方形锂电芯制造缺陷一览

方形锂电芯的制造缺陷直接影响其安全性，可能引发鼓胀、热失控、短路甚至爆炸。以下是主要缺陷类型、成因及系统性规避策略

壳体与结构缺陷

1.侧面鼓胀

影响：充放电时内部压力（0.3-0.6MPa）导致壳体变形，引发内阻增加、电解液局部枯竭或破裂。
成因：
①SEI膜生成气体；
②电极晶格膨胀（主因）；
③高温下电解液分解。
规避措施：
①结构强化：采用加强筋设计壳体，变形量可降低20%以上（如0.3MPa下变形从4.1mm降至3.2mm）；
②模组排列优化：采用纵向堆叠替代横向排列，减少厚度方向变形
③过充防护：应用量化扭矩夹具（如公式T = kAD/(n*h)），抑制极耳断裂风险。

2.散热不均

影响：大体积电芯内部热传导路径长，6C放电时表面温度达76.9°C，50°C以上持续时间占70%。
规避措施：
①导热介质：在电芯表面附着相变材料（PCM），结合水冷系统导出热量；
②单体容量控制：避免过大体积设计，优先采用多模组并联降低单体温升。

电连接缺陷

1.焊接爆点（飞溅）

影响：激光焊接中爆点导致气孔或金属飞溅，造成气密性下降、自放电异常，甚至隔膜烧穿短路。
成因：
①黑色爆点：材料污染(润滑油、金属屑)；
②银色爆点：工艺参数不稳定(离焦量、气体湍流)。
规避措施：
①工艺参数优化：保护气体流量、功率比避免处于工艺窗口边界；
②材料清洁度控制：焊接前人工验证表面无污渍，建立污染溯源机制。

2.极耳设计缺陷

影响：传统极耳从卷芯中间引出，受撞击易刺入卷芯引发短路。
改进方案：
①极耳外置设计：极耳从卷芯最外层垂直引出，避免机械冲击导致内短路；
②包夹焊接：采用“L”形连接片包夹负极耳，超声焊接防止箔材碎裂。

材料与制造污染

1.金属异物引入

影响：顶盖绝缘层混入金属屑，导致负极柱与壳体短路，引发铝壳腐蚀和电解液泄漏（绝缘值＜0.113 MΩ）。
关键管控点：
①来料筛选：PPS塑料粒子使用金属分离器包装，墩压模具采用高强钢减少毛刺；
②绝缘测试升级：将顶盖测试电压从500V提升至1500V，检出金属屑导通缺陷。

2.壳体表面瑕疵 

影响：划痕、崩边降低机械强度，挤压时易破裂（侧面挤压45kN即发生燃烧）。
检测技术：相位成像系统：自动检测划痕、脏污、鼓包,精度达微米级(如悟空检测系统)

安全结构与工艺控制

1.防爆设计缺陷  

风险：单端防爆阀导致极组受压冲向盖板，引发短路爆炸。
改进方案：双端安全机构：正负极分置电池两端，压力平衡时同步开启防爆膜，避免极组位移。

2.装配密封失效

措施：
①多层密封圈：端板与连接盖间设置第一密封圈，外壳与连接盖采用第二密封圈防漏液
②隔圈固定：绝缘胶垫凸台与隔圈卡槽咬合，防止焊接移位。

总结方形锂离子电芯的安全性缺陷需通过材料-工艺-设计-检测四维管控：
①材料端：杜绝金属异物，强化壳体材料；
②工艺端：优化焊接参数与密封装配；
③设计端：采用双极分置、极耳外置、加强筋结构；
④检测端：高压绝缘测试、相位成像在线监测。
通过上述措施，可系统性提升方形电池的安全边界，满足高可靠性应用场景（如电动汽车、储能系统）的需求。