锂电池安全测试项目有哪些？

更新时间：2024-11-09 07:10:00

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详细介绍

锂离子电池具有高比能量、高比功率、高电压平台、自放电小、循环寿命长、环境污染小、无记忆效应等优点。已广泛应用于手机、电脑、电动汽车、军事、航天技术等相关领域。然而，锂离子电池在为人类带来福祉的同时，也带来了一些安全隐患。例如，锂离子电池在滥用条件下（如过充、过放、短路、挤压、针刺、高温等）可能会引起火灾、爆炸等危害。

近年来，涉及锂离子电池安全的事故不断发生，对人们的人身和财产安全构成极大威胁。锂电池的安全性能仍然是亟待解决的问题。从锂电池本身来看，它本身就是能量的载体，存在不安全因素。容量生产工艺不同，使用方式是否规范，都会极大地影响电池的安全性能。

锂电池

目前国内外对正负极材料、电解液、隔膜等因素对锂电池安全性能的影响研究较多，但对电芯结构和电池壳材料的影响研究较少关于锂电池的安全性能。本文深入研究了电芯结构和电池壳材料对锂电池安全性能的影响。

实验使用的三种电池分别为18650型钢壳电池、卷绕式软包电池和叠片式软包电池，容量均为2Ah。区别在于电芯结构和封装外壳材料结构分为卷绕式和叠层式。钢壳电池和卷绕软电池的电芯为卷绕结构，叠片软电池的电芯为叠片结构。材质有铝塑复合膜和镀镍钢板。

安全性能测试：

本研究采用外部短路、针刺和过充三项测试来表征电池的安全性能。以上三项安全测试均按照进行。在室温条件下，用钉刺试验箱进行钉刺试验。过充性能用测试柜测试。

外部短路测试：

测试结果表明，叠层软包电池、卷绕软包电池和18650钢壳电池在发生外部短路时，温度在短时间内迅速升高，高温度分别为64、82和102℃。由于干式隔膜的保护，虽然电池对外短路，但电池的两极还是会提前显示出一定的电压。当电池电压升至零时，三种电池的表面温度分别达到各自的高温度。当短路电流降至零时，电池放电停止，电池表面温度逐渐下降至室温。三种电池短路后无起火、爆炸现象。

钢壳电池安全阀打开，有漏液现象。其他两种电池未发现明显现象。出现上述现象的原因是在铜线接通的瞬间，电池正负极通过铜线形成闭合电路，电压迅速下降，电流瞬间增大，短路电流可以达到60A以上。大电流通过电池内阻和热量积累产生的热量。电池表面温度迅速升高。

从短路实验可以看出，三种电池的温升是不同的。钢壳电池的大温升小。除了以火灾、爆炸等极端条件作为判断标准外，月池表面温度变化也是实验结果的直观数据，可以表征短路试验的优劣。电池温度越高，其安全性能越差。以上结果表明，三种生产工艺的电池安全性从高到低分别为叠层软包电池、卷绕软包电池和18650钢壳电池。

钉刺试验：

从测试中可以看出，卷绕软包电池和18650钢壳电池在短时间内温度分别上升到190℃和239℃，钢壳电池着火燃烧；卷绕的柔性电池冒出大量烟雾，但没有起火。然后电池的表面温度逐渐降低。然而，叠层软电池不冒烟、不燃烧，高温度仅为82℃。

上述反应的机理是电池被击穿后，钢针与电池正负极片形成闭合回路，瞬间发生内部短路。电池两端的电压迅速下降到零，电流急剧增加，产生巨大的热量。表面温度迅速升高，导致隔膜熔化短路面积进一步扩大，形成恶性循环。

卷绕软包电池与18650钢壳电池结果的区别在于封装外壳材料不同。前者采用铝塑膜包装，后者采用镀镍钢板包装。之所以前者的爆破压力远低于后者，是因为软包锂离子电池的铝塑复合膜具有一定的延展性，机械强度较低。在内部短路的情况下，电池容易鼓胀和耗尽，降低爆炸风险。钢壳电池为封闭式结构，一旦发生爆炸会产生巨大的爆炸威力。

卷绕式柔性电池与层压式柔性电池结果的不同在于其电芯结构的不同。卷绕电池由一片正极片、一片负极片和两片隔膜组成，由绕线机绕制而成，内阻约为50mΩ。叠层柔性电池的电芯由正负极板和隔膜交替堆叠而成，隔膜呈Z字形。叠片电池相当于多个电池并联，内阻约为10mΩ。

另外，由于绕线式电芯的穿刺层数比叠片式电芯多，短路的接触面积更大，产生的热量也更多。因此，卷绕式柔性电池的表面温度比叠片式柔性电池高108℃。，叠层软电池的安全性能高。

结论：

研究结果表明，18650型钢壳电池在针刺实验中存在严重的打火燃烧现象。在3C、5V过充测试中，卷绕式软包电池有鼓包和打火燃烧现象，而叠层软包只有鼓包现象。钢壳电池由于自身安全阀的保护，没有明显的安全隐患。因此，电芯结构和电池壳材料是影响锂离子电池安全性能的重要因素。

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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