新形勢(shì)下對(duì)鋰離子電池檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重點(diǎn)及不足的思考

王磊

國(guó)家鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（山東） 山東棗莊 277800

在鋰離子電池使用中經(jīng)常會(huì)發(fā)生安全問(wèn)題，由此需要召回鋰離子電池產(chǎn)品。Li+具有活性，并且能量密度高，鋰離子電池在使用中很容易出現(xiàn)安全隱患。在檢測(cè)鋰離子電池性能時(shí)，需要重點(diǎn)篩查部分微小潛在的結(jié)構(gòu)缺陷。但是隨著鋰離子電池技術(shù)快速發(fā)展，現(xiàn)行的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以及方法不再適用，需要不斷更新，避免阻礙鋰離子電池檢測(cè)工作順利開(kāi)展，影響其檢測(cè)準(zhǔn)確性。

1 電池安全性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前國(guó)際電工委員會(huì)制定的鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際上得到了廣泛應(yīng)用。而國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)、國(guó)際民用航空組織、聯(lián)合國(guó)危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸委員會(huì)等按照自身需求，在鋰離子電池運(yùn)輸上制定相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。另外，還有一些國(guó)家以及組織也制定出了具有廣泛影響的鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)，比如日本的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局以及美國(guó)的電氣電子工程師學(xué)會(huì)。其所制定的標(biāo)準(zhǔn)中有差不多的檢測(cè)項(xiàng)目，但測(cè)試條件存在一定差異，目前應(yīng)用廣泛、影響范圍大的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有4個(gè)?！堵?lián)合國(guó)危險(xiǎn)物品運(yùn)輸試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》（UN38.3）以及IEU62281《運(yùn)輸中鋰原電池和電池組以及鋰蓄電池和電池組的安全》注重鋰離子電池運(yùn)輸中的安全要求和測(cè)試，模擬鋰離子電池運(yùn)輸中會(huì)出現(xiàn)的機(jī)械振動(dòng)和外部環(huán)境狀況，主要有8項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目，分別為溫度試驗(yàn)、高度模擬、外短路、沖擊、撞擊、強(qiáng)制放電以及過(guò)度充電等，并且需要保證在電池測(cè)試中不會(huì)出現(xiàn)變形、脫落、質(zhì)量損失、泄放、破裂、漏液、短路、著火和爆炸等問(wèn)題。除此之外，UL1642《鋰電池》適合應(yīng)用在產(chǎn)品電源為一次及二次的鋰電池，是為了減少使用鋰電池時(shí)發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)情況。IEEE1625《筆記本可用充電電池標(biāo)準(zhǔn)》以及IEEE1725《移動(dòng)電話可用充電電池標(biāo)準(zhǔn)》在設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)筆記本電腦、蜂窩電話等方面蓄電池設(shè)立了相應(yīng)準(zhǔn)則，比較重視設(shè)計(jì)與制造過(guò)程，而沒(méi)有考慮到產(chǎn)品后期使用中的問(wèn)題。

2 現(xiàn)有檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重點(diǎn)

2.1 運(yùn)輸中的機(jī)械振動(dòng)與外部環(huán)境

上文提到的IEC62281以及UN38.3等標(biāo)準(zhǔn)，包括溫度試驗(yàn)、高度模擬、外短路、撞擊、沖擊與振動(dòng)等內(nèi)容，模擬鋰離子電池運(yùn)輸中容易出現(xiàn)的危險(xiǎn)，避免實(shí)際使用鋰離子電池時(shí)產(chǎn)生過(guò)多安全問(wèn)題[1]。

2.2 設(shè)計(jì)和制造過(guò)程

比如IEEE1725和IEEE1625等標(biāo)準(zhǔn)涉及設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE1725將鋰離子電池系統(tǒng)劃分為電池組、電芯、主機(jī)、電池充電器等四個(gè)板塊，明確原材料、設(shè)計(jì)電芯、制造工藝、評(píng)估成品等方面的要求，保障通信產(chǎn)品評(píng)估的可靠性和安全性。這些標(biāo)準(zhǔn)主要與電池設(shè)計(jì)、制造過(guò)程有關(guān)，沒(méi)有過(guò)多的涉及電池使用后期會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題。并且IEEE鋰離子的電池標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)槭菓?yīng)用在不同設(shè)備中，因此對(duì)設(shè)計(jì)和制造會(huì)有較強(qiáng)針對(duì)性，這將限制其應(yīng)用范圍。

2.3 鋰離子電池電性能與安全性

主要標(biāo)準(zhǔn)有UL1642以及GB8897.4，需進(jìn)行非正常充電、短路、撞擊、振動(dòng)、沖擊、高度模擬、熱沖擊、溫度循環(huán)等試驗(yàn)，在試驗(yàn)中應(yīng)保障鋰離子電池不會(huì)出現(xiàn)爆炸、排氣、漏液、起火和破裂等情況。對(duì)這兩類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，可知該類標(biāo)準(zhǔn)更注重鋰離子電池安全性和溫度因素造成的電池安全風(fēng)險(xiǎn)，但是很難量化判定依據(jù)，只以應(yīng)用電池是否爆炸、冒煙、起火、變形、破裂等情況來(lái)區(qū)分，很難將存在危險(xiǎn)的電池檢測(cè)出來(lái)。

3 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)存在的不足

過(guò)充屬于不安全行為，會(huì)成為危險(xiǎn)鋰離子電池安全的主要因素。在有過(guò)充問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不可逆的化學(xué)反應(yīng)，電能變成熱能，將增加電池溫度，接著產(chǎn)生其他化學(xué)反應(yīng)。特別是散熱性能不好時(shí)，與單純熱沖擊相比，會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的問(wèn)題，電池會(huì)起火，甚至是爆炸。分析現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)能夠發(fā)現(xiàn)，這些標(biāo)準(zhǔn)在檢測(cè)和評(píng)判鋰離子電池安全性上還存在不足，特別是判斷起火、泄露、冒煙、變形以及爆炸的依據(jù)較為寬泛。針對(duì)這一情況，需要一種能夠根據(jù)鋰離子電池溫度變化以及熱效應(yīng)就能對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分析和判定的檢測(cè)方法。最近幾年，國(guó)內(nèi)以及國(guó)外有許多研究人員對(duì)更加高效以及科學(xué)的檢測(cè)方法進(jìn)行研究，在研究電池溫度以及熱效應(yīng)中獲得一定成果。對(duì)電池的表面溫度加以檢測(cè)，運(yùn)用量熱法對(duì)電池充電中釋放的熱量和熱傳導(dǎo)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，由此建立熱效應(yīng)理論模型，接著模擬計(jì)算電池內(nèi)溫度，并闡述電池?zé)嵝袨閇2]。當(dāng)前已經(jīng)構(gòu)建多種熱效應(yīng)模型，但可使用的測(cè)溫手段為傳統(tǒng)熱電偶測(cè)溫法，該方法操作復(fù)雜，布點(diǎn)有限，無(wú)法全面掌握樣品的溫度分布，熱電偶具備延時(shí)性，無(wú)法準(zhǔn)確反映鋰離子電池呈現(xiàn)的溫度變化，很難構(gòu)建溫度實(shí)時(shí)變化曲線。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前鋰離子電池應(yīng)用中安全性能是一項(xiàng)重要指標(biāo)，將會(huì)和成本因素一起成為應(yīng)用鋰離子電池的制約因素。因?yàn)殇囯x子電池具有一定特性，最初使用階段難以將電化學(xué)行為異常情況展示出來(lái)，這會(huì)阻礙鋰離子電池安全性判斷工作的開(kāi)展。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前檢測(cè)鋰離子電池性能的安全標(biāo)準(zhǔn)可知，評(píng)判依據(jù)和方法較為缺乏，難以快速檢測(cè)鋰離子電池的性能以及安全性[3]。這就需要電池制造商、行業(yè)協(xié)會(huì)以及主管部門進(jìn)一步研究檢測(cè)鋰離子電池安全性的手段，構(gòu)建相應(yīng)的檢測(cè)方法，提升有關(guān)要求，細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)，確定判斷依據(jù)，彌補(bǔ)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的不足，提升鋰離子電池檢測(cè)水平。