鋰離子電池具有比能量高、電壓高、循環(huán)壽命長、自放電小等優(yōu)點。已成為移動通訊、筆記本電腦、電動工具等便攜式電子產品的主要電源之一。但在誤用條件下(如發(fā)熱、過充、短路、振動、擠壓等),鋰離子電池可能會引起火災、爆炸甚至人身傷害。因此,鋰離子電池的安全問題成為其發(fā)展的瓶頸。
目前,許多國家或檢測機構都在研究新的鋰電池安全技術,制定更加科學完善的標準。例如便攜式設備鋰電池適用的測試標準有:IEC62133、UL1642、JIS C8714、IFEE1625、UN38.3等。
鎳系IEC62133-1標準將理系電池測試從標準中分離出來,編成新的標準: IEC62133-2;將紐扣電池納入標準范圍 (此前舊版本均不包含紐扣電池)。
IEC 62133-1:2017便攜式電子產品用的含堿性或非酸性電解液的單體蓄電池和電池組——第一部分 鎳體系:
章節(jié) 1 范圍,納入紐扣電池要求;
章節(jié) 3 名詞定義,增加包括參考測試電流,各種電池類型;
章節(jié) 7.3.5 熱濫用測試,達到最高溫度維持時間由原來的10分鐘延長到30分鐘;
章節(jié) 7.3.6 擠壓測試,力度范圍要求更精準,刪除形變量作為測試終止條件。
一、IEC 62133-1測試項目:
IEC62133:2002年和2012年對鋰離子電池檢測的檢測項目,無論是檢測項目還是檢測對象,都進行了多次調整和變更。測試項目方面,2012版刪除了2002版中單體電池在振動、機械沖擊、溫度循環(huán)、低氣壓、高倍率充電等過程中保護功能相關的測試項目,新增兩項:運輸測試和強制內部短路測試。
IEC62281中的運輸測試包括低氣壓、溫度循環(huán)、振動、沖擊、外部短路、沖擊和擠壓測試項目。雖然測試項目中存在相同的測試名稱,但實際的測試操作卻大相徑庭。例如外部短路測試內容對線路電阻值的要求,
就測試對象而言,IEC62,133:2002標準中的振動、沖擊和溫度循環(huán)測試項目適用于電芯和電池組的測試;而2012年標準中的運輸測試只側重于電芯的測試,也強調了電芯在運輸過程中的安全性評價。對于過充測試,新標準只關注電池組的過充安全性。
二.標準差異分析
2.1 相同測試項目對比
除了與2002年版相同的充電程序,即在(20±5)℃的環(huán)境溫度下,按制造商聲明的方法進行充電。2012版還規(guī)定了新的合理可預見濫用(電芯和電池組外部短路)、熱濫用、擠壓和強制內部短路測試的充電程序,即充電預處理(目前用于鋰電池)在上限測試溫度45℃,下限測試溫度10℃,上限充電電壓4.25V/cell,最大充電電流由制造商規(guī)定。
如果采用新的上限充電電壓和上下限測試溫度,還需要進行一定的測試,以滿足相關測試的驗收標準,確保電池的安全性。具體測試內容:基于正極材料的結構穩(wěn)定性、電解液的結構穩(wěn)定性等材料特性,需要保證充電電池在新上限測試溫度下的安全性,新上限增加5C測試溫度應用IEC62133:2012中8.1.2的充電條件,滿足測試要求;基于負極材料的鋰離子吸收率和電解液的鋰離子遷移率(對應于溫度),
(1) 過充電
過充測試是模擬充電器電壓檢測錯誤、充電器故障或使用錯誤充電器時電池的安全隱患。一般鋰電池電芯的過充測試是一個很難通過的測試項目,10V充電電壓的要求過于嚴格。事實上,大多數電池都帶有PCB保護板和限壓保護電路,可以有效防止電芯過充。2012版標準中去掉了電芯的過充測試,設計了電池組的過充測試。即對完全放電的電池組進行2.0l(IA=C Ah/1h)恒流充電,電壓不得超過推薦的最大充電電壓或5.0V/cell,
(2)外部短路
IEC62133:2002標準中的外部短路測試包括(20±5)℃和(55±5)℃兩種溫度下的短路。外電路電阻不得超過100mΩ。單體電池或電池組應測試24小時或直至外殼溫度從最高溫度下降20%,以較短者為準。
不過,2012年的標準發(fā)生了很大的變化:首先,電芯或電池組采用了新的充電程序;其次,外電路的阻值要更具體,即(80±20)mΩ;最后,將電芯和電池測試的環(huán)境溫度分開,即電芯測試在(20±5)℃下進行,電池測試在(55±5)℃下進行??梢姡姵爻潆姺绞降母淖?,提升了鋰電池安全測試水平。同時,電阻值的限制對測試設備也更加嚴格。
商通檢測還提供電池的相關測試認證服務:
運輸和電池運輸的 UN 38.3 測試:
1.熱測試
2.高空模擬
3.沖擊試驗
4.影響
5.耐振性
6.外部短路
7.過充
8.強制放電
根據 IEC 62133-1 安全要求對用于便攜式應用的便攜式密封二次電池(以及由其制成的電池)進行的測試 – 第 1 部分:鎳系統(tǒng)
根據 IEC 62133-2 安全要求對用于便攜式應用的便攜式密封二次電池(以及由其制成的電池)進行的測試 – 第 2 部分:鋰系統(tǒng)
IEC 60086 原電池測試
根據 IEC 62619 對工業(yè)用電池進行測試
UL 1642 鋰電池測試
IEC 61960-3棱柱形和圓柱形鋰二次電池和由其制成的電池的測試
根據客戶具體要求進行測試
CB 認證(例如根據 IEC 62133)