謝香倫

摘 要：鋰電池技術(shù)成熟，質(zhì)量安全有保障，推動了鋰電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。為安全使用和處理鋰電池，國家標(biāo)準(zhǔn)民用鋰電池安全通用要求的要求，對鋰電池測試，確保安全使用。如何通過嚴(yán)格可靠的測試，控制并保證鋰電池的安全運(yùn)行并提升其工作壽命，不僅是從事鋰電池開發(fā)和生產(chǎn)的工程師面對的挑戰(zhàn)，也同樣是對產(chǎn)品設(shè)計工程師在選用電池和設(shè)計產(chǎn)品用電特性時，需要充分考慮的問題。本文分析了鋰電池性能測試方法，并探討了提高鋰離子電池安全性能的措施。

關(guān)鍵詞：鋰電池；安全性能；測試方法；措施

鋰電池作為新能源汽車儲能環(huán)節(jié)，其性能與充放電規(guī)律直接決定新能源汽車的續(xù)航里程和動力性。除了應(yīng)用在新能源汽車領(lǐng)域，還廣泛應(yīng)用在手持脫纜工具中，鋰電池的性能及壽命影響工具的性能及壽命。鋰電池屬于化學(xué)儲能，與鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鉻電池等相比，在電池壽命、充電技術(shù)、安全性、比能量、比功率方面有明顯的優(yōu)勢。因此，對鋰電池性能的研究逐漸成為熱點(diǎn)。

一、鋰電池性能

充放電倍率、充放電次數(shù)、內(nèi)阻是單體鋰電池的主要性能指標(biāo)。在鋰電池組中，電池的均衡性指標(biāo)決定電池組的性能。

充放電倍率又稱C率，是指鋰電池充放電電流大小。放電時C越大，瞬時放電電流越大，驅(qū)動能力越強(qiáng)，輸出電能越少。充電時C越大，充電越快，充入電池的電能越少。

循環(huán)次數(shù)，是充電電池的重要指標(biāo)，決定電池的壽命，單體鋰電池的充電次數(shù)理論為15000次左右，理論壽命為是15年。鋰電池組受個別單體電池性能及壽命的影響，存在水桶效應(yīng)，循環(huán)次數(shù)理論值為10000次，壽命10年。充放電次數(shù)決定基于鋰電池應(yīng)用產(chǎn)品的壽命，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的充放電規(guī)律，如1C放電，0.3C充電，每次電池從5%充放到95%，照此循環(huán)，充放電500次后，電池的容量為最初容量的80%。充放電次數(shù)與電池的負(fù)載變化密切相關(guān)，在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中，則與使用情況息息相關(guān)。

內(nèi)阻，電池內(nèi)部的電阻。是指在電池工作時，電流流過電池內(nèi)部所需要的電阻。鋰電池在放電時，所有能力不能完全轉(zhuǎn)化為電能，電化學(xué)反映存在能力損失，既為其內(nèi)阻。內(nèi)阻與負(fù)載直接相關(guān)，受溫度影響大，隨著電池的使用，充放電次數(shù)的增加，內(nèi)阻逐漸增大。內(nèi)阻與沖放電倍率有關(guān)，內(nèi)阻越小，C率越大。特斯拉汽車所用的松下18650單體電池內(nèi)阻約為50mΩ。

二、鋰電池性能測試方法

1、過充測試：將鋰電池用1C充滿電，在按照3C過充進(jìn)行過充試驗(yàn)，當(dāng)電池過充時電壓上升到一定電壓時穩(wěn)定一段時間，接近一定時間時電池電壓快速上升，當(dāng)上升至一定限度時，電池高帽拉斷，電壓跌至0V，電池沒有起火、爆炸即可。

2、短路測試：將電池充滿電后用電阻不大于50mΩ的導(dǎo)線將電池正負(fù)極短路，測試電池的表面溫度變化，電池表面最高溫度為140℃，電池蓋帽拉開，電池不起火、不爆炸即可。

3、自放電測試。鋰電池的自放電測試為：一般采用24小時自放電來快速測試其荷電保持能力，將電池以0.2C放電至3.0V，恒流恒壓1C充電至4.2V，截止電流：10mA，擱置15分鐘后，以1C放電至3.0V測其放電容量C1，再將電池恒流恒壓1C充電至4.2V，截止電流100mA，擱置24小時后測1C容量C2，C2/C1100%應(yīng)大于99%。

4、針刺測試：將充滿電的電池放在一個平面上，用直徑3mm的鋼針沿徑向?qū)㈦姵卮檀?。測試電池不起火、不爆炸即可。

5、IEC標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測試。IEC規(guī)定鋰電池標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測試為：電池以0.2C3.0V/支后，1C恒流恒壓充電到4.2V，截止電流20MA，擱置1小時后，再以0.2C放電至3.0V（一個循環(huán)）反復(fù)循環(huán)500次后容量應(yīng)在初容量的60%以上。

6、擠壓測試：將充滿電的電池放在一個平面上，由油壓缸施與13+1KN的擠壓力，由直徑為32mm的鋼棒平面擠壓電池，一旦擠壓壓力到達(dá)最大停止擠壓，電池不起火，不爆炸即可。

7、振動實(shí)驗(yàn)測試。鋰電池振動實(shí)驗(yàn)方法為：電池以0.2C放電至3.0V后1C充電恒流恒壓充電到4.2V，截止電流10mA，擱置24小時后按下述條件振動：振幅0.8mm使電池在10HZ-55HZ之間振動，每分鐘以1HZ的震動速率遞增或遞減.振動后電池電壓變化應(yīng)在0.02V之間，內(nèi)阻變化在5m以內(nèi)。

8、高溫高濕測試。鋰電池高溫高濕測試為：（國家標(biāo)準(zhǔn)）將電池1C恒流恒壓充電到4.2V，截止電流10mA，然后放入（（40±2）℃），相對濕度為90%-95%的恒溫恒濕箱中擱置48h后，將電池取出在（（20±5）℃）的條件下擱置2h，觀測電池外觀應(yīng)該無異?，F(xiàn)象，再以1C恒流放電到2.75V，然后在（（20±5）℃）的條件下，進(jìn)行1C充電，1C放電循環(huán)直至放電容量不少于初始容量的85%，但循環(huán)次數(shù)不多于3次。

內(nèi)壓測試。鋰電池內(nèi)壓測試為：（UL標(biāo)準(zhǔn)）模擬電池在海拔高度為15240m的高空（低氣壓11.6kPa）下，檢驗(yàn)電池是否漏液或發(fā)鼓.具體步驟：將電池1C充電恒流恒壓充電到4.2V，截止電流10mA，然后將其放在氣壓為11.6Kpa，溫度為（（20±3）℃）的低壓箱中儲存6小時，電池不會爆炸，起火，裂口，漏液。

9、重物撞擊測試：將電池充滿電后，放置在一個平面上，將直徑15.8mm的鋼柱垂直置于電池中心，將重量9.1kg的重物從610mm的高度自由落到電池上方的鋼柱上，電池不起火、不爆炸即可。

10、跌落測試。將電池組充滿電后從三個不同方向于1m高處跌落于硬質(zhì)橡膠板上，每個方向做2次，電池組電性能應(yīng)正常，外包裝無破。

三、提高鋰離子電池安全性能的措施

1、加強(qiáng)電芯整體安全設(shè)計。電芯是將電池各種物質(zhì)組合起來的紐帶，是正極、負(fù)極、隔膜、極耳和包裝膜等結(jié)構(gòu)的集成，電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計不但影響到各種材料性能的發(fā)揮，還對電池整體化學(xué)性能、安全性能產(chǎn)生重要的影響。在電芯設(shè)計上，應(yīng)結(jié)合材料特性來制定合理的結(jié)構(gòu)模式，在鋰電池結(jié)構(gòu)上還可以考慮加人一些額外的保護(hù)裝置，如采用開關(guān)元件、安全閥等。

2、選用安全系數(shù)更高的原材料。選用安全系數(shù)更高的正負(fù)極活性材料、隔膜材料和電解液。正極材料的安全性主要基于材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性、材料的化學(xué)穩(wěn)定性、材料的物理性能三個方面進(jìn)行；隔膜材料應(yīng)基于機(jī)械隔離性能、孔徑和空隙率、材料的化學(xué)穩(wěn)定性、自動關(guān)閉功能、較小的熱收縮率和變形率、材料厚度、較大的物理強(qiáng)度等方面進(jìn)行綜合考慮；電解液應(yīng)選擇化學(xué)穩(wěn)定性好、電化學(xué)穩(wěn)定性好、鋰離子導(dǎo)電率高、液態(tài)穩(wěn)定范圍寬的材料。

生產(chǎn)過程標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。努力做好電芯生產(chǎn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。在勻漿、涂敷、烘干、壓實(shí)、分切和卷繞等步驟中，關(guān)鍵控制點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，如涂敷量、碾壓厚度、電解液注液量等，，改進(jìn)工藝手段，如低氣壓注液法、離心裝殼法等，，做好工藝控制，保證工藝質(zhì)量，縮小產(chǎn)品間的差異，在對安全有影響的關(guān)鍵步驟設(shè)置特殊方法，如通過調(diào)整切刀角度改善極片毛刺、掃粉、對不同的材料采用不同的焊接方法等，。實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量監(jiān)控，消除缺陷部位，排除有缺陷產(chǎn)品，如極片變形、隔膜刺破、活性材料脫落和電解液泄漏等。

結(jié)語：總之，各種鋰離子電池由于具有優(yōu)良的性能，而得到了廣泛的應(yīng)用，同時，其安全性也同樣受到了廣泛關(guān)注。因此，電池生產(chǎn)企業(yè)要按照國家標(biāo)準(zhǔn)民用鋰電池安全通用要求的要求，對鋰電池測試，確保安全使用。通過嚴(yán)格可靠的測試，控制并保證鋰電池的安全運(yùn)行更好地提高鋰離子電池的安全性，并提升其工作壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]翁超；鋰電池化成檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D]；廈門大學(xué)；2014.

[2]李濤；張彬；劉艷；鋰電池性能檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J]；自動化儀表；2016（05）.

[3]田鵬，宋康，廖俊必，李忠秦.磷酸鐵鋰電池性能測試與優(yōu)化使用研究[J].電子測量技術(shù)，2014，4（5）.