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【微测】有关锂离子单电池强制内部短路试验详解

2018年10月27日15:45 

1.引言

2004年,日本某企业生产的笔记本电池产生起火事件,在详细研究剖析了电池起火的原因后,认为是由于锂离子电池内部混入了金属小微粒造成的内部短路引起的电池起火。日本有关方面据此提议了“单电池强制内部短路试验”(单电池即电芯),并写入JIS C 8714:2007标准。2008年11月,日本政府正式推出锂离子蓄电池PSE认证要求,对2008年11月20号以后出口到日本的锂离子电池,凡是符合日本《电器用品平安法》中限定对象的都必须经过PSE认证,而“单电池强制内部短路试验”作为锂离子电池PSE认证的一个重要试验项目,成为进入日本的锂离子电池的一个重要技术壁垒。“单电池强制内部短路试验”是一个全新的试验项目,之前各种标准中并没有类似的试验内涵。本文将向读者先容“单电池强制内部短路试验”的试验条件和设备方法,并对其有用性实行探讨。

2.单电池强制内部短路试验的目的

“单电池强制内部短路试验”,是由日本有关方面最先提议的。2004年,日本某企业生产的笔记本电池产生起火,在详细研究剖析了电池起火的原因后,认为是由于在生产过程中,由于工艺控制疏漏,在锂离子电池内部混入了极微小的金属微粒,在电池使用中由于温度变化或各种撞击,金属微粒刺穿正、负极之间的隔膜,导致了电池内部短路,从而造成大量发热引发电池起火。由于在生产过程中混入金属微粒属于偶然事件,很难完全防止这种事情的产生。因此试图经过“强制内部短路试验”模拟这种金属微粒刺穿隔膜造成内部短路的情况,如果锂离子电池能包管在试验过程中不出现起火、爆炸危险,则可以有用包管即使在生产过程中电池内部混入了金属微粒,也无法刺穿正负极之间的隔膜;或者即使刺穿隔膜并造成了内部短路,仍然不会产生危及人身平安的起火、爆炸危险。

3.单电池强制内部短路试验条件

“单电池强制内部短路试验”的试验样品数量为10个,上、下限试验条件下各5个。其试验步骤分为:1.为试验实行的充电步骤;2.拆解电池放置小镍片;3.包卷回电池并使电池达到试验温度;4.施压步骤。

3.1为试验实行的充电步骤

“单电池强制内部短路试验”是对充满电的单电池实行试验,其充电条件为:分别在上限试验温度及下限试验温度下稳定1-4小时后,使用上限充电电压及最大充电电流,充电至定电压充电控制时的电流值变为0.05ItA为止。上、下限试验温度暗示电池可使用上限充电电压及最大充电电流时,电芯表面的最高温度和最低温度,之所以选在上、下限试验温度条件下充电,是按照锂电池的材料特性制定出来的。JIS C 8714提议的上、下限试验温度分别是45℃和10℃,上限充电电压为4.25V,该条件是按照此刻市面上比较普遍的锂离子电池(钴酸锂负极-碳正极)材料特性制定的,并不能代表所有的锂电池。JIS C 8714中提议,如果需要采用新的上、下限试验温度和上限充电电压,则需要实行一定的试验并补充资料依据。确定新上限充电电压的考察内涵包括:正极材料的结构稳定性、负极材料的锂吸纳性和电解液的结构稳定性等材料特性;确定新的上、下限试验温度时的考察内涵包括:正极材料的结构稳定性、电解液的结构稳定性等材料特性,需包管在新上限试验温度下的已充电电池的平安性,并且在新上限试验温度中加上5℃适用JIS C 8714第5.1款的充电条件,且符合第5.2~5.5款的试验要求;基于负极材料的锂离子吸纳性、电解液的锂离子移动度等(与温度相符合),需包管在新下限试验温度下的已充电电池的平安性,并且在新下限试验温度中加上-5℃适用5.1款的充电条件,且符合5.2~5.5款的试验要求。

3.2拆解单电池并放置小镍片

在周围温度20℃±5℃、结露点低于-25℃的环境下拆解单电池,并在正极活性物质与负极活性物质,以及正极铝箔和负极活性物质之间放置图1所示的小镍片。之所以选在结露点低于-25℃的环境下拆解单电池,是为了防止水汽影响电池的内部化学环境。本步骤应该尽或许快的完成,以尽或许减少拆解过程中电解液的蒸发及水汽对电池特性的影响。

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