移动电源(充电宝)等产品出现问题时,人们往往首先想到的是组装或者外壳的问题,但是实际上大多数时候是电芯出了问题。外壳、保护板、USB接口之类的东西出故障的可能性很小,真正难以查明的就是卷芯里面的几层极片以及隔膜。X-RAY无损检测目前为不拆解看电芯内结构的一种方式,主要关注三个地方:极片对齐、极耳焊接和内部异物。以上三点都过了之后,充电宝的电芯才算真正通过测试。
那么为什么这么难查呢?充电宝使用的电芯主要有两种类型:圆柱形的18650和软包聚合物,前者容量大、成本低,后者则可以做得非常薄。这两种结构都具有共同的特点,在壳体内部都有完整的密封设计,从外观上无法发现任何异常之处,而容量、内阻以及自放电等电气性能方面的测试也无法将它们区分开来。极片偏移一些的电芯,容量还可以正常使用,内阻也在允许范围内,即使把它装入整个设备中也能够充电和放电,在大电流输出或者是长时间循环之后才会暴露出来。

隐患主要出在三道工序。
第一首是卷绕和叠片。圆柱电芯靠卷绕,正极、隔膜、负极三层卷成一个卷芯,卷的时候张力不匀、纠偏不及时,极片就会跑偏。软包电芯多用叠片,一层正极一层隔膜一层负极往上叠,层与层对不齐就是错位。行业里管这个余量叫overhang,负极要比正极宽出一点,宽出来的这部分是安全冗余。余量被吃掉,充电时负极边缘容易析锂,锂枝晶长起来会刺穿隔膜,内短路就是这么来的。
第二道是焊接。极耳和极片的焊接,虚焊、焊偏、焊穿都算缺陷。虚焊的接触电阻大,充电宝大电流输出时发热明显,严重时会烧蚀。焊穿更麻烦,焊渣或者焊针直接伤到隔膜,等于在内部埋了一个短路点。这类缺陷在电性能上不一定表现出来,负载小的时候一切正常。
第三道在装配和注液。金属屑、粉尘混进卷芯,隔膜被划伤或者打皱,注液后电解液浸润不匀留下气泡,这些都属于内部异物和结构缺陷。充电宝这类产品做跌落和挤压测试时,内部带异物的电芯更容易出问题。
这三类隐患有个共同点,全在壳体内部,靠肉眼、靠电性能、靠老化筛选都拿不准。X-RAY检测的价值就在这儿。
X射线的原理不复杂,电子撞击金属靶产生射线,穿透物质时按密度差别被吸收,密度高的地方吸收多,成像上就暗。电芯里的极片是金属箔涂层,密度明显高于隔膜和电解液,几层极片叠在一起,图像上就是一条条清晰的亮带,哪一层歪了、哪一处多了个高密度颗粒,都在图上。
怎么看数据。极片对齐度,正负极边缘的相对位置,余量够不够。卷绕或者叠片的一致性,有没有局部褶皱、层间错位。极耳焊接的位置和形态,焊点是否居中、面积够不够、有没有焊穿迹象。内部异物,图像上的孤立高密度亮点基本跑不掉。

设备怎么配,跟电芯形态走。圆柱电芯圆柱面弧度大,要用适配的工装和视野,XG5600这类机型按在线和离线两种方式做18650的检测,卷芯同心度、极片错位、极耳焊接一次成像。软包电芯薄而宽,重点是层间对齐和封装内气泡,XG5130A走的是方型软包在线全自动的路子。批量大的产线配在线机型,来料复检和抽检用半自动,一台设备看多个位置,柔性更高。
这里有个分工问题,很多充电宝厂一开始没想清楚。电芯自己造还是外购,检测节点的排法不同。自己造电芯的,X-RAY要卡在工序里,卷绕或者叠片之后看对齐度,入壳之后看装配位置,注液之前再确认一次异物,三道卡口都在产线上,走全检。外购电芯做充电宝的,检测重点在来料,按批次抽检看供应商的一致性,出货前再抽成品,重点看运输和存储之后有没有结构变化。两种排法用的设备不一样,节拍要求也不一样,选型前先把这件事定下来。
判读基准怎么定,行业里没有统一数字。每家电池厂按自己的设计给余量下限,圆柱和软包不一样,高倍率和普通倍率的产品也不一样。可行的做法是把对齐度余量、层间错位量、焊接面积这几项做成内部判定基准,和电芯供应商对齐同一套口径,X-RAY的图像才好用。基准不统一,同一批货换个检测员就是两个结论。
设备本身的硬指标还是那几项。焦斑2到7μm,管电压按电芯厚度选90、110、130、160kV档位,平板探测器像元85μm、1536乘1536像素、5.8lp/mm,这套配置看极片边缘和焊点够用。
机身表面内控辐射指标做到空气比释动能率≤1.0μSv/h,厂商要有辐射安全许可证,设备配内嵌式铅板防护。充电宝厂的检测工位大多就在产线边上,操作员一天站八小时,防护不达标后面全是麻烦。
售后要写进合同。正业科技提供12个月保修,省内24小时、省外48小时到场,在江苏昆山设有全资子公司江苏正业智造技术有限公司,华东的电芯和充电宝客户对接本地化服务和试机安排都近一些。正业科技自1997年成立,深耕PCB行业和锂电行业近30年。

充电宝这个行业,卷容量、卷价格卷了很多年,安全被摆到台面上还是这两年的事。电芯内部那点结构缺陷,靠抽检靠不住,靠电性能筛不干净,X-RAY是目前成本 较低的一道可视化关口。带上自家难判的电芯去试机,让设备当场成像,余量够不够、焊点虚不虚,图上一目了然。