Defectos de fabricación de baterías y cómo detectarlos
Defectos comunes durante la producción de baterías de litio y métodos prácticos de detección para garantizar la seguridad y la fiabilidad: guía de Huawen New Power.
Introducción
La fabricación de baterías de litio de alta calidad exige un control estricto de los materiales, el proceso y las pruebas. Los defectos introducidos durante el recubrimiento de los electrodos, el ensamblaje de las celdas, la soldadura, el llenado o la formación del electrolito pueden provocar una reducción de la capacidad, un envejecimiento prematuro o fallos peligrosos. Esta guía resume los defectos más comunes, cómo detectarlos y las mejores prácticas de control de calidad.
Defectos comunes de fabricación
| Defecto | Descripción | Impacto |
|---|---|---|
| contaminación de los electrodos | Partículas, polvo o materia extraña en las superficies de los electrodos | Cortocircuitos localizados, aumento de la impedancia, pérdida de capacidad |
| Recubrimiento deficiente/electrodo irregular | espesor no uniforme del material activo | Desequilibrio entre células, varianza de capacidad |
| Daños en el separador | Desgarros, perforaciones o adelgazamiento de la película separadora | Cortocircuito interno, riesgo de fuga térmica |
| Defectos de soldadura/ultrasonidos | Soldaduras frías, grietas, salpicaduras, presión inadecuada | Alta resistencia de contacto, conexiones intermitentes |
| Problemas con el llenado de electrolitos | Electrolito insuficiente o contaminado, aire atrapado | Pérdida de capacidad, aumento de la impedancia, generación de gas |
| Desalineación / objeto extraño en el ensamblaje | Colocación incorrecta de la pila de celdas o restos sueltos | Estrés mecánico, cortocircuitos |
| Errores de formación/ciclo de formación | Perfil de formación o control de temperatura incorrectos | Formación deficiente de SEI, envejecimiento acelerado |
| Defectos en el sello/carcasa | Sellos incompletos, fugas | Fugas de electrolitos, entrada de humedad, corrosión |
Métodos de detección y cuándo utilizarlos
1. Inspección visual
Inspección inicial para detectar contaminación, defectos de recubrimiento, salpicaduras de soldadura y daños en la carcasa. Para un mayor rendimiento, utilice microscopios o inspección óptica automatizada (AOI).
2. Pruebas eléctricas
Las comprobaciones de tensión en circuito abierto (OCV), resistencia de aislamiento, continuidad y polaridad permiten detectar errores de montaje de forma temprana. Mida la resistencia de contacto en las soldaduras.
3. Pruebas de capacidad y ciclo
Los ciclos completos de carga y descarga revelan la pérdida de capacidad, la eficiencia coulómbica y las tendencias de degradación temprana. Utilice celdas muestreadas para la verificación por lotes.
4. Resistencia interna / EIS
La espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) y la DCIR detectan un aumento de la impedancia debido a contaminación, humectación deficiente o problemas de SEI.
5. Rayos X / Tomografía computarizada
Imágenes no destructivas para detectar desalineaciones internas, partículas extrañas y defectos en el separador de las celdas de muestra.
6. Pruebas de fugas y presión
Las pruebas de fugas de helio o de caída de presión validan la integridad del sello y detectan microfugas que podrían provocar la entrada de humedad.
7. Imágenes térmicas/infrarrojas
Detectar puntos calientes durante la formación o pruebas de alta corriente que indiquen resistencia local o cortocircuitos.
8. Acústica / Ultrasonido
La emisión acústica o los ultrasonidos pueden detectar la delaminación interna o las bolsas de gas de forma no destructiva.
Estrategia de flujo de pruebas y control de calidad
- Inspección de materiales entrantes (suspensiones de recubrimiento, separadores, colectores de corriente).
- Inspección visual y AOI en línea en estaciones de recubrimiento y corte.
- Inspección de soldadura y medición de la resistencia de contacto después de la soldadura de pestañas.
- Comprobación del peso de llenado de electrolitos y de fugas de vacío.
- Formación con perfiles de carga monitorizados y registro térmico.
- Muestra de EIS, rayos X y pruebas de capacidad por lote.
- Comprobaciones eléctricas finales y verificación del sellado al final de la línea.
Medidas preventivas para reducir los defectos
- Mantener salas blancas o entornos controlados (clase ISO) para los procesos críticos.
- Utilice sistemas automatizados de dispensación y dosificación para garantizar la uniformidad de los recubrimientos y los volúmenes de electrolito.
- Calibración y mantenimiento periódicos de los equipos de soldadura, corte y llenado.
- Formación de operarios y procedimientos operativos estándar claros para los pasos manuales.
- Control estadístico de procesos (CEP) con gráficos de control y límites de acción definidos.
Lista de verificación de inspección de muestra
| Paso | Controlar | Criterios de aceptación/rechazo |
|---|---|---|
| Visual | Limpieza de la superficie, uniformidad del recubrimiento | Sin partículas visibles; espesor del recubrimiento dentro de la tolerancia |
| Soldar | Resistencia de contacto y visual | Resistencia ≤ especificación; sin grietas ni salpicaduras |
| Relleno | Prueba de peso y fugas de electrolitos | Peso dentro de la tolerancia; no se detecta ninguna fuga. |
| Formación | Perfil de carga y temperatura | Perfil dentro de la curva; temperatura ≤ límite |
| Eléctrico | OCV e IR | Voltaje dentro de la banda; IR ≤ especificación |
Análisis de la causa raíz y mejora continua
Cuando se detecten defectos, realice un análisis de causa raíz (ACR) utilizando los métodos 8D o de espina de pescado. Analice los parámetros del proceso (temperatura, presión, humedad), los lotes de materiales y los registros de los equipos. Implemente acciones correctivas y realice un seguimiento mediante control estadístico de procesos (CEP) para prevenir la recurrencia.
Conclusión
Para minimizar los defectos de fabricación en las baterías de litio, es fundamental combinar métodos de detección robustos con controles preventivos y un riguroso proceso de control de calidad. Técnicas que abarcan desde la inspección visual hasta los rayos X y la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) ayudan a identificar problemas de forma temprana, protegiendo así la fiabilidad y la seguridad del producto.
