电池安全测试之过充电测试

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电池安全测试之过充电测试 [复制链接]

电池安全测试之过充电测试

 

最近，涉及锂离子电池的火灾事故发生多起，大家对电池安全也越来越关心。电池安全测试分为很多种，其中过充测试是安全测试的一类？ 典型的安全测试包括过充测试、外部短路测试、过放测试和内部短路测试。本页包含有关锂离子电池过充测试的信息。

 

1、电池安全测试和过充测试的定位

 

有一种测试叫做安全测试，用来评估锂离子电池的安全性。如果对锂离子电池施加压力、使其变形或燃烧，锂离子电池可能会爆炸或着火。因此，安全性也是电池设计的重要参数之一。为了确定电池是否安全并超过一定水平，电池认证机构会进行安全测试，如果电池超过认证机构的标准，则可以在电池上贴上认证标志。就像饮料上的安全标志一样，如果产品有认证标志，意味着它对电池是安全的，顾客会感到更放心，他们更有可能想要购买它，不是吗？典型的安全测试包括过充电测试、外部短路测试、内部短路测试和过放电测试，如果产品通过了一系列这些测试，就会获得认证标志。

 

本次介绍了过充电测试，该测试评估电池安全测试中的抗过充电能力。耐过度充电是整体安全性最重要的方面之一，因为过度充电会导致电池达到高温，导致电池膨胀，严重时甚至导致爆炸或起火。

 

2、过充电测试方法

 

评估耐过充电能力的过充电测试的内容和严重程度根据每个认证机构和将电池纳入抽样产品的制造商的要求而有所不同。其中，以下对常用的测试用电池示例及测试方法进行说明。

 

①评价用电池的准备

 

假设我们正在评估容量为10Ah（10,000mAh）的电池，该电池使用钴酸锂作为正极活性材料，石墨作为负极活性材料，普通有机电解质作为电解质，层压材料作为外部材料。假设正常使用时的上限电压设置为4.2V，我们假设以4.2V、1C CCCV充电3小时将电池充满（SOC 100%）。该电池将接受过充电测试。 

  

 ②过充设备和测量设备的准备

 

主要前提是即使电池爆炸或着火，也要在安全的地方进行测试。准备一个直流电源，用电流线连接直流电源和电池。 此时，在电流线之间插入称为分流电阻器的测量装置，该测量装置可以根据电压降计算电流值。然后，准备一个数据记录器来测量过度充电期间流动的电流、电池电压和温度，这是分析所必需的。不要忘记准备电压测量线以使用记录仪测量电流和电压，并准备热电偶以测量温度。设置好后如下图所示，就可以开始测试了。

 

③ 测试条件示例

 

如上所述，过充电测试的测试条件根据认证机构的不同而有所不同。假设我们在严格的条件下进行了以下测试。假设从充满电状态进行1C 10V CCCV充电，当发生热失控或当温升消退而没有热失控时结束测试。

 

3、过充电测试结果示例

 

过充电测试结果示例①（分离器关闭功能未动作时）

 

过充电测试开始，Li离子开始从正极活性物质钴酸锂中脱出，超出正常稳定工作范围。充电电流约为1C，测试开始后约1小时内电压会逐渐升高。大约一个小时后，随着正极电位的升高，电解液开始氧化分解，导致电池发热。

 

此外，各种放热反应的协同效应，例如钴酸锂晶体结构崩溃时释放的氧气的反应以及负极与电解液之间的反应，导致电池温度迅速升高。这里，随着温度升高，多孔隔膜的孔被堵塞，这被称为隔膜关闭功能，它迅速增加电池的内阻并停止电池的反应和热失控。随着电阻迅速上升，电压根据欧姆定律迅速上升，达到10V，并进入CV模式，电流被节流。但如果由于过度充电等原因导致电池发热率过高，关机功能可能无法及时响应，导致热失控。  

 

下面是这种情况下的数据示例，其中温度突然升高并发生热失控。发生热失控时，最高温度可达数百度，具体取决于电池，并且电池破裂或起火的情况很多。对于普通电池，每个制造商都会采取不同的措施，例如使用停止充电的系统来防止过度充电，或者增加电池的安全性，以便即使系统出现故障也可以使用。     

   

 

 

过充电测试结果示例②（分离器关闭功能激活时）

 

另一方面，如果分离器的关闭功能正常工作，它将在温度较高的点处转向，如下图所示。

 

例如，有时回转温度达到100℃以上，电解液沸腾，反应结束，仅产生水蒸气（不发生热失控）。在叠层电池的情况下，如果由于诸如上述情况的异常而产生气体，则密封部破裂并且内部压力降低，这防止电池破裂。

 

此外，在非层压罐的情况下，为了防止内部压力升高，电池配备有安全阀，当电池受到一定压力时，该安全阀会打开，当该阀激活时，可防止内部压力升高。电池爆炸。   

 

 

 

过充电测试的判断标准根据每个制造商和认证机构的不同而有所不同，但在许多情况下，通过的条件是没有爆炸或着火。