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鋰離子電池（高功率）檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-25 20:31:11 更新時(shí)間：2025-07-24 20:31:11

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

鋰離子電池（高功率）檢測(cè)：關(guān)鍵項(xiàng)目、方法與標(biāo)準(zhǔn)

鋰離子電池憑借其高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和較低的自放電率，已成為現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車（EV）、電動(dòng)工具、無(wú)人機(jī)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心動(dòng)力來(lái)源。其中，高功率鋰離子電池（High-Power Lithium-ion Battery）專為需要瞬間大電流放電或快速充放電的應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)，例如電動(dòng)工具的啟動(dòng)、電動(dòng)汽車的加速、電網(wǎng)調(diào)頻等。這類電池對(duì)功率密度、倍率性能、熱管理及安全性提出了更嚴(yán)苛的要求。因此，對(duì)高功率鋰離子電池進(jìn)行系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測(cè)與評(píng)估，是保障其性能達(dá)標(biāo)、使用安全可靠、延長(zhǎng)使用壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。檢測(cè)貫穿于電池的研發(fā)、生產(chǎn)、出廠及使用維護(hù)的全生命周期，涉及多項(xiàng)物理、電化學(xué)及安全性能指標(biāo)。

檢測(cè)項(xiàng)目

高功率鋰離子電池的檢測(cè)項(xiàng)目主要圍繞其核心特性展開，主要包括：

1. 基本電性能： 開路電壓、額定容量、內(nèi)阻（ACIR/DCIR）。內(nèi)阻是衡量高功率電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)，直接影響其大電流放電能力和溫升。

2. 倍率性能： * 放電倍率性能： 在不同倍率（如1C, 3C, 5C, 10C甚至更高）下恒流放電至截止電壓，測(cè)量其放電容量、放電平臺(tái)電壓、能量/功率密度及溫升。 * 充電倍率性能： 在高倍率（如1C, 2C, 3C）下恒流充電至截止電壓（或結(jié)合恒壓階段），評(píng)估其充電時(shí)間、充電效率、容量恢復(fù)率及溫升。 * 脈沖放電性能： 模擬實(shí)際應(yīng)用中的瞬時(shí)大電流需求，測(cè)試特定脈寬（如10s, 30s）和占空比下的大電流脈沖放電能力、電壓降及溫升。

3. 循環(huán)壽命： 在高倍率充放電條件下（模擬實(shí)際工況），進(jìn)行規(guī)定的充放電循環(huán)，監(jiān)測(cè)容量保持率/衰減率、內(nèi)阻變化、庫(kù)侖效率等，評(píng)估其長(zhǎng)期使用下的耐久性。

4. 溫度特性： * 高低溫放電性能： 在高溫（如45°C, 60°C）和低溫（如0°C, -20°C）環(huán)境下進(jìn)行倍率放電，評(píng)估其容量發(fā)揮、電壓平臺(tái)及功率輸出能力。 * 溫升測(cè)試： 在特定倍率充放電過(guò)程中，精確測(cè)量電池表面或內(nèi)部的溫度變化，是安全性和熱管理設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

5. 安全性能： 高功率電池在大電流工作時(shí)更容易產(chǎn)生熱失控風(fēng)險(xiǎn)，安全測(cè)試尤為重要： * 電氣安全： 過(guò)充電、過(guò)放電、外部短路測(cè)試。 * 機(jī)械安全： 擠壓、針刺、跌落、振動(dòng)、沖擊測(cè)試。 * 環(huán)境安全： 熱濫用（高溫烘烤）、溫度循環(huán)、低氣壓（模擬高空）測(cè)試。 * 失效分析： 測(cè)試后檢查是否發(fā)生起火、爆炸、漏液、冒煙等。

6. 自放電率： 評(píng)估電池在存儲(chǔ)過(guò)程中容量的損失速率。

檢測(cè)儀器

完成上述檢測(cè)項(xiàng)目需要專業(yè)的儀器設(shè)備：

1. 電池測(cè)試系統(tǒng)： 核心設(shè)備，需具備高精度電壓電流采集、高響應(yīng)速度、大電流輸出/吸收能力（可達(dá)數(shù)百安培甚至更高），能夠精確執(zhí)行恒流、恒壓、恒功率、脈沖、工況模擬等復(fù)雜測(cè)試程序，并同步記錄電壓、電流、溫度、容量、能量、時(shí)間等數(shù)據(jù)。知名品牌如Arbin, Chroma, Maccor, Digatron, Neware等。

2. 內(nèi)阻測(cè)試儀： 專門用于測(cè)量交流內(nèi)阻或直流內(nèi)阻，精度高，測(cè)試速度快。

3. 高低溫試驗(yàn)箱： 提供可控的溫度環(huán)境（如-40°C至150°C），用于溫度特性測(cè)試。

4. 安全測(cè)試設(shè)備： * 擠壓試驗(yàn)機(jī)： 施加規(guī)定壓力（如13kN）。 * 針刺試驗(yàn)機(jī)： 使用規(guī)定直徑鋼針以特定速度穿透電池。 * 跌落試驗(yàn)臺(tái)： 完成規(guī)定高度和姿態(tài)的自由跌落測(cè)試。 * 振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)： 模擬運(yùn)輸或使用中的振動(dòng)環(huán)境。 * 沖擊試驗(yàn)機(jī)。 * 熱濫用試驗(yàn)箱： 精確控制高溫環(huán)境。 * 短路測(cè)試裝置： 包含低阻值負(fù)載、保護(hù)裝置及記錄設(shè)備。

5. 溫度測(cè)量設(shè)備： 熱電偶、紅外熱像儀（用于非接觸式快速測(cè)溫）、多通道溫度記錄儀。

6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 配合各類傳感器，實(shí)時(shí)采集和記錄測(cè)試過(guò)程中的各種參數(shù)。

7. 輔助設(shè)備： 電子負(fù)載（部分測(cè)試）、絕緣電阻測(cè)試儀、電壓表、電流表等。

檢測(cè)方法

高功率鋰離子電池的檢測(cè)方法通常依據(jù)具體的檢測(cè)項(xiàng)目和選定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)行，但核心流程通常包括：

1. 樣品準(zhǔn)備： 選定代表性樣品，進(jìn)行外觀檢查，記錄初始信息（型號(hào)、批次、生產(chǎn)日期等），按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行預(yù)循環(huán)（Formation）和容量篩選（篩選出容量在容差范圍內(nèi)的樣品）。

2. 測(cè)試條件設(shè)置： 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或試驗(yàn)大綱，在電池測(cè)試系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備上精確設(shè)置測(cè)試參數(shù)，包括： * 充放電程序（電流/功率大小、截止電壓、時(shí)間、靜置時(shí)間、循環(huán)次數(shù)）。 * 溫度環(huán)境（設(shè)定高低溫箱溫度）。 * 脈沖參數(shù)（電流幅值、脈寬、間隔、次數(shù)）。 * 安全測(cè)試條件（壓力、針刺速度、跌落高度、振動(dòng)譜、溫度等）。

3. 測(cè)試執(zhí)行與監(jiān)控： 啟動(dòng)測(cè)試程序，設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行。測(cè)試過(guò)程中需密切監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)（電壓、電流、溫度），特別是安全測(cè)試，需在安全防護(hù)條件下（如防爆箱）進(jìn)行，并配備滅火裝置，實(shí)時(shí)觀察電池狀態(tài)（是否冒煙、起火、爆炸）。

4. 數(shù)據(jù)記錄與分析： 測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)記錄所有過(guò)程數(shù)據(jù)。測(cè)試完成后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析（如計(jì)算容量、能量、功率、效率、溫升、容量衰減率、峰值溫度等），并與標(biāo)準(zhǔn)要求或產(chǎn)品規(guī)格書進(jìn)行比對(duì)。

5. 結(jié)果判定與報(bào)告： 根據(jù)分析結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)中的通過(guò)/失敗準(zhǔn)則，判定電池是否合格，并出具詳細(xì)、規(guī)范的檢測(cè)報(bào)告。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

鋰離子電池（包括高功率型）的檢測(cè)遵循一系列國(guó)際、國(guó)內(nèi)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保檢測(cè)的規(guī)范性和結(jié)果的可比性：

1. 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： * IEC 62660 系列： 電動(dòng)道路車輛用鋰離子單體蓄電池（包含動(dòng)力型，即高功率/能量兼顧型電池），分部分規(guī)定了電性能、可靠性和濫用測(cè)試要求（IEC 62660-1, -2, -3）。 * IEC 62133 系列： 含堿性或非酸性電解液的二次單體電池和電池組的安全要求（便攜式應(yīng)用），最新版為IEC 62133-1 (鎳系) / IEC 62133-2 (鋰系)。 * UN/DOT 38.3： 《關(guān)于危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》第38.3節(jié)，鋰電池運(yùn)輸安全測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2. 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（中國(guó)）： * GB 38031-2020： 《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》 - 中國(guó)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池（包括單體、模組、包/系統(tǒng)）的安全性能提出了強(qiáng)制要求。 * GB/T 31484-2015, GB/T 31485-2015, GB/T 31486-2015： 電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池循環(huán)壽命、安全要求及電性能要求的推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 * GB 31241-2014： 《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組