鋰離子電池具有比能量高、電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小等優(yōu)點(diǎn)。
已成為移動(dòng)通訊、筆記本電腦、電動(dòng)工具等便攜式電子產(chǎn)品的主要電源之一。
但在誤用條件下(如發(fā)熱、過(guò)充、短路、振動(dòng)、擠壓等),鋰離子電池可能會(huì)引起火災(zāi)、爆炸甚至人身傷害。
因此,鋰離子電池的安全問(wèn)題成為其發(fā)展的瓶頸。
目前,許多國(guó)家或檢測(cè)機(jī)構(gòu)都在研究新的鋰電池安全技術(shù),制定更加科學(xué)完善的標(biāo)準(zhǔn)。
例如便攜式設(shè)備鋰電池適用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有:IEC62133、UL1642、JIS C8714、IFEE1625、UN38.3等。
鎳系IEC62133-1標(biāo)準(zhǔn)將理系電池測(cè)試從標(biāo)準(zhǔn)中分離出來(lái),編成新的標(biāo)準(zhǔn): IEC62133-2;將紐扣電池納入標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(cè)試電流,各種電池類(lèi)型;章節(jié) 7.3.5 熱濫用測(cè)試,達(dá)到*高溫度維持時(shí)間由原來(lái)的10分鐘延長(zhǎng)到30分鐘;章節(jié) 7.3.6 擠壓測(cè)試,力度范圍要求更精準(zhǔn),刪除形變量作為測(cè)試終止條件。
一、IEC 62133-1測(cè)試項(xiàng)目: IEC62133:2002年和2012年對(duì)鋰離子電池檢測(cè)的檢測(cè)項(xiàng)目,無(wú)論是檢測(cè)項(xiàng)目還是檢測(cè)對(duì)象,都進(jìn)行了多次調(diào)整和變更。
測(cè)試項(xiàng)目方面,2012版刪除了2002版中單體電池在振動(dòng)、機(jī)械沖擊、溫度循環(huán)、低氣壓、高倍率充電等過(guò)程中保護(hù)功能相關(guān)的測(cè)試項(xiàng)目,新增兩項(xiàng):運(yùn)輸測(cè)試和強(qiáng)制內(nèi)部短路測(cè)試。
IEC62281中的運(yùn)輸測(cè)試包括低氣壓、溫度循環(huán)、振動(dòng)、沖擊、外部短路、沖擊和擠壓測(cè)試項(xiàng)目。
雖然測(cè)試項(xiàng)目中存在相同的測(cè)試名稱(chēng),但實(shí)際的測(cè)試操作卻大相徑庭。
例如外部短路測(cè)試內(nèi)容對(duì)線路電阻值的要求, 就測(cè)試對(duì)象而言,IEC62,133:2002標(biāo)準(zhǔn)中的振動(dòng)、沖擊和溫度循環(huán)測(cè)試項(xiàng)目適用于電芯和電池組的測(cè)試;而2012年標(biāo)準(zhǔn)中的運(yùn)輸測(cè)試只側(cè)重于電芯的測(cè)試,也強(qiáng)調(diào)了電芯在運(yùn)輸過(guò)程中的安全性評(píng)價(jià)。
對(duì)于過(guò)充測(cè)試,新標(biāo)準(zhǔn)只關(guān)注電池組的過(guò)充安全性。
二.標(biāo)準(zhǔn)差異分析2.1 相同測(cè)試項(xiàng)目對(duì)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(jìn)行充電。
2012版還規(guī)定了新的合理可預(yù)見(jiàn)濫用(電芯和電池組外部短路)、熱濫用、擠壓和強(qiáng)制內(nèi)部短路測(cè)試的充電程序,即充電預(yù)處理(目前用于鋰電池)在上限測(cè)試溫度45℃,下限測(cè)試溫度10℃,上限充電電壓4.25V/cell,*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(cè)試溫度,還需要進(jìn)行一定的測(cè)試,以滿足相關(guān)測(cè)試的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),確保電池的安全性。
具體測(cè)試內(nèi)容:基于正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電解液的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等材料特性,需要保證充電電池在新上限測(cè)試溫度下的安全性,新上限增加5C測(cè)試溫度應(yīng)用IEC62133:2012中8.1.2的充電條件,滿足測(cè)試要求;基于負(fù)極材料的鋰離子吸收率和電解液的鋰離子遷移率(對(duì)應(yīng)于溫度),(1) 過(guò)充電 過(guò)充測(cè)試是模擬充電器電壓檢測(cè)錯(cuò)誤、充電器故障或使用錯(cuò)誤充電器時(shí)電池的安全隱患。
一般鋰電池電芯的過(guò)充測(cè)試是一個(gè)很難通過(guò)的測(cè)試項(xiàng)目,10V充電電壓的要求過(guò)于嚴(yán)格。
事實(shí)上,大多數(shù)電池都帶有PCB保護(hù)板和限壓保護(hù)電路,可以有效防止電芯過(guò)充。
2012版標(biāo)準(zhǔn)中去掉了電芯的過(guò)充測(cè)試,設(shè)計(jì)了電池組的過(guò)充測(cè)試。
即對(duì)完全放電的電池組進(jìn)行2.0l(IA=C Ah/1h)恒流充電,電壓不得超過(guò)推薦的*大充電電壓或5.0V/cell,(2)外部短路 IEC62133:2002標(biāo)準(zhǔn)中的外部短路測(cè)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(guò)100mΩ。
單體電池或電池組應(yīng)測(cè)試24小時(shí)或直至外殼溫度從*高溫度下降20%,以較短者為準(zhǔn)。
不過(guò),2012年的標(biāo)準(zhǔn)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;*后,將電芯和電池測(cè)試的環(huán)境溫度分開(kāi),即電芯測(cè)試在(20±5)℃下進(jìn)行,電池測(cè)試在(55±5)℃下進(jìn)行。
可見(jiàn),電池充電方式的改變,提升了鋰電池安全測(cè)試水平。
同時(shí),電阻值的限制對(duì)測(cè)試設(shè)備也更加嚴(yán)格。
商通檢測(cè)還提供電池的相關(guān)測(cè)試認(rèn)證服務(wù):運(yùn)輸和電池運(yùn)輸?shù)?UN 38.3 測(cè)試:1.熱測(cè)試2.高空模擬3.沖擊試驗(yàn)4.影響5.耐振性6.外部短路7.過(guò)充8.強(qiáng)制放電根據(jù) IEC 62133-1 安全要求對(duì)用于便攜式應(yīng)用的便攜式密封二次電池(以及由其制成的電池)進(jìn)行的測(cè)試 – 第 1 部分:鎳系統(tǒng)根據(jù) IEC 62133-2 安全要求對(duì)用于便攜式應(yīng)用的便攜式密封二次電池(以及由其制成的電池)進(jìn)行的測(cè)試 – 第 2 部分:鋰系統(tǒng)IEC 60086 原電池測(cè)試根據(jù) IEC 62619 對(duì)工業(yè)用電池進(jìn)行測(cè)試UL 1642 鋰電池測(cè)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(cè)試根據(jù)客戶具體要求進(jìn)行測(cè)試CB 認(rèn)證(例如根據(jù) IEC 62133)