锂电池安全测验项目剖析
截止今日，锂离子电池的运用现已取得了巨大的成功，特别是其广泛运用在了在移动电子产品。但不能忽视的是，自从锂离子电池大规模商业化推行以来，与其相关的安全事端就几乎没有中止过。锂离子电池的安全性现已成为限制其进一步开展的关键因素。鉴于电池资料系统、制作进程一致性等原因，对锂离子电池进行安全性检测将十分的重要。
现在针对锂离子电池的安全检测规范在不断的更新中，但其根本安全检测形式现已成型，各种常见的检测项目也已被广泛接收和选用。在安全检测项目中，每个检测项目都模仿了一种用户在运用进程中或许会发作的误（滥）用状况。如过充电测验模仿的是维护电路板失效的状况。因为模仿的状况不同，锂离子电池各个安全测验项目的难度显然是不同的。依据摩尔实验室（MORLAB）的以往检测经历，过充电、150℃热冲击、针刺、揉捏、高温短路、重物冲击等是常常发作失效（Fail）的项目。
因为内容规划面较多，因而咱们将分期介绍并剖析各种锂电池测验项目的相关程序、规范要求、失效原因以及对应的解决方案。本期咱们首要讲一下锂电池的热冲击测验项目。
热冲击：
以CTIA 关于契合IEEE1725规范的认证程序为例，其间与热冲击有关的条款：
SecTIon 4.2：
Test Procedure: 5 cells at 80% +/- 5%SOC to be placed in oven at ambient temperature. The oven temperature shall be ramped at 5 ± 2°C per minute to 150 ± 2°C. After 10 minutes at 150 ± 2°C, the test is complete.
Compliance: No fire, smoke, explosion or breaching of the cell is allowed within t he first 10 minutes. VenTIng is permitted.
SecTIon 4.50：
Test Procedure: 5 fully charged cells (per cell manufacture’s specifications) shall be suspended (no heat transfer allowed to non-integral cell components) in a gravity convection or circulating air oven at ambient temperature. The oven temperature shall be ramped at 5 ± 2°C per minute to 130 ± 2°C. After 1 hour at 130 ± 2°C, the test is ended.
Compliance: Cells shall not flame or explode when exposed to 130°C for 1h.
热冲击项目剖析：
现在规范中热冲击项目要求不尽相同，最常见的是热冲击到130°C并坚持1小时。其它的要求如：130°C /0.5h，150°C /10min，150°C /0.5h。 其间150°C /0.5h热冲击条件最常出现失效的状况。
失效原因剖析：
在热冲击测验进程中（如150℃），只要内部烘箱的热能、电池内部的活性物质的内能，以及贮存在锂离子电池中的电能。即使是150°C的烘箱温度也不会到达处于满充状况的电池中活性物质的着火点。那么很显然电池失效的原因为电池内部物质电能或许是内能的开释。足够多的热量被开释出来后，将引起电池内部剧烈的化学反响，终究将导致被测物而失效（Fail）。
在本测验中，电池自身热量发作的来历有以下几种或许：1）外部烘箱的热量传递；2）阳极化学反响的放热；3）阴极化学反响的放热；4）隔阂在高温下缩短或消融，导致阴阳极短路而开释出热量。
假如阳极资料的热稳定性差，高温下SEI膜分化反响激烈，则阳极在到达150℃后温度会持续上升，而且热失控而放出很多热。
假如阴极资料的热稳定性差，高温下其和电解液起反响（开始温度约150℃）所放出的热量不断堆集后终究使电池内部温度到达热失控而很多放热，此刻发送此现象一般是在到达150℃后的10～15分钟左右。
锂电池一切隔阂因为质料和工艺的不同，它的热稳定性也有所不同。聚丙烯（PP）资料的隔阂熔点在160℃左右，聚乙烯（PE）资料的隔阂熔点在130℃左右，多层隔阂的熔点与其组成成分有联系。当整个电池做150℃热冲击测验时，能够经过上面的原理进行剖析。
解决方案主张：
假如出现热冲击测验失效，依据上述描绘确认了电池的首要发热源后，能够选用热稳定性更高的资料来优化或许改动规划份额方法，使电极在满充状况时处于比较稳定的电压状况。
摩尔实验室（MORLAB）的电池测验团队在实践检测工作中堆集了很多的电池查验数据和相关的实践查验经历。但鉴于篇幅就不过多的展开了，其它测验项目的剖析咱们将在后续几期中予以连续弥补。
在锂离子电池的安全检测项目中，每个检测项目都模仿了一种有或许发作的误（滥）用状况。如过充电测验模仿的是维护IC失效的状况。因为模仿的状况不同，锂离子电池各个安全测验项目的难度显然是不同的。依据检测经历，过充电、150℃热冲击、针刺、揉捏、高温短路、重物冲击等是常常发作失效的项目。
在上一期中咱们介绍了热冲击测验项目的程序、规范要求、失效原因剖析以及解决方案主张详细请详见上期《锂电池安全测验项目剖析（一）》。本期咱们将侧重介绍锂电池的过充电测验。
过充电项目
（一）现在对应一般锂电池的国际规范：
以IEC62133规范及现在一般锂电池的国内行业规范为例，其间与过充电有关的条款如下：
Section 4.3.9 of IEC 62133:2002
测验流程: The cell is discharged as described in IEC 61960, then charged from a power supply of ≥10 V, at the charging current Irec, recommended by the manufacturer, for 2,5 C5/Irec h.
测验判据: No fire, no explosion.
（二）现在对应一般锂电池的国内行业规范:
测验流程: 电池充满电，之后以3C5A充电，直至电池电压为4.6V/4.8V5V，电流降至挨近0A。实验直到电池出现起火、爆破，或电池表面温度降到比峰值低10℃，完毕实验。
测验判据: 不起火、不爆破
（三）规范剖析：
关于终端用户来讲，因为所运用的均是带有维护IC的 Battery Pack，正常状况下会有过充电维护，然后阻挠电池过度充电。但假如维护IC反常失效，则电芯接受必定过充电才能就显得重要了，现在次品充电器和次品Battery Pack在市场上众多，对顾客来说这也添加了电池被过充电的或许性和风险性。 现阶段关于一般电子产品锂电芯而言，最通用的过充电规范是3C/4.6V 或3C/4.8V，但也有更为严厉的要求如3C/5.0V、1C/10V、1C/12V、3C/10V等，这些严厉的要求就需要经过优化规划或更改资料来到达了。
（四）失效原因剖析：
经过对过充后而未起火爆破的电芯进行解剖调查，一般咱们能够发现如下现实：
① 内部有少数的气体生成；
② 负极出现金黄色至微赤色，之后敏捷变白色。放入水中，有十分剧烈的反响；
③ 正极出现灰色；
④ 集流体Al箔和Cu箔没有显着的改变；
⑤ 经过DSC等手法，可发现隔阂也没有发作显着的改变；
经过锂电池的充放电机理及实践过充现象的剖析咱们知道在过充电时，过量的锂离子从正极脱出，嵌入或堆积到电池负极上，使得两个电极的热稳定性变差，正极倾向于分化并开释化学能同时会发作很多的热，开释出氧气能够催化电解液的分化。当温度足够高时，将引起负极的化学反响，负极上堆积的活性金属锂与溶剂反响后放热，使化学能转换为热能，电池的温度将由此敏捷升高，终究导致热失控而发作风险事端。
锂电池过充状况下的电流率也是影响电池过充功能的重要因素，尤其是高容量电池更是如此。这首要是因为电池中的锂与电池负极中的石墨碳构成LiC6n化合物，其的反响速度是必定的。在小电流充电时，不会构成锂原子堆积，因而比较安全。在大电流时构成锂原子速度会比构成LiC6n速度快，因而在此状况下会构成锂原子堆积，电池易发作负反响或构成锂枝晶，然后导致放出很多的热量而发作风险。
电池容量的大小会影响电芯的产热、散热速率，相同也是一个影响电池过充功能的重要因素。在相同的化学系统下，低容量电池过充功能会优于高容量电池，这也是为什么高容量锂电池相对不安全的原因之一。
（五）解决方案主张：
依据上述失效剖析，咱们能够有针对性的选用热稳定性更好的资料（如有过充添加剂的电解液，在过充电时添加剂聚合，添加电池内阻，以下降发热量）来添加防过充功能，减小体密度在必定程度上也能够优化过充功能。关于终端电子产品规划者及运用者来讲，应尽量防止使电池大电流充电。
