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(diǎn)。已成為移動通訊、筆記本電腦、電動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、過充、短路、振動、擠壓等),鋰離子電池可能會引起火災(zāi)、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(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)將理系電池測試從標(biāo)準(zhǔn)中分離出來,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,增加包括參考測試電流,各種電池類型;
章節(jié) 7.3.5 熱濫用測試,達(dá)到最高溫度維持時(shí)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(zhǔn),刪除形變量作為測試終止條件。
一、IEC 62133-1測試項(xiàng)目:
IEC62133:2002年和2012年對鋰離子電池檢測的檢測項(xiàng)目,無論是檢測項(xiàng)目還是檢測對象,都進(jìn)行了多次調(diào)整和變更。測試項(xiàng)目方面,2012版刪除了2002版中單體電池在振動、機(jī)械沖擊、溫度循環(huán)、低氣壓、高倍率充電等過程中保護(hù)功能相關(guān)的測試項(xiàng)目,新增兩項(xiàng):運(yùn)輸測試和強(qiáng)制內(nèi)部短路測試。
IEC62281中的運(yùn)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(xiàng)目。雖然測試項(xiàng)目中存在相同的測試名稱,但實(shí)際的測試操作卻大相徑庭。例如外部短路測試內(nèi)容對線路電阻值的要求,
就測試對象而言,IEC62,133:2002標(biāo)準(zhǔn)中的振動、沖擊和溫度循環(huán)測試項(xiàng)目適用于電芯和電池組的測試;而2012年標(biāo)準(zhǔn)中的運(yùn)輸測試只側(cè)重于電芯的測試,也強(qiáng)調(diào)了電芯在運(yùn)輸過程中的安全性評價(jià)。對于過充測試,新標(biāo)準(zhǔn)只關(guān)注電池組的過充安全性。
二.標(biāo)準(zhǔn)差異分析
2.1 相同測試項(xiàng)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(jìn)行充電。2012版還規(guī)定了新的合理可預(yù)見濫用(電芯和電池組外部短路)、熱濫用、擠壓和強(qiáng)制內(nèi)部短路測試的充電程序,即充電預(yù)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(jìn)行一定的測試,以滿足相關(guān)測試的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),確保電池的安全性。具體測試內(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試溫度下的安全性,新上限增加5C測試溫度應(yīng)用IEC62133:2012中8.1.2的充電條件,滿足測試要求;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(對應(yīng)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(shí)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(xiàng)目,10V充電電壓的要求過于嚴(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充。2012版標(biāo)準(zhǔn)中去掉了電芯的過充測試,設(shè)計(jì)了電池組的過充測試。即對完全放電的電池組進(jìn)行2.0l(IA=C Ah/1h)恒流充電,電壓不得超過推薦的最大充電電壓或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(yīng)測試24小時(shí)或直至外殼溫度從最高溫度下降20%,以較短者為準(zhǔn)。
不過,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;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(jìn)行,電池測試在(55±5)℃下進(jìn)行??梢?,電池充電方式的改變,提升了鋰電池安全測試水平。同時(shí),電阻值的限制對測試設(shè)備也更加嚴(yán)格。
商通檢測還提供電池的相關(guān)測試認(rèn)證服務(wù):
運(yùn)輸和電池運(yùn)輸?shù)?UN 38.3 測試:
1.熱測試
2.高空模擬
3.沖擊試驗(yàn)
4.影響
5.耐振性
6.外部短路
7.過充
8.強(qiáng)制放電
根據(jù) IEC 62133-1 安全要求對用于便攜式應(yīng)用的便攜式密封二次電池(以及由其制成的電池)進(jìn)行的測試 – 第 1 部分:鎳系統(tǒng)
根據(jù) IEC 62133-2 安全要求對用于便攜式應(yīng)用的便攜式密封二次電池(以及由其制成的電池)進(jìn)行的測試 – 第 2 部分:鋰系統(tǒng)
IEC 60086 原電池測試
根據(jù) IEC 62619 對工業(yè)用電池進(jìn)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(jù)客戶具體要求進(jìn)行測試
CB 認(rèn)證(例如根據(jù) IEC 62133)