测即可用更少的精力发现同样的故障。

无论选择哪种方法，验收标准都应针对每个工艺步骤单独定义，而不是针对整条生产线统一定义。如果验收标准不包含压力和温度历史，则压接后的电池单元可能合格，但在成型后仍可能不合格。

向线路供应商提出的问题

在订购圆柱形导流管或进行升级之前，请先向供应商询问密封件的问题：

• 如何验证样品上的沟槽深度和压痕高度？
• 密封后需要进行哪些泄漏测试？测试在哪个阶段进行？
• 开槽工位和压接工位能否记录每个单元的力或行程数据？
• 当我们更换罐体或垫圈供应商时，密封件设计会发生哪些变化？
• 在您的参考工艺中，密封是在成型后进行检查，还是仅在压接后进行检查？

在望盛公司针对18650、21700及类似规格电池的圆柱形中试生产线中，开槽、压接和成型被设计成一条可追溯的路径：机械工位的密封数据可以与成型和分级的单元级结果相匹配，从而将后期泄漏故障追溯到特定的工位、班次或物料批次。该工程团队由来自ATL和CATL的工程师组成，他们将压接密封视为工艺参数，而非机器附件。

有关更全面的设备情况，请参阅相关文章。 建立圆柱形电池导引管 以及 圆柱形电池生产线 页。如果您的试生产批次出现后期泄漏， contact Wangsheng 提供您的电池规格、罐体尺寸和故障时间，团队可以帮助您确定问题是出在开槽、压接还是材料上。