锂离子电池具有比能量高、电压高、循环寿命长、自放电小等优点。
已成为移动通讯、笔记本电脑、电动工具等便携式电子产品的主要电源之一。
但在误用条件下(如发热、过充、短路、振动、挤压等),锂离子电池可能会引起火灾、爆炸甚至人身伤害。
因此,锂离子电池的安全问题成为其发展的瓶颈。
目前,许多国家或检测机构都在研究新的锂电池安全技术,制定更加科学完善的标准。
例如便携式设备锂电池适用的测试标准有:IEC62133、UL1642、JIS C8714、IFEE1625、UN38.3等。
镍系IEC62133-1标准将理系电池测试从标准中分离出来,编成新的标准: IEC62133-2;将纽扣电池纳入标准范围 (此前旧版本均不包含纽扣电池)。
IEC 62133-1:2017便携式电子产品用的含碱性或非酸性电解液的单体蓄电池和电池组——第一部分 镍体系:章节 1 范围,纳入纽扣电池要求;章节 3 名词定义,增加包括参考测试电流,各种电池类型;章节 7.3.5 热滥用测试,达到*高温度维持时间由原来的10分钟延长到30分钟;章节 7.3.6 挤压测试,力度范围要求更精准,删除形变量作为测试终止条件。
一、IEC 62133-1测试项目: IEC62133:2002年和2012年对锂离子电池检测的检测项目,无论是检测项目还是检测对象,都进行了多次调整和变更。
测试项目方面,2012版删除了2002版中单体电池在振动、机械冲击、温度循环、低气压、高倍率充电等过程中保护功能相关的测试项目,新增两项:运输测试和强制内部短路测试。
IEC62281中的运输测试包括低气压、温度循环、振动、冲击、外部短路、冲击和挤压测试项目。
虽然测试项目中存在相同的测试名称,但实际的测试操作却大相径庭。
例如外部短路测试内容对线路电阻值的要求, 就测试对象而言,IEC62,133:2002标准中的振动、冲击和温度循环测试项目适用于电芯和电池组的测试;而2012年标准中的运输测试只侧重于电芯的测试,也强调了电芯在运输过程中的安全性评价。
对于过充测试,新标准只关注电池组的过充安全性。
二.标准差异分析2.1 相同测试项目对比 除了与2002年版相同的充电程序,即在(20±5)℃的环境温度下,按制造商声明的方法进行充电。
2012版还规定了新的合理可预见滥用(电芯和电池组外部短路)、热滥用、挤压和强制内部短路测试的充电程序,即充电预处理(目前用于锂电池)在上限测试温度45℃,下限测试温度10℃,上限充电电压4.25V/cell,*大充电电流由制造商规定。
如果采用新的上限充电电压和上下限测试温度,还需要进行一定的测试,以满足相关测试的验收标准,确保电池的安全性。
具体测试内容:基于正极材料的结构稳定性、电解液的结构稳定性等材料特性,需要保证充电电池在新上限测试温度下的安全性,新上限增加5C测试温度应用IEC62133:2012中8.1.2的充电条件,满足测试要求;基于负极材料的锂离子吸收率和电解液的锂离子迁移率(对应于温度),(1) 过充电 过充测试是模拟充电器电压检测错误、充电器故障或使用错误充电器时电池的安全隐患。
一般锂电池电芯的过充测试是一个很难通过的测试项目,10V充电电压的要求过于严格。
事实上,大多数电池都带有PCB保护板和限压保护电路,可以有效防止电芯过充。
2012版标准中去掉了电芯的过充测试,设计了电池组的过充测试。
即对完全放电的电池组进行2.0l(IA=C Ah/1h)恒流充电,电压不得超过推荐的*大充电电压或5.0V/cell,(2)外部短路 IEC62133:2002标准中的外部短路测试包括(20±5)℃和(55±5)℃两种温度下的短路。
外电路电阻不得超过100mΩ。
单体电池或电池组应测试24小时或直至外壳温度从*高温度下降20%,以较短者为准。
不过,2012年的标准发生了很大的变化:首先,电芯或电池组采用了新的充电程序;其次,外电路的阻值要更具体,即(80±20)mΩ;*后,将电芯和电池测试的环境温度分开,即电芯测试在(20±5)℃下进行,电池测试在(55±5)℃下进行。
可见,电池充电方式的改变,提升了锂电池安全测试水平。
同时,电阻值的限制对测试设备也更加严格。
商通检测还提供电池的相关测试认证服务:运输和电池运输的 UN 38.3 测试:1.热测试2.高空模拟3.冲击试验4.影响5.耐振性6.外部短路7.过充8.强制放电根据 IEC 62133-1 安全要求对用于便携式应用的便携式密封二次电池(以及由其制成的电池)进行的测试 – 第 1 部分:镍系统根据 IEC 62133-2 安全要求对用于便携式应用的便携式密封二次电池(以及由其制成的电池)进行的测试 – 第 2 部分:锂系统IEC 60086 原电池测试根据 IEC 62619 对工业用电池进行测试UL 1642 锂电池测试IEC 61960-3棱柱形和圆柱形锂二次电池和由其制成的电池的测试根据客户具体要求进行测试CB 认证(例如根据 IEC 62133)