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锂离子电池设计技术标准及检测应用
3.5 锂离子电池设计及性能检测技术 锂离子电池和 其他二次电池一样是有正极活性物质，隔膜，电解液，电池壳等组成，设计时的基本思路和 其他二次电池有许多相似之处，因此，本章在介绍化学电源设计的同时讨论锂离子电池的设计和性能检测技 术。 3.5.1 电池设计基础 ⑴电池设计的基本原则 电池设计，就是根据仪器设备的要求，为设备提供工作电源或动力电源。因此，电池设计首先必须根据 用电器的需要及电池的特性，确定电池的电极，电解液（电解质） 。隔膜，外壳以及其他部件的参数，并对 工艺参数进行优化，并将它们组成有一定规格和指标（如电压，容量，体积和重量等）的电池或电池组。电 池设计是否合理，关系到电池的使用性能，必须尽可能使其达到设计最优化。 ⑵电池的设计要求 电池设计时，必须了解用电器具对电池性能指标及电池使用条件，一般应考虑以下几个方面。 1 电池的工作电压 2 电池的工作电流，即正常放电电流和峰值电流； 3 电池工作时间，包括连续放电时间，使用期限或循环寿命； 4 电池工作环境，包括电池工作环境及环境温度，如锂离子电池用作卫星电源时，卫星在不同的运行 轨道，其环境温度相差很大。 5 电池的最大允许体积，特别时随着电子产品的小型化和轻量化，允许电池存在的空间将越来越有限。 锂离子电池由于其具有优良的性能，适用范围越来越广，有时要应用于一些特殊场合，因而还有一些 特殊要求，如耐冲击，振动，加速度及低温，低气压等。 ⑶评价电池性能的主要目标 电池性能一般通过以下几个方面来评价。 1 容量。 电池容量是指在一定放电条件下， 可以从电池获得的电量， 即电流对时间的积分， 一般用 mA.h 或 A.h 来表示，它直接影响到电池的最大工作电流和工作时间。 2 放电特性和内阻。电池的放电特性是指电池在一定的放电制度下，其工作电压的平稳性，电压平台 的高低以及大电流放电性能等，它表明电池代负载的能力。电池内阻包括欧姆电阻核电化学电阻， 大电流放电时，内阻对放电特性的影响尤为明显。 3 工作温度范围。用电器具的工作环境和使用条件要求电池在特定的温度范围内有良好的性能。 4 贮存性能。电池贮存一段时间后，会因某些因素的影响使性能发生变化，导致电池自放电，电解液 泄漏，电池短路等。 5 循环寿命（二次放电） 。循环寿命是指二次电池按照一定的制度进行充放电，其性能衰减到某一程度 时的循环次数。 6 内压和耐过充电性能（二次电池） 。对于密封的锂离子电池，大电流充电过程中电池内压能否达到平 衡，平衡压力的高低，电池乃大电流过充性能等都是衡量电池性能优劣的重要指标，如果电池内部 压力达不到平衡或平衡压力过高，就会使电池限压装置开启而引起电池泄气或漏液，从而很快导致 电池失效。如果限压装置失败，则有可能会引起电池壳体开裂或爆炸。 ⑷决定电池特性的主要因素 1 电池活性物质的选择 电池活性物质的类型决定了电极的理论容量和电极的平衡单位，从而决定了电池的容量和电动势。电 极活性物质的化学当量越小，它的电化当量也越小，其理论比容量就越大。 通常选择活性物质时理论比容量越大越好。物质的理论比容量不但与物质的原子量有关，而且与物 质反应时的得失电子数有关。例如，元素周期表第三周期元素 Na,Mg,Al 三种元素，它们的原子量分别 为 22.99， 24.32， 26.98， 参加电极反应时得失电子数分别为 1， 3， 2， 因而化学当量分别为 22.99/1=22.99； -1 -1 24.32/2=12.6； 26.98/3=8.99 电化当量分别为 22.99/26.8=0.857g.(A.h) ;12.16/26.8=0.454g.(A.h) 。 显然，Al 的电化当量最小理论比容量最高。 不同的物质其理论比容量相差很大。 因此在设计电池时， 宜选择电池理论比容量大的电极活性物质。23电池的电动势是电池体系理论上能给出最大能量的量度之一。所以在设计电池时，还应注意选择正 极物质的平衡电位越正，选择负极物质的平衡电位越负，则电池的电动势越高。 电极活性物质除了要有较高的理论比容量，正极活性物质有较正的平衡电位，负极活性物质有较负 的平衡电位外，还要有合适的晶态，密度，粒度，表面状态等，还要求有良好的稳定性，与电池内无组 分不发生作用。 -1 例如锂离子电池，用金属锂作负极活性物质，其理论比容量为 3.8625A.h.g ，大大高于锂嵌入式化 -1 合物（LiC6）的最大比容量 372Ma.h.g ,但金属佐夫记的电池，充电时在负极上有金属锂沉积，而沉积 的金属锂容易产生锂枝晶，将电隔膜刺破，引起电池内部短路而发生安全事故，所以尽管早期的锂二次 电池用金属锂作负极，但锂离子电池真正大规模商业化生产时 1990 开始的，当时日本 Sony 公司研究成 功锂离子能够自由嵌入/脱嵌的碳材料作电池负极。目前，用于锂离子电池的负极碳材料主要有石墨（包 括天然石墨和人工石墨）石油焦炭，聚合物的热解物，裂解碳，交谈，碳微球等，各种碳材料及不同来 源的碳材料具有不同颗粒形状与结构， 使材料的性能相差很大， 因此在选用何种碳材料作为负极材料时， 应根据各自的工艺条件，其他材料的匹配等情况而定。 目前，锂离子电池基本上都是用 LiCoO2,LiNiO2 和 LiMn2O4 等过渡金属的氧化物作正极活性物质，从 表 7-5 可见 LiCoO2,LiNiO2 和 LiMn2O4 的性能，特别是组装成电池后的性能相差较大，尽管各种材料的研 究工作都在不断完善过程中，但在选择活性物质时要进行综合考虑。 电解液 电解液是电池的主要组成之一，电解液的性质直接决定了电池的性质。因此，在进行电池设计时， 应根据电池及电极活性物质的性质选择合适的电解液，一般说来应注意电解液的稳定性，活性物质是否 与电解液相互作用，电解液的比电导，导电盐机电解液的状态。 因为电解液需要长期保存于电池中， 所以要有良好的稳定性；电池开路时， 电解质不发生任何反应； 电解液的电导率直接影响电池的内阻，一般应选择电导率较高者，但应该注意电池的使用条件，如在低 温下工作，还应考虑电解液的冰点等。 电解液的分解电压业是一个非常重要的指标。对于电池电压较高的系统，通常选用有机溶液作电解 液。 在进行锂离子电池电解液的设计时，一些过渡金属氧化物千分厘的电位高达 4~4.5V（VS.Li+/Li）,因 此要求选择分解电压大于 4.5V 的溶剂，如 EC+DMC/DEC 或 PC+DMC/DEC,但对于不同的石墨材料， 也 应采用相应的溶剂或对溶剂的配比进行调整。例如 EC 经常被用于石墨作负极材料的锂离子电池中，而 PC 在石墨电极商在起始的锂离子嵌入过程中容易形成钝化膜而发生电化学分解。 但是用 PC 作溶剂的锂 离子电池低温性能明显优于用 EC 的电池。 PC 做溶剂的锂离子电池通过调整 PC 和 DEC 或 DMC 的比例也可抑制钝化膜的形成。已经发现在 1mol.L-1LiPF6/PC-DEC(1:1)和 PC-MEC(1:1)的电解液中， 在 0.7~0.8V(VS.Li+/Li)发生一电子的分解反应。 PC -1 但是 1mol.L LiPF6/PC-DEC(1:4),PC-DMC(1:4)和 PC-MEC(1:4)中，所有 PC 分子都形成 Li(PC)+,没有游离 的 PC 分子存在，因此，PC 的分解反应能得到有效抑制。 在锂离子电池种导电盐的选择液时决定电解液性能的一个重要因素。目前锂离子电池电解液中常用 盐由 LiClO4，LiPF6，和 LiAlCl4 等，已经发现它们的电化学稳定行为 LiClO4&LiAsF6,LiPF6,LiBF4&LiCF3SO2&LiAlCl4 聚合物锂离子电池，实际上是固态电极质锂离子电池。近 20 年来，离子传导性较高的高分子材料 倍受关注。1973 年首次发现聚氧乙烯（PEO）遇碱金属炎配位具有离子导电性。1978 年又发现 PEO/碱金 属盐配合物作为带有碱金属电极的新型可充电池的离子导体，这一发现是的高分子固体电解质成为高分 子研究领域 20 年来非常引人注目的热门课题。高分子固体电解质的特点是具有比较高地离子导电性， 较款电位的同时，还具有易薄变形，柔软，质轻，有弹性，透明等优点，是具有离子传导性的无机玻璃 类固态电解质，目前已广泛应用于聚合物锂离子电池中。 隔膜的选择 化学电源对隔膜的基本要求时有足够的化学稳定性和电化学稳定性，有一定的耐湿性，耐腐蚀 性，并具有足够的隔离性和电子绝缘性，能保证正负级的机械隔离合阻止活性物质的迁移，并具有足够的吸液保湿能力和离子导电性，保证正负级间良好的离子导电作用。此外，还要求有良好的头 其性能，足够的机械强度和防震能力。 隔膜的好坏直接影响电池的内阻，放电特性，贮存性能，循环寿命，内压等。选择合适的隔膜 对电池非常重要。 锂离子电池中经常用的隔膜邮聚丙烯和聚乙烯微孔膜， Celgard 系列隔膜在锂离子电池中也获得 了应用。 4 电池的结构 常见的电池按开口方式分为密封型电池和开口型电池，按形状分为圆柱形电池，方形电池和扣 式电池等，同时还可根据不同的用途设计特殊的电池，但电池的尺寸直接影响电池的性能。特别是随着 电子产品的薄型化和轻量化，根据用电器具的需要和空间合理的设计电池形状也是非常重要的。 对于锂离子电池，无论是方形，还是圆柱形或扣式电池，都是密封型电池，电池的尺寸直接影 响电池的性能。 5 电池级片生产工艺 电极的制造方法有粉末压成法，涂膏法，烧结法和沉积法。不同的制造方法各有其特点，压成 法设备简单，操作方便，较为经济，一般电池系列均可采用；涂膏法应用也较为普遍，多用于二次电池； 烧结法制备得电极寿命长，大电流放电性能好，也多用于二次电池，尤其是动力电池；电沉积法制备的 电极孔率高，比表面面积大，活性高，适用于大功率，快速激活的电池。 锂离子电池的电极采用涂布，辊压的方法制造。负极碳材料与粘结剂等搅拌均匀呈糊状，用专 用徒步设备往铜箔上涂布，再经干燥，辊压而成；正极活性物质与粘结剂，导电剂等搅拌均匀呈糊状， 用专用涂布设备往铝箔上涂布，经干燥，辊压而成。 6 电池的装配 电池的结构设计，同样需要根据电池的使用条件，结合电池系列的特性来进行。合理的电池结构，有利 于发挥电池的最佳性能。为了保证电池的安全性，除了在 工艺上采取必要的措施（如两极物质的配比，良 好的密封方式，设置安全阀）外，还应注意电池的使用条件，尤其是电池的工作温度于贮存温度对电池性能 及寿命的影响。 密封型电池是再正，负极中间用隔膜隔开后卷成电芯装入电池壳中，因此，电芯的松紧程度对电池性能 影响很大。松紧度也称电池的装配比，松紧度过大不利于加工装配，且极板，隔膜润湿较困难，放电电压低， 容量低；松紧度过小，不仅降低了比容量，还会使极板过度膨胀，影响电池寿命。因此松紧度一般控制在 80%~90%。 3.5.2 电池设计的基本步骤 电池设计主要包括参数计算和工艺制定，具体步骤如下： ⑴确定组合电池中单体电池数目，单体电池工作电压于工作电流密度 1 单体电池数目 电池组工作电压 单体电池数目= ―――――――――― 单体电池工作电压 2 确定单体电池工作电压于工作电流密度。 根据选定系列电池的伏安曲线，确定单电池的工作电压于工作电流密度，同时应考虑 工艺的影响，如电极结构形式的影响等。 ⑵计算电极总面积和电极数目 1 根据要求的工作电流和选定的工作电流密度，计算电极总面积（以控制电极为准） 工作电流（mA） 电极总面积= ――――――――――――工作电流密度（mA.cm-2） 2 根据要求的电池外形最大尺寸，选择合适的电极尺寸，计算电极数目。 电极总面积 电极数目= ―――――――――― 极板总面积 ⑶计算电池容量1 2额定容量额定容量（A .h）= 工作电流×工作时间 设计容量 为了保证电池的可靠性和寿命，一般设计容量应大于额定容量的 10%~20%。 设计容量（A.h）= (1.1~1.2)额定容量 ⑷计算电池正、负极活性物质的用量 1 计算控制电极的活性物质用量 根据控制电极的活性物质的电化当量、设计容量及活性物质利用率来计算单体电池中 控制电极的物质用量。 设计容量×电化当量 控制电极的活性物质用量= ―――――――――― 活性物质利用率 2 计算非控制电极的活性物质用量 单体电池中非控制电极活性物质的用量，应根据控制电极活性物质的用量来定，为了保证电池有较好的 性能，一般应过量，通常取过剩系数为 1~2 之间。锂离子电池通常采用负极碳材料过剩，过剩系数取 1.1。 ⑸计算正、负极的平均厚度 1 计算每片电极物质用量 单体电池正负极物质用量 每片正负极片物质用量= ―――――――――――― 单体电池正负极极板数目2每片电极厚度每片正负极物质用量 正负极活性物质平均厚度= ――――――――――――――――×集流体厚度 物质密度×极板面积×（1-孔率） ⑹隔膜的选择 锂离子电池经常用的隔膜有聚丙烯和聚乙烯微孔膜，Celgard 的系列隔膜已在锂离子电池中应用。 ⑺确定电解液的浓度及用量 根据选定的电池系列特性，结合具体设计电池的使用条件（如工作电流、工作温度等）或根据经验数据 来确定电解液的浓度和用量。 -1 锂离子电池通常选用 1mol.L LiPF6/PC-DEC(1:1),PC-DMC(1:1)和 PC-MEC(1:1)获 -1 -1 1mol.L LIPF6/PC-DEC(1:1),EC-DMC(1:1)和 EC-EMC(1:1)。例如，EC-DEC(50:50)做溶剂的 1mol.L LIPF6 的电 -1 解液的比导电为 10.8mS.cm . ⑻确定电池的装配比及单体电池容器尺寸 电池的装配比根据所选定的电池特性及设计电池的电极厚度等情况来确定。一般控制在 80%~90%。 根据用电器对电池的要求选定电池后，再根据电池壳体材料的物理性能与机械性能，确定电池容器的宽 度、长度及壁厚等。特别是随着电子产品的薄型化和轻量化，给电池的空间越来越小，这就更要求选用先进 的电极材料，制备比容量更高的电池，如锂离子电池和聚合物锂离子电池。 3.5.3 锂离子电池设计举例 假定要涉及 18650 型锂离子电池，对电池的有关技术参数的要求见表 4-134。表 4-135 是电池主要设计参 数的平均值。设计步骤如下： ⑴电池容量设计C 设=C 额×K1 式种：C 设――电池设计容量； C 额――电池额定容量； K1―――电池设计安全系数，一般取 110%~120%。 在此，取 K1 为 110%则 C 设= =1760Ma.h 表 4-134 18560 型锂离子电池技术参数 技术参数公称容量 公称电压 充电电压 标准充电电流 标准恒压充电时间 3.7V 4.2V 1600mA 2.5h 充电：0℃~45℃ 放电：-30℃~60℃ 工作温度范围 储存：0℃~45℃ 直径 高度 质量范1600mA.h,围18.2mm 65.0mm 约 42g表 4-135 主要参数负极活性物质比容量 负极活性物质密度 正极活性物质比容量 正极活性物质密度 负极比正极过量 负极初始时的充电效率 电极的孔隙率 隔膜厚度 正集流体厚度（Al） 负集流体厚度（Cu）电池主要涉及参数的平均值 常见值350A.h.kg-12.2g.cm-3 140A.h.kg-1 5g.cm-3 10% 90% 30% 25?m 25?m 25?m电池叠放的总厚度（包括 2 块两面涂覆活性物质的电极 2 块隔膜） 中等放电速率完全放电后电池工作电压500?m3.5V⑵极片高度设计 在考虑极片高度是应注意：①极片上部分应有足够的空间，以防充电时电池内压增高，同时圆柱形锂离子电池 的盖体设计远较 MH-Ni 电池复杂。为了保证电池的密封和安全，电池盖是一组合件，既有过充电保护机构和内压过 高时能自动打开的安全阀，同时还有一个降低或终止充放电的正温度系数的电阻元件（PTC）,这些都要一定的空间， 因此一般取 10~15mm 高。②隔膜通常负极片高出 2~4mm。综合考虑上述因素，且因电池高度为 65mm，极片高度 H 取 55mm。 ⑶活性物质用量计算 通常的活性物质用量计算用下式表示： q 活性物质用量= C 设× η 式中：q――活性物质电化当量，g.(A.h)-1; η ――活性物质利用率。 -1 从表 4-118 可知，正极活性物质 LiCoO2 的理论比容量为 273Ma.h.g ,而表 4-135 中实际比容量仅 -1 -1 140mA.h.g ,活性物质利用率，η仅为 51.28%；同样，负极碳材料的理论比容量为 372mAh.h.g ,活性物质利用率， η为 97.2%，而且不同来源的碳材料和不同的型号，实际比容量相差很大，有的仅为 180~240mA.h.g-1,计算。因此本 章按表 4-135 中实际比容量 350mA.h.g-1 计算，并且锂离子电池同 MH-Ni 及 Cd-Ni 电池一样采用正极容量控制，负 极过剩，本设计中由表 4-135 中负极比正极过量 10%计算。因此， W+= .57g W-=1760×(1+10%)/350=5.35g ⑷极片的厚度 如表 4-117 所示，锂离子电池的极片制作是在集流体的双面涂覆活性物质，其中正极活性物质涂夫在 Al 箔的两 面，干燥，辊压定型後每面活性物质的厚度是 80?m；负极活性物质涂夫在 Cu 博得两面，干燥、辊压定型后每面活 性物质的厚度是 90?m。 ⑸极片面极计算 对于圆柱形锂离子电池来说，工作电流通常为 1600 mA,工作电流密度为?= 1~10 mA.cm-2,再次取?=5 mA.cm-2,则 S+=cm2 S-=K’S+=1.1×533=586cm2 K’为设计系数，这里取 1.1。 ⑹极片长度的计算 正、负极片均为短形片，因为是双面涂覆，所以极片面极等于长成高的 2 倍，因此极片的长度为 S+ 533 L+=―――= ――――= 49cm 2H 2×5.5 S586 L-=―――= ――――= 54cm 2H 2×5.5 ⑺电解液的确定 -1 通常用 1mol.L LiPF6/PC-DEC(1:1)电解液。其用量通常为电总量的 10%~15%。 ⑻隔膜尺寸的确定 隔膜的长度通常为负极片长度的 2 倍，宽度比极片高度长 2~4mm。 以上是电池设计的基本计算示例，在工业上具体设计电池时，应根据用户的要求和自身条件、原材料的情况 及本单位设备与原材料的配套情况，对于有关参数进行调整。 3.5.4 电池性能检测技术 电池性能包括容量、电压特性、内阻、自放电、贮存性能、高低温性能等，二次电池还包括循环性能、充放 电特性、内压等。当然，由于电池应用领域不同，对电池的性能要求也不尽相同。一般说来，电池最基本的性能 是容量电压特性（输出工作电压） 、内阻、贮存性能、寿命、温度特性等。 ⑴电池的基本性能 电池的基本性能通常包括电性能、机械性能、贮存性能等。 1 电池的开路电压 电池的开路电压是两极间所连接的外线路处于短路时两极间的电位差。由于正负两极在电解液中不 一定处于 热力学平衡状态，因此电池的开路电压不一定等于电池的电动势，它通常接近电动势，但总小于电动势。因此，必须指出， 电池的电动实施从热力学函数计算得到的，而电池的开路电压是实际测量出来的。开路电压的测量可 以用电位差计、数字电压表、高阻抗伏特表等来测量。 2 电池的内阻 电池的内阻是指电流通过电池内部所受到的阻力，它包括欧姆电阻和电化学反应时极化所引起的电阻，即极化 电阻。由于电池内阻的存在，电池放电时的工作电压总是小于电池电动势或工作电压。 极化电阻包括电化学极化电阻和浓差点阻。 电池 欧姆电阻 包括电极本身的电阻、 电解质溶液的电阻和离子透过 隔膜微孔时所受到的阻力、正负极与隔离层的接触电阻。 3 电池的工作电压 电池的工作电压又称放电电压或负载电压，是指电池在放电时两端的电压，也可以说是电流通过外线路时， 电池两极之间的电位差。 由于负载特性不同，电池放电时基本上有两种工作方式，一种时恒电流放电，另一种时恒电阻放电。恒电阻放 电时，电池的工作电压和放电电流均随着放电时间的延长而下降，对于一次电池，经常用恒电阻进行放电；恒电 流放电时，工作电压随着放电时间的延长而下降。 通常将放电开始的瞬时（约几秒）测得的电压称为初始工作电压，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压 称为终止电压。根据不同放电条件和对容量、寿命的要求，规定的终止电压数略有不同，一般原则是低温或大电 流放电的情况下，规定的终止电压较低，小电流放电则规定终止电压较高。 在电池放电时严重，测量电池的开路电压、工作电压、终止电压和放电时间等参数。用工作电压作纵坐标， 放 电时间作横坐标，描绘出一条工作电压随放电时间变化的曲线，即放电曲线。 放电曲线反映了电池放电过程中电池工作电压真实的变化和容量状况， 所以放电曲线是电池电性能优劣的重要 标志。一般总是希望曲线越平越好。有时为了分析和研究电池电压下降的原因，还需要测量单个电极的放电曲线， 借以判断电池容量，寿命下降主要发生在哪个电极上。工业上也经常根据放电曲线来分选电池。 4 充电电压 充电电压是指二次电池在充电时，外电源加在电池两端的电压。 充电的基本方法有恒电流充电和恒电压充电。 一般采用恒电流充电， 其特点是在充电过程中充电电流恒定不变。 随着充电的进行，活性物质被恢复，电极反应面积不断缩小，电极的极化逐渐增高。 恒电压充电即充电电压始终保持订值。开始时，充电电流较大，随着充电反应的进行电流逐渐减小。该方法的 优点是通过控制充电电压值来减少充电时发生的副反应。缺点是充电时间长，冲电设备利用率低。 对于锂离子电池的充电，入嵌所述，充电时锂离子在碳负极的层间嵌入，放电时离子从碳材料的层间脱嵌。 由 于原理的特殊性，决定了锂离子电池充电的特殊性，经常采用恒流电压充电的方法。 5 电池容量 电池容量是指从电池获得电量的值， 常用 C 表示， 单位常用 A.h 或 mA.h 表示。 容量是电池电性能的重要指标。 电池的容量通常分为理论容量、实际容量和额定容量。 电池容量由电极的容量决定，若电极的容量不等，电池的容量取决于容量小的那个电极，但决不是正负极容量 之和。 6 电池的贮存性能和寿命 化学电源的主要特点之一是在适用时能够放出电能，不用是能够贮存电能。所谓贮存性能是指电池开路时， 在 一定条件下容量自行降低的现象，这一现象也称为自放电。对于二次电池来说，贮存性能称充电保持能力。 自放电的大小，可用自放电铝来表示，即用单位时间内容量降低的百分数来表示： C 前 CC 后 x%= ×100% C 前×T 式中：C 前――电池贮存前的容量； C 后――电池贮存后的容量； T――贮存时间，常用天，月或年计算。 对于二次电池来说，使用寿命是衡量电池性能好坏的一个重要参数。二次电池经过一次充电和放电，称为 一个周期（或一个循环） 。在一定的充放电制度下，电池容量达到某一规定值之前电池能经受得充放电池次数称为二次电池的使用周期。 锂离子电池具有优良的贮存性能和长的循环寿命。在 1C 倍率充放电和 100%DOD 循环条件下 ，循环寿命可以超过 500 次。在常温（25℃）条件下，电池荷电保存 1 个月，容量保持率可达 90%以上，而一年 后仍保持近 70%得出是容量。这些性能远远优于 MH-Ni 电池。 ⑵锂离子电池性能检测标准（CB/T ） 根据 CB/T
国家标准，锂离子电池的检测项目包括外观、放电性能、高低温性能、荷电保持能 力、循环寿命；耐热、耐振动、耐碰撞、耐自由跌落的环境适应性，过充电保护、过放电保护的安全性能，耐重 物冲击、热冲击、过充电、短路的安全性能、贮存性能等。 各项性能检测时，采用的充电制式都应该是相同的，可在下列二种充电制式中选择一种进行充电。 1 充电制式 在 20±5℃条件下，用 0.2C5A 充电，当端电压达到充电限制时，改恒压充电，直到充电电流小于或等于 0.01C5A.停止充电，最长充电时间不大于 8h。 a. 在 20±5℃条件下，以 1C5A 充电，达到充电限制电压时，改恒电压充电，直到充电电流小于或等于 0.01C5A，停止充电，最长充电时间不大于 8h。 2 20℃放电性能 a 预循环 在 20±5℃条件下，以 0.2C5A 充电，当端电压达到充电限制后，搁置 0.5~1h，再以 0.2C5A 放电到终止电 压。 b. 0.2C5A 放电性能 按充电制式 a 将电池充电后搁置 0.5~1h，以 0.2C5A 放电到终止电压，放电时间不低于 5h。 c.1C5A 放电容量 电池按充电制式 a 充电后搁置 0.5~1h，以 1C5A 放电到终止电压，放电时间应不低于 51min。 3 高低温性能 a 高温性能 将电池按充电制式 a 充电后，放入 55±2℃高温箱中恒温 2h，以 1C5A 放电至终止电压，放电时间不低于 51min，电池外观无变形、无爆裂。 b 低温性能 电池按照充电制式 a 充电后，将电池放入-20±2℃（对于聚合物锂离子电池为-20±2℃）的低温箱中恒 温 16~24h，然后以 0.2C5A 放电至终止电压，放电时间不低于 3h，电池外观无变形，无爆裂。 4 荷电保持能力 电池按充电制式 a 充电后，在 20±5℃环境中，将电池开路搁置 28d，再以 0.2C5A 放电至终止电压，放 电时间不低于 4.25h。 5 循环寿命 在环境温度 20±5℃条件下以 1C5A 充电，达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等 于 20mA,停止充电，各至 0.5~1h，然后以 1C5A 放电至终止电压，搁置 20.5~1h，再进行下一个充放电循环， 直 到连续两次放电时间小于 36min，则认为寿命终止，电池循环寿命应不小于 300 次。 ⑥环境适应性 a. 恒定湿热性能 电池按充电制式 a 充电后，放入 40±2℃，相对湿度 90%~95%的恒温湿箱中各至 48h，取出再 20±5℃ 条件下个至 2h，在以 1C5A 放电至终止电压，电池外观应无明显变形、锈蚀、冒烟或爆炸，放电――时间不 低于 36min。 b 耐震动和耐碰撞 电池按充电制式 a 充电后，将电池安装在试验台上，振动试验按振动频率和对应的振幅调整好振动设 -1 备，按 X,Y,Z 三个方向，每个方向上以 10~55Hz 循环扫频振动 30min,扫频速度为 1oct.min 。振动频率与振 幅的关系见表 4-136。表 4-136 振动频率 10~30Hz 30~55Hz锂离子电池振动试验中振动频率与振幅的关系 位移振幅（单振幅） 0.38mm 0.19mm碰撞试验将电池平均按 X,Y,Z 三个互相垂直轴向用夹具固定在台面上，按如下要求调好加速度脉冲持 续时间进行碰撞试验。碰撞试验参数见表 4-137。 表 4-137 锂离子电池碰撞试验参数 每分钟碰撞数 脉冲持续时间 4~80 16ms脉冲峰值加速度 -1 100m.s持续次数 100±10振动或碰撞试验后，电池外观无明显损伤，无漏液，不冒烟，不爆炸，电池电压应不低于 n×3.6V。 b. 自由跌落 电池经碰撞试验结束后，将电池由高度（最低点高度）1000mm 的位置自由跌落到水泥地面的 18~20mm 厚的硬木板上，从 X,Y,Z 正负放像（六个方向）每个方向自由跌落一次。 自由跌落结束后，将电池以 1C5A 放电到终止电压。然后按②中 a 的要求进行充放电循环，至放电时间不 低于 51min，即可终止放电循环，充放电讯欢应不低于 3 次。 ⑦安全保护性能 a.过充电和过放电的保护性能 过充电。电池按充电制式 a 充电结束后，用恒流恒压源持续给电池加载 8h。恒流恒压源电压设定 2 倍 标称电压，电流设定为 2C5A 的外接电池。 过放电保护。电池以 0.2C5A 放电至终止电压后，外接（30×n）Ω负载放电 24h。 过充电和过放电后，电池不爆炸，不起火，不冒烟，不漏液。 b.短路保护性能 电池按充电制式 a 充电后，将正负极用 0.1Ω电阻器短路 1h，电池应不爆炸，不起火，不冒烟，不漏液。 将正、负极断开，电池以 1C5A 瞬时充电 5s 后用电压表测量电压应不小于 n×3.6V。 ⑧安全性要求 模拟电池误用或滥用情况下出现的安全问题。 试验前所由电池都按充电制式 a 充电，并各至 24h，再进行以下试验： a. 重物冲击 电池置于冲击台上，将 10kg 重锤自 1m 高度自有落下，冲击用夹具固定的电池（电池的面积最大的面应与 台面垂直）电池允许变形，但应不起火、不爆炸。 b. 热冲击 电池置于加热箱中，以 5±2℃的速率升温至 150±2℃，保温 30min，电池应不起火，不爆炸。 C 过充电 拆除电池的外保护线路。将接有热点偶的电池的正负极接如恒流电压电源，调节电流至 3C5A，电压为 n× 10V,电流降到 0A。监视电池温度变化，当电池温度降到比峰直低约 10℃时，结束试验，电池应不起火，不爆 炸。 d.短路 拆除电池外部的保护线路。将接有热电偶的得电池正负极短路（线路总电阻不大于 50mΩ）,监视电池温度 变化。当电池温度下降到比峰值低 10℃时，结束试验，电池应不起火，不爆炸，电池外部温度不得高于 150 ℃。 ⑨贮存性能 贮存性能的式样电池应选择生产后存放不到 3 个月的电池，贮存前按充电制式 a 充入 40%~50%的容量，然 后在 20±5℃，相对湿度 45%~85%的环境中贮存，电池贮存 12 个月后，按充电制式 a 完全充电后，以 0.2C5A放电至终止电压，放电时间不少于 4h。 ⑶充放电性能测试 电池充电性能测试是对二次电池而言的。充电过程中的主要参数有：充电接受能力（充电效率） 、充电最高 电压等。 电池充电测试的基本电路一般由电源（恒流源或恒电压） 、电流电压检测设备、控制设备及记录设备组成， 如图 4-222 所示。记录工作可以通过人工或通过 XT 函数记录仪、数据采集卡等自动进行。当然也可以采用电 池性能测试以来测试，将充电参数设定好后，即可自动进行检测。图 4-223 是圆柱形和放行锂离子电池及聚合 物锂离子电池充电示意图。 电池在不同的测试条件下，其充电性能是 - 恒流电源 + 不同的。这与电池本身的结构有着密切的关系 同时，充电电流，环境温度等，都会对充典性 能产生影响。 充电效率是指电池以充电时用于活性物质 V 转化的电能与充电时所消耗的总电能之笔，以 百分数表示。充电电流的大小、充电方法、充 电时的温度直接影响到充电效率。充电效率高 A 电 池 表时电池接受充电的能力强，一般来说，充电 初期充电效率较高，接近 100%，充电后期由于 图 4-222 充电电路示意图 电极极化增加，充电小率较低，在电极上伴随 大量的气体析出。 在充电过程中电池所达到的最高电压是电池的另一个重要特性。充电最高电压往往标志整个充电过程的电 压。充电电压越低，说明电池再充电过程中的极化就越小，电池的充电效率就越高，电池的使用寿命就有可能更 长。 充电过程中，另一重要指标即电池的耐过充能力。一种性能优异的二次电池应具有良好的耐过充性能，极时 电池处于极端充电条件情况下，也能拥有较为优良的使用性能。 100 80 充电容量 C/% I 60 40 20 0 充电电流 I/mA 00 温度 25℃
充电电流 CHON 充电电流 0 0 60 120 时间 t/min (a) 18650 圆柱形电池 图 4-223 锂离子电池的充电特征 2.0 3.0 2.5 充电容量 电池电压 充电：2000Ma(1C)-4.2V(CC-CV) 4.5 4.0 电池电压 U/N 3.5充电过程的终点控制是一个非常实际的问题，无论从电池的检测、还是充电器的开发都必须考虑着一个 问题，适当地充电控制对优化电池性能、保护电池安全可靠是十分必要的。 对于锂离子电池，控制充电过程非常重要，它是先恒电流后恒电压，电流自动衰减的过程。但是锂离子电池对充电的要求严格，现在半导体制造商们开发出了多种高效、安全和智能化的电池充电 IC，性能良好的 锂离子电池充电 IC 一般包括恒流/恒压源电路、电池电压检测电路、电池温度检测电路、限流保护电路和逻 辑控制电路。有的 IC 还加上了安全定时、充电状态指示和关闭控制等功能。图 4-224 是 US18650 型锂离子 电池的标准充电方法。 这种锂离子电池的充电标准时充电电压 4.2±0.05V。 最大充电电流 1C,充电时间约 3h, 充电温度 0℃ ~40℃。充电电压/V 充电电压和充电电流充电电流/AA ⑴ 5 4 充电电流 I/A 3 2 ⑵ 4.5 4.2 4.0 3.5 3.0B ⑶C ⑷ 充电电压D ⑸时间100 充电容量 充电容量 C/%50 1 0 2.5 充电电流 2.0 0 0 1充电时间 t/h 充电：4.2Vmax.1A 温度：23℃23图 4-224 US18650 型锂离子电池的标准充电方法 电池放电性能测试 电池的放电性能受放电制度的影响，放电制度主要包括放电时间、放电电流、环境温度，终止电压等。 电池得放电方法主要分恒流放电和恒阻放电两种。此外，还有恒电压放电法和定电压、定电流放电法、 连续放电法和间歇放电法等。 其中恒电流放电阀是最常见的放电方法， 恒电阻放电法常用于一次电池的检测， 如 Zn-MnO2 干电池。 根据不同的电池类型及不同的放电条件，规定的电池放电终止电压也不同。一般说来，在低温度或大电 流放电时。终止电压可定得低些，小电流放电时终止电压可规定得高些。因此低温大电流放电时，电极得极 化大，活性物质不能得到充分利用，电池的电压下降块；小电流放电时，电极得极化小，活性物质能得到充3分的利用。 a. 恒电流放电法 恒电流放电系统由恒流源、 电流、 电压检测记录装置组成。 恒流源可以由电子稳流电路组成[图 4-225 a） （ ], 也可以用一个恒压源与大电阻构成 [图 4-225（b）]。-恒流源+恒压源AAV (a)V(b)(a)电子恒流电路； (b)恒压源电路 图 4-225 恒电流放电电路 电池电压再恒电流放电过程中随时间的变化可以通过函数记录仪、XT 处动平衡记录以来记录，或通过数 据采集卡用计算机来自动采集数据，当然，也可采用专门的设备进行检测。这些检测设备一般都有多路恒流 源，彼此之间相互独立，可同时互不干扰进行多只电池的检测，这些设备一般都由单片机来控制，可以脱离 计算机工作。图 4-226 是方形、圆柱形、扣式锂离子电池及聚合物锂离子电池得放电曲线。 通常放电电流的大小直接影响到电池得放电性能，从图可看出，对于圆柱形，方形锂离子电池及聚合物 锂离子电池，在较高放电倍率下，虽然放电电压有所下降，但截止到终止电压时得放电容量却降低很少；但 扣式锂离子电池随着放电倍率的变化，放电容量相差很大。因此在标注电池得放电性能时，一定要标明放电 性能的大小。 b. 恒阻放电法 恒电阻放电是指放电过程中保持负荷电阻为一定值，放电至终止电压，同时记录电压随时间的变化。恒 阻放电法常用在一次电池得见侧重。恒阻法放电由连续放电、间歇放电、交替连续放电三种方式。交替连续 放电法一般较少采用。 恒阻放电中所采用的负荷电阻一般为标准电阻，且其阻值应包括放电时外路所有部分的电阻。下面分别 以 LR6 型和 LR20 型碱性 Zn-MnO2 干电池为例说明连续放电和间歇放电得测是过程（参照 GB/T） 。 a)连续放电：将 LR6 型电池连接好放电电路。负荷电阻为 10Ω（1Ω） ，每 30min(2min)测量电压一次， 直至电压第一次低于规定的终止电压 0.90V(0.75V)时为止。 b)间歇放电：将 LR20 型电池连接好放电电路，负荷电阻为 3.9Ω，每天放电 1h，每次放电开始时测量电 压一次，放电结束时再测量电压一次，直至电压第一次低于规定得终止电压 0.9V 时为止，放电时间应大于 25h. 放电时间以电池开始放电值电池降至终止电压是累计时间计算。若在最后两次测得得电压值，一次高于 终止电压，而另一次又低于终止电压时，择放电时间可用以下式求得(Un-1 -Un)t2 t= t1+ ―――――― Un-1 CUn+1 式中：Un-1――达到终止电压前所测得的电压值，V;Un――终止电压，V; Un+1――到达终止电压后侧得的电压值，V; t1――开始放电至 Un-1 时的累计放电时间，min 或 h。 t2――到达 Un+1 的时间减去到达 Un-1 的时间，min 或 h。 当然，也可以采用函数记路仪、XT 自动平衡记录仪来记录，或通过数据采集卡用计算机来自动采集数据， 这样，就可以获得非常准确地放电时间，同时还可以自动绘制出放电曲线图。此外，还可以采用专门得恒阻 仪来进行测试。图 4-227 是 AAA 型超铁（VI）电池得恒阻放电曲线，放电电阻为 75Ω，数据由 Labview 软件 采集。 （4）电池容量得测定 1 电池容量的检测方法 电池容量的测定方法与电池放电性能的检测方法基本一致，由恒电流放电法，恒电阻放电法，恒电压放 电法，定电压，定电流放电法，连续放电法和间歇放电法等。根据放电时间与电流的大小就可以计算电池的 容量。 恒电流法电路图如 4-225 所示。采用该方法的优点是在放电过程中电流稳定，因而可方便的计算其容量。 恒电法的放电容量与放电电流由很大的关系，并且放电制度、充电制度、搁置时间等都会对容量由影响。 在同样得放电制度下，不同的充电制度对电池的充电效率是不宜值的，因此，电池得放电容量也会有区别， 见图 4-227。 在恒电阻法测是容量得放电过程中，放电电流不是定值。放电开始电流较大，然后逐渐变小。而且放电 电阻越大，放电电流越小。产生的电压降越小，工作电压下降缓慢，放电曲线较平坦，放电容量也越大。 2 分选检测 不同种类及新旧程度不同的电池不能混用，以免由于电池容量的布匹配而引起过充过放等情况出现。另 外，在电池组中，其整体性能一般是受性能最差的那只电池所决定的。对于一次电池来说，容量的检测是破 坏型的，因此只有通过严格的生产控制才能保证产品的一致性。对于二次电池，除了严格的生产过程控制外， 还应采用分选检测来保证电池容量的一致。 所谓分选，即将电池以一定的容量区间范围来进行区分。 分选检测一般可分为两种：容量分选和特性分选。特性分选也称为曲线分选，是容量分选的基础上引申 出来的。 容量分选即如前所述的以容量区间来对电池进行划分， 而特性分选是在满足容量分选条件的前提下， 对处于同一容量区间内的电池根据不同的电压特性来进行区分。 二次电池的分选一般都是通过计算机的控制来实现的，大多数的自动分选设备都用配备有相应的软件， 可以方便地实行这些超作。一般说来，手动分选设备仅可以满足容量分选的需要，但基本上不能进行特性分 选，即便在容量分选的情况下，也需浪费大量人力才能完成，且操作上较麻烦，现在大多数二次电池的生产 厂家都采用自动分选设备来进行分选操作，分选的条件由计算机设定后发送值设备，符合条件的电池就会被 指示出来。 锂离子电池的分选是电池生产厂家区分电池性能的一个重要方法。表 4-138 是 063047 方型锂离子电池 的分选制度，电池公称容量为 500mA.h。 表 4-138 063047 方型锂离子电池的分选制度 电池等级 A B C D 容量区间/ mA.h &550 500~550 450~500 &450 ⑸电池寿命及检测技术 电池寿命是衡量二次电池性能的一个重要参数。 在一定的充放电制度下， 电池容量降至某一规定值之前， 电池所能承受的循环次数，称为二次电池的循环寿命。图 4-228 是锂离子电池和聚合物锂离子电池的寿命特 性。 影响二次电池循环寿命的因素很多，如电极材料、电解液、隔膜及制造工艺都会对寿命由较大影响。这 些因素相互影响，共同决定了电池的使用寿命。 在电池寿命得测试中，电池的容量不是唯一衡量电池循环寿命的指标，还应综合考虑其电压特性内阻变 化等。具有良好的循环性能的电池，在经过若干次循环后，不仅要容量衰减布超过规定值，其电压特性也应相应地无大衰减。 电池寿命得测试点路与容量检测电路基本上是一致的，只是在一周期晚了后应接着进行另一周期，直至 达到检测终点为止。通常是在一定的充放电条件下进行循环，然后检测电池容量衰减，当放电容量衰减到初 始容量的 70%作由时（不同的电池有不同得规定） ，计算循环测试，即为电池循环寿命。 因寿命测试的时间较长，常用的循环寿命检测设备都与计算机相连或设备本身带有单片机。在检测时刻 预先设定检测的参数，通过计算机或检测设备和控制面板发送参数至检测设备。发送参数时，应保证参数的 准确无误。国内比较常用的检测设备有 DK――2010，BS――9300 等，比较好的循环性能检测设备应具有良 好的断点保护功能，在长时间的寿命测试中，断点情况出现有时是难以避免的，只有具有断电保护功能，才 能保证数据不会丢失，并且在通电时应能自动恢复检测，减少人工干预的程度，一般的寿命检测设备都配有 数据分析处理软件，可以获得的数据进行编辑、输出、打印。受命检测设备也可兼做性能测试用。 对于不同类型的电池， 循环寿命得测试规定是不同的， 具体可参阅相应国家标准或国际电工委员会 （IEC） 制定的标准。 ⑹电池内阻、内压得测定 ①不同种类得电池其内阻是不同的，同系列不同型号的化学电源其内阻也是不同的，一般容量越高地电 池其内阻愈低（对单体电池而言） 。 电池内阻与普通电阻元件不同，它是由源元件，不能用普通万用表测量，必须用特殊方法测量，包括方 波电流法、交流电桥法、交流阻抗法、直流伏安法、短路电流法、脉冲电流法等。 用方波电流法测量电阻， 即用恒流仪控制通过电极得电流为一定值， 用信号发生器调节方波周期与幅值， 用示波器记录电压的响应，一般要求周期较短，测出的内阻值实际上为电池的欧姆内阻。在实际的生产检测 重，由各种专门的内阻仪可以供选用。 常见的这些内阻仪表一般都是采用交流法测试电池内阻。该法利用电池等效于一个有源电阻的特点，给 被测电池通以恒定交流电流（一般为 1 000Hz,50mA）,然后对其进行电压采样、整流滤波等一系列处理，从 而精确测得电池的内阻值。 电池的内阻与电池测试时所处的状态是相关的，充电态与放电态电池的内阻就又找一定的区别。因此， 在标注电池内阻时，应注明电池的荷电状态。 3 电池内压得测定 测量电池内压得方法通常有破坏性测量和非破坏性测量两种。破坏性测量是在电池中插入一个压力传 感器，记录充电过程中的压力变化。非破坏性测量师用传感器测量充电过程中电池外壳的微小形变，由此计 算电池内压。 非破坏性测量所依据的基本原理是：在一定区间内，电池壳体因内部气体压力产生的应变，与所受内 压的高低有关，并存在着确定的关系；通过实验可以确定电池外壳应变与内压之间的关系，采用精密微小形 变测量工具，可以准确地测量电池壳体在内压作用下的微应变，因而基本上可反映出电池测试所关切的一定 区间内的内压。 图 4-229 是电池内压测定的基本装置图，其方法是：用百分感应标杆应电池底部的变形，通过钢壳底部 微小变形反映出电池的内压。而钢壳底部变形与内压的关系预先用钢可测试出来。得到压力――形变标准曲 线。 2 3 4 1（a）N2+ (b)充放电器图 4-229 电池内压测试装置 测得标准曲线后，就可以用图 4-229(b)所示得测是装置对电池外壳的变形进行测量，对照标准曲线， 即可查得电池实际内压值。 ⑺锂离子电池温度特性测定 国家标准对电池的低温放电性能和常温（20℃）下的放电性能提出了要求，但对高温性能并没有明确的 提出要求。在目前被普遍采用的检测方式中，人们常常对于高于 20℃以上的温度区间也作了检测，如 45℃， 60℃。这对于全面衡量电池的温度特性是必不可少的步骤。 进行高低温检测试验所需的电源设备与充放电性能测试基本上是一致的，只是在恒温箱中测定不同温度 下电池的性能。 高温或低温对电池的充电或放电性能都会带来影响，应分别对各温度下的充电性能和放电性能作出测试 才算完成了一个完整的高低温性能测试。 4-230 是扣式锂离子电池和聚合物锂离子电池容量随温度的变化。 图 图 4-231 分别为各类型锂离子电池和聚合物锂离子电池在不同温度下得放电特性曲线。 ⑻自放电及贮存性能得测试 电池的贮存性能是指电池开路时，在一定条件下（如温度，湿度等）贮存时容量下降率的大小。化学电 源在贮存过程中容量下降主要是由于两个电极得自放电引起的。不论是二次电池还是原电池，在使用及贮存 过程中，都会存在一定程度得自放电。一般说来，锂离子电池自放电较小。 自放电时容量的下降可以通过充电恢复。但长期贮存后，电池容量的损失一般是不可避免的。采用常规 的充电方式是不能恢复这部分容量的。这与电极内部无值在长期贮存中发生不可逆变化有关。对贮存性能进 行测试时，电池一般处于放电态，且保存时间也较长，一般达到 1 年以上。图 4-232 是 18650 型锂离子电池 的典型贮存曲线。 引起自放电的原因式多方面的，如电极的腐蚀，活性物质的溶解，以及电极上歧化反应的发生等。另外， 在贮存过程中，由于活性物质的钝化、电池内部材料的分解变质等，都会引起电池性能的衰退。因此，贮存 性能与自放电并不是两个等同的概念。 自放电测试方法因电池种类得不同而有所区别，但其基本原理是一致的，首先将电池充足电，然后在开 路的状态下搁置一定时间之后将电池以恒定电流放电， 计算电池容量。 在测试前应先测定好电池的实际容量。 电池实际容量得测定所采用的充放电条件应与自放电测试时所用的条件一致。图 4-233 是锂离子电池在不同 温度下的容量保持率与时间的关系曲线。从图中可以看出，自放电与温度有着很大的关系，温度起高，自放 电越大。 另外还有一种简单测量自放电的方法，即测量开路电压与时间的关系。 ⑼安全性能测试 1 耐过充过放能力 对密闭型二次电池来说，在过充过放的情况下，都会引起气体在密闭容器内的迅速积累，从而导致内压 迅速上升，如果安全阀不能及时开启可能会使电池发生爆炸。在通常情况下，安全阀在一定压力作用下会开 启释放掉多余的气体，气体泻出后，会导致电液量减少，严重时使电液干涸，电池性能恶化，直至失效。因 此，一个性能优良的电池应有良好的耐过充能力，绝对不能有爆裂的形象出现，并且在一定的过充过放电下， 不能出现泄漏现象，电池外形也不应发生变化。 2 安全保护措施对于锂离子电池来说，必须保证其密封性，一旦电池的安全阀打开，电池即报废。 为了确保锂离子电池安全可靠的使用，专家们进行了非常严格、周密的电池安全设计，以达到电磁安全 考核指标。 a. 隔膜 135℃自东关断保护 采用国际先进的 Celgard2300PE-PP-PE 三层复合膜。在电池升温达到 120℃的情况下，复合膜两侧的 PE 膜孔比和，电池内阻增大，电池内部升温减缓，电池升温达到 135℃时，PP 膜孔闭合，电池内不断路，电池 不再升温，确保电池安全可靠。 b. 向电液中加入添加剂 在电池过充电、 电池电压高于 4.2V 的条件下， 电液添加剂与电液中其他物质聚合使电池内阻大幅度增加， 电池内部形成大面积断路，电池不再升温。 c. 电池盖复合结构 电池该采用刻痕防爆结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池内压加大， 压力达到一定程度刻痕破裂放气。 ⑶安全性能试验 进行各项滥用试验，如外部短路、过充、针刺、平板充机、焚烧等，考察电池的安全性能。同时对电池 进行温度冲击试验和振动、跌落、冲击等力学实验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。 商品锂离子电池必须通过相应的安全检测。虽然这种检测是一类滥用条件试验，通常使用中不会遇到， 但是鉴于锂离子电池是一种高比量电池，为了确保电池在任何条件下不会发生爆炸等危险，电池制造商都极 其关注电池的安全设计及结构，并认真地实施电池的安全评估。 锂离子电池安全性能的考核指标，国际上规定了非常严格的标准，一只合格的锂离子电池在安全性能上 应该满足以下条件。 a. 短路：不起火，不爆炸； b. 过充电：不起火，不爆炸； c. 热箱试验：不起火，不爆炸（150℃恒温 10min） ； d. 针刺：不爆炸（用?3mm 针穿透电池） e. 平板冲击：不起火，不爆炸（10 K重物自 1m 高处砸向电池） 。 f. 焚烧：不爆炸（煤气火焰烧烤电池） 锂离子电池的安全性检查要按有关标准进行，表 4-139 是 18650 型锂离子电池安全检查内容即要求。表 4-140 是聚合物锂离子电池的安全性能检测。 表 4-139 18650 型锂离子电池安全试验评估 项 电 特 性 项 力 学 特 性 热 学 性 目 针刺 挤压 振动 落下 箱内加热 焚烧 目 短路 过充电异常电流充电实验条件 外短路 1C,12V(max) 6C,12V(max) 实验条件 次破短路 压至短路新电池 0 0 0 新电池 0 0 0 0 0 △循环后电池 0 0 0 循环后电池 0 0 0 0 0 △振幅：0.88mm,10~55Hz，1Hz/min,90min 1.8m,10 次 150℃，10min 置于火焰上说明：0 位无异常；△为其火。表 4-140 试验项目聚合物锂离子电池安全性检测 试验内容 试验结果电池温度： 28→38℃ （最高）强制放电 + + -1CmA.6h电池厚度：2.12→ 2.17mm 不破裂， 不着火。1CmA.6h 异常放电 + + -电池温度：28→42℃ （最高）压力上升 3.2 K， 膨胀大约 6mm,不着 火，不破裂。D=3mm 高温丁刺 温度上升到大约 10℃， 不破裂，不着火。60℃，放置 2 天後用直径为 3mm 得钉子刺孔质量 h=61mm 9.1 K 薄膜电池 D=7.9mm撞击试验温度上升到大约 40℃， 分成两段，不破裂，不 着火将 9.1kg 重的钢块从 61cm 的高处下落到放在电池上的金 属圆棒上扭曲电压无变化。弯曲成圆筒型（R=250,90,70,35,5）针刺用大头针刺 6 次再充放电。电池温度：25℃→最高 46℃。 不破裂， 不着火，