動力電池包及電芯的密封性對其性能和安全性至關重要。為了防止液體泄露、氣體等雜質混入問題的發生，動力電池包及電芯制造過程中要多次對產品進行密封性測試。動力電池包及電芯密封性檢測系統通常采用空氣檢測法。氦氣是惰性氣體，在常溫常態下無色無味，不易與其他物質發生反應，且密度小于空氣密度，易從細微氣孔中滲出，適合高精度的氣密性檢測。氦檢技術在動力電池制造中的應用主要體現在其高靈敏度、快速反應和無損檢測的特點，從而確保電池的密封性和安全性。

一、氦檢技術應用場景

1.電芯泄漏檢測

包括方形鋁殼電芯和圓柱電芯注液前殼體焊縫密封性檢測，也稱前氦檢，一般采用正壓氦檢方式；注液后密封釘焊接后成品電池芯干式檢漏，也稱后氦檢，一般采用負壓氦檢方式。

（1）前氦檢。主要檢測焊縫的密封性。先將方形和圓柱形電芯的堅固殼體抽空，隨后重新充注 100%的氦氣并密封。然后將電芯放入真空檢測室中，將檢測室抽空，再測量在一段給定時間內從電芯泄漏的氦氣量。確定泄漏率后，可從電芯回收氦氣。對于該殼體測試，通常使用 10^-6 毫巴 ? 升 / 秒的漏率限值。為了減少氦氣需求量，也可降低氦氣濃度，條件是示蹤氣體與干空氣或氮氣相混合。前氦檢一般采用正壓方式，即首先將被檢產品內部充入高于一個大氣壓力的氦氣，并保持一定時間。當被檢產品表面有漏孔時，氦氣會通過漏孔進入外部環境，然后使用吸槍或其他設備將這些氦氣吸入質譜儀中進行測量和分析。

圖1 電芯密封性測試位置（來源：INFICON）

（2）后氦檢。與前氦檢類似，后氦檢也需要向電池內部充入一定量的示蹤氣體（通常為氦氣）。但與前氦檢不同的是，后氦檢可能利用電池內部預先封存的氦氣進行檢測，以減少氦氣的消耗。注液后密封釘焊接后成品電池芯干式檢漏稱為后氦檢。一般采用負壓氦檢方式。首先，將注液后密封釘焊接后的成品電池芯連接到檢漏儀的檢測口，然后使用真空系統對電芯抽真空，達到預設的真空度后，再用噴槍連續向可疑的漏孔（密封釘）噴射氦氣。電池密封后置于密封腔體內抽真空，通過檢測電池外部是否有氦氣泄漏出來，可以判斷電池內部是否存在泄漏點。當有漏孔存在時，氦氣通過漏孔進入氦質譜檢漏儀被定量檢測。通過測量樣品內部的氦氣濃度來確定泄漏點的位置和大小。

2.電池PACK氣密性檢

主要包括PACK托盤氣密性檢測，PACK上蓋氣密性檢測，水冷板檢測，PACK包常壓累積檢測。

圖2 模組結構示意圖（來源：德國亞琛工業大學、PEM）

圖3 電池包結構照片

無論是鋰離子電池殼體、電源控制單元殼體、電機殼體還是電子模塊殼體，都要求按照防護等級 IP67的要求進行設計。IP67的檢測要求是，在1米深處浸浴30分鐘后，內部零部件必須保留其全部功能。在某些情況下，這意味著不得有任何類型的水滲入殼體中。

殼體的密封性檢測一般使用壓力衰減法和示蹤氣體法。壓力衰減法是通過向被測容器或管道內充入一定壓力的氣體（如空氣），然后切斷氣源并隔離壓力，測量該壓力隨時間的變化情況，從而判斷是否存在泄漏。該方法是一種常用的檢測方法，但其靈敏度通常較低，特別是在處理非常細微的泄漏時可能不夠敏感。示蹤氣體法是指使用氦氣作為示蹤氣體，通過充入被檢測工件中，然后測量逸出的氦氣量來確定泄漏率。這種方法依賴于氦氣分子小且擴散快的特點，能夠快速響應泄漏。但示蹤氣體法需要使用專門的氦質譜檢漏儀，并且對環境條件有較高的要求，如溫度、濕度等。

殼體眼下常用的檢測方法是線上（整體法，常壓累積氦檢法） + 線下（單點找漏，吸槍氦檢法）。

累積氦檢法的原理是測試組件充滿示蹤氣體，并放置在累積室中。示蹤氣體通過氣室漏孔逸出，并通過風機均勻地分布在整個氣室內。檢漏儀測量測試組件的總泄漏率，不考慮漏點位置。由于測試在大氣條件下進行，因此可以使用簡單而經濟的氣室系統。

圖4 氦檢工作原理示意圖

 

檢測時，只需要較小的包內包外壓差（3kPa左右），在產品承受范圍內；檢測時，只需要較低的氦濃度（6%左右），節省氦氣消耗成本；設備的檢測節拍快，滿足產線節拍要求。因此常壓累積氦檢法是一種整體、定量、快速、在線的檢漏方法。

如果對已組裝電池包的密封墊進行完整性檢測，真空檢測并不可取，因為過高的壓差會損壞密封墊，而負壓會毀壞已安裝的電容器。對成品電池包和已組裝殼體進行檢測時，可以線下使用基于示蹤氣體的吸槍檢漏法。既可將吸槍檢漏儀的測量探尖連接至機械臂，使其隨機械臂沿著殼體底部與蓋板之間的所有連接點移動。原則上分為靜態檢漏 ( 即吸槍探尖在定義點上方停留幾秒，然后繼續移動至下一個點 ) 與動態檢漏。在后一種情況下，機械臂或檢測人員在表面上 ( 例如沿著焊縫或已安裝的密封墊 ) 連續移動吸槍探尖。吸槍氦檢法可以快速地找出泄漏點。

圖5 吸槍氦檢法示意圖（來源：INFICON）

 

二、氦檢技術最新進展

氦檢技術在動力電池制造中的最新進展主要體現在以下幾個方面：

1. 技術創新

INFICON （英福康）公司使用泄漏的電解液溶劑作為示蹤氣體，開發出一種能夠直接檢測鋰離子電池的任何泄漏的方法。產生真空后，電解液溶劑從潛在漏點溢出至真空室中。由于真空室中的絕對空氣壓力只有幾毫巴，因此，溶劑將立即蒸發，從而使其作為氣體被 ELT3000 的質譜儀檢測到。ELT3000 能夠直接檢測所有常見的電解液溶劑，例如碳酸二甲酯 (DMC)、碳酸二乙酯 (DEC)、碳酸甲乙酯 (EMC) 和丙酸丙酯 (PP)。這款檢漏儀的設計使其既適合在開發部門的手工工作場所使用，又適合在自動化生產線中同時檢測多個電芯。純測量時間約為10 秒；抽空時間取決于所用真空室和泵的規格。對于柔軟的軟包電芯，INFICON 開發出了一種柔性膜真空室并已獲得專利，這種真空室在檢測期間可以緊貼軟包電芯。作為載體層，柔性膜可以保護電芯在真空中免受任何損壞。

廣舜檢測公司推出了其新一代氦檢技術。如目前普遍采用的二次氦檢方式，會加劇析鋰風險。廣舜推出的注液封口氦檢機，由于不用向注液后的電芯注入氦氣，從而消除了因檢測而引入的析鋰風險，提高電芯的安全性能；電解液封口的密封性得到確認，讓封口焊接后的密封性能不再是質量管控盲區；測試成本遠低于二次氦檢。

2.降低氦氣使用成本

氦氣是稀有氣體，國內工業用氦進口依存度高達95%以上，氦檢中氦氣的成本占到一半以上，因此降低氦氣使用和回收利用是節約成本的關鍵步驟。

湖北銳誠真空科技有限公司開發的鋰電池氦檢漏系統注重環保性能，氦氣可回收循環使用，回收率高達85%。

上海尊道自動化設備有限公司的精準混氦系統具有氦氣節省模塊，在不連續運行的氣相色譜系統中，氦氣節省模塊可以在空閑期間自動將載氣供應切換到氮氣，使流路保持惰性，并在待機模式下保持系統溫度，從而減少氦氣用量。

安徽博為光電科技有限公司的氦檢漏設備具有較高的氦氣回收率，能夠有效節省氦氣使用成本。

歐彼電子科技生產的氦氣回收提純一體機專門針對新能源行業，可以對氦氣進行回收利用，從而實現資源節約和成本降低。

深圳華爾升智控技術有限公司可以根據用戶現有的測試儀器進行集成，用戶不需要重新購買設備，從而降低了測試成本。

廣舜檢測推出了采用10%濃度的氦檢技術，相較于傳統氦檢設備可節約約90%的氦氣費用。這種低濃度氦檢技術不僅降低了氦氣消耗量，還減少了氦氣購買成本，從而提高了經濟效益。

3.設備的自動化和無人化

氦檢設備的自動化和無人化主要體現在以下幾個方面：

全自動壓力監測與判斷：設備配備人機交互界面，能夠實現全自動壓力監測、自動判斷以及聲光提示等功能，減少人為干預，提高檢測效率。

機械手同步上料、下料：設備可滿足機械手同步上料、下料，工件單獨檢漏、單獨記錄，合格品和不合格品自動分揀、輸送，極大地減少了人工操作造成的失誤。

氦氣供應系統與數據記錄分析：全自動氦檢設備由氦氣供應系統、檢測裝置、控制系統、數據記錄與分析系統以及輔助設備等多個關鍵組成部分構成，共同實現對氦泄漏的高精度檢測。

柔性化生產與智能化管理：多箱聯動設計，可實現柔性化生產，系統集成工業物聯網技術，檢測過程可實時存儲、監控、診斷等智能化生產。

模塊化設計與快速換型：模塊化設計使得換型時間短、零件少、成本低，同時具備高靈敏度和快速反應能力。

朗尼科技氦檢設備實現了自動密封及全自動設計，人員成本最低化，效率最大化。

明森科技氦檢機適用于鋰電池電芯殼體的泄漏檢測，能實現全自動無人化生產，設備可滿足機械手同步上料、下料。

皖儀科技提供真空箱式氦檢設備，可根據客戶需求定制尺寸和布局，采用高端配置和標準化設計制作，性能穩定可靠。

廣舜檢測提供高性能氦檢方案，極少的氦氣消耗；不懼高溫高濕；高度自動化。

雅馬哈樂器音響公司采用低真空腔體系統，以100～1000倍的精度判定微小泄漏，并配合FA技術構建生產線直連系統和機器人搬送系統。

湖北銳誠真空科技開發的鋰電池氦檢漏系統，適用于方形鋁殼電池的檢漏，并且具有高自動化程度。

皖儀科技開發的4680智能高速檢漏線系列，包含一次氦檢、二次氦檢、氦氣回收和氦氣提純等功能，標志著圓柱電池氦質譜檢漏技術的新篇章。

安徽諾益科技自主研發的全自動氦檢專機，應用于鋁殼鋰電、塑料鋰電、方形鋰電和圓柱電池的殼體注液前后的成品檢漏。

諾益科技還提供了刀片電池自動氦檢系統、氫能源動力設備氦質譜檢漏儀應用、新能源PACK電池包氦質譜檢漏儀、電池蓋板使用氦質譜檢漏儀等多種解決方案。

三、結語

近年來，中國新能源汽車快速發展，對動力電池安全性的要求日益提高，推動了氦檢設備技術的不斷進步。中國企業在氦檢設備的研發和生產上取得了長足進展，技術水平和性能指標逐步提升。通過不斷的研發和創新，中國氦檢設備在檢測精度、響應速度、穩定性等方面逐漸縮小了與國外先進設備的差距。一些國內廠商生產的氦檢設備已經達到了國際先進水平，甚至在某些方面有所超越。但與國際先進水平相比，仍存在技術和創新方面的不足。例如，氦質譜檢漏儀的性能穩定性和靈敏度可能還無法完全滿足高端市場的需求；常用的氦質譜檢漏儀主要為國外進口國外，國產檢漏儀使用最多的是中科科儀生產的設備，自主創新能力亟待提高；氦氣95%依賴進口；靈敏度和可靠性有待進一步提高等。因此國內設備制造商還應加大創新開發投入力度，加強與電池企業技術產業合作，以提高產業鏈整合能力。同時掌握高純度氦氣提取技術，改變氦氣受控國外進口的局面。

隨著全球新能源汽車和儲能市場的快速發展，對高性能、高安全性的電池需求不斷增加。這為中國氦檢設備行業提供了廣闊的市場空間和發展機遇。此外，國家對制造業的支持力度也在不斷加大，為行業發展提供了有力保障。隨著技術的不斷進步和市場需求的不斷增加，中國氦檢設備行業有望取得更大的發展。

（天津力神電池股份有限公司制造專家崔少華老師給予了指導，在此表示感謝）

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作者| 趙宇龍 ——中國汽車工程學會電動化研究中心產業技術研究部研究員

*聲明：本文內容由作者提供，僅代表作者個人觀點。