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密封的便携式二次电芯和电池检测

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发布时间：2025-06-18 08:31:56 更新时间：2025-06-17 08:31:56

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

密封的便携式二次电芯和电池检测

随着便携式电子设备（如智能手机、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设备、电动工具等）的飞速发展和普及，以及电动汽车、储能系统的兴起，密封的便携式二次电芯（如锂离子、锂聚合物）及其组成的电池组已成为现代社会的核心能源载体。其安全性和可靠性直接关系到消费者生命财产安全和产品信誉。由于这类电池通常采用密封结构设计以容纳电解液并防止外部污染，一旦内部发生热失控、短路、过度充电/放电、机械损伤等故障，可能导致起火、爆炸、漏液或释放有毒气体等严重后果。因此，对密封的便携式二次电芯和电池进行严格、科学、全面的检测，是确保其在设计寿命内安全、稳定、高效工作的关键环节，也是相关产品进入市场前必须满足的强制性要求。

关键检测项目

针对密封的便携式二次电芯和电池的检测，涵盖安全、性能、环境适应性和可靠性等多个维度，主要项目包括：

安全性能检测： 这是重中之重，包括：

电芯：过充电、强制放电、外部短路、热滥用（热冲击）、挤压、针刺、重物冲击、振动、温度循环、低气压（模拟高空）等测试。
电池组：除包含电芯测试项外，还需进行过充电保护、过放电保护、短路保护、耐压（绝缘）、温升、跌落、应力消除、壳体应力、防火（火焰喷射）、故障蔓延等测试。
密封性检测：验证电池壳体或封装的密封完整性，防止电解液泄漏。

电性能检测： 评估其基本工作能力和效率，包括：容量（额定/循环）、能量/功率密度、充放电效率、倍率性能（不同电流下的充放电能力）、内阻、自放电率、循环寿命、荷电保持能力、静态/动态负载下的电压特性等。

环境适应性检测： 模拟实际使用或存储环境，包括：高低温充放电性能、高低温存储、温度循环、恒定湿热、交变湿热、低气压（高海拔）、盐雾等。

机械可靠性检测： 验证其抵抗物理应力的能力，包括：振动（正弦/随机）、机械冲击、自由跌落、翻转、撞击、耐挤压（针对电池组外壳）等。

滥用安全性检测： 模拟极端误用情况下的极限安全性能，如：外部火烧、弹射（针对大型电池）、海水浸泡等。

核心检测仪器

完成上述复杂多样的检测项目需要依赖一系列精密的专业仪器设备：

电池充放电测试系统： 用于精确控制充放电过程，测量电压、电流、容量、内阻、温度等参数，进行循环寿命、倍率性能、容量等测试。
环境试验箱： 提供可控的温度（高温、低温）、湿度、气压环境，进行温循、湿热、存储、低气压等测试。
安全性能测试设备：
- 过充/过放/短路测试仪
- 热滥用（热冲击）试验箱
- 挤压试验机
- 针刺试验机
- 重物冲击试验机
- 振动试验台（电动/液压）
- 跌落试验台
- 燃烧（火焰喷射）试验装置
机械可靠性测试设备： 振动台、冲击试验机、翻转试验机等。
密封性检测设备： 氦质谱检漏仪（高精度）、水检设备（粗检）等。
数据采集与监控系统： 实时监测电池在测试过程中的电压、电流、温度（多点，包括表面和关键内部点）、气压、形变等参数。
热成像仪： 用于非接触式测量电池表面温度分布，快速定位热点。

主要检测方法

检测方法需严格遵循相关标准的规定，确保测试条件的统一性和结果的可比性、重现性：

标准化测试流程： 严格按照标准（如IEC, UL, GB等）中规定的测试步骤、条件（温度、湿度、充放电电流/电压/截止条件、测试时间/循环次数、施加的机械力大小/方向/速率等）、样品数量、预处理要求进行操作。
加速老化测试： 如通过提高温度、充放电倍率或循环次数来加速评估电池的长期性能（如循环寿命）和可靠性。
破坏性与非破坏性测试： 安全测试（如针刺、挤压）通常是破坏性的；而大部分性能测试（如容量、内阻）、环境测试、部分机械测试（如振动）可以在不破坏样品的前提下进行。
原位监测： 在测试过程中，利用数据采集系统实时监控电池的关键参数（电压、电流、温度），记录异常变化。
失效分析： 当测试中发生失效（如热失控、泄漏），需通过拆解（需在安全条件下）、材料分析（SEM, EDS, XRD, FTIR等）、电化学分析等手段深入研究失效原因。

重要检测标准

全球范围内针对便携式二次电池（尤其是锂离子电池）已建立了完善的标准体系，主要标准包括：

国际标准：
- IEC 62133系列 (含 Part 1: 镍系, Part 2: 锂系)：便携式密封二次电池和由其制成的便携式电池的安全要求。这是全球最广泛认可的基础安全标准。
- IEC 62619: 工业用含碱性或其他非酸性电解质的二次电池和电池组的安全要求 - 也常被用于大型便携式设备（如电动工具、吸尘器）的电池。
- IEC 60086系列：原电池标准，部分测试方法可参考。
区域/国家标准：
- 欧盟：EN 62133系列 (等同IEC 62133)，以及涉及CE标志的其他指令要求（如EMC, RoHS, REACH）。
- 北美：
  - UL 1642：锂电芯安全标准。
  - UL 2054：家用和商用电池组安全标准。
  - UL 62133：基于IEC 62133的北美版本。
- 中国：
  - GB 31241：便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全技术规范（强制性国家标准，市场准入核心要求）。
  - GB/T 18287：移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范（涵盖性能和安全）。
  - GB 38031：电动汽车用动力蓄电池安全要求 - 部分测试方法可参考用于大型便携电池。
- 日本：JIS C 8712 (基于IEC 62133), JIS C 8714 (用于便携设备的锂离子电池安全)。
- 韩国：KC 62133 (基于IEC 62133)。
联合国运输法规： UN/DOT 38.3 (ST/SG/AC.10/11/Rev.8)：针对危险品运输的锂电池测试标准，涵盖各种滥用测试（高度模拟、温循、振动、冲击、外短、过充、强制放电）和包装要求。产品运输前必须满足。
特定应用标准： 如IEC 61960 (便携式锂电池性能)， IEEE 1725 (手机电池安全), IEEE 1625 (笔记本电脑电池安全)等。