强制内短路测试.

锂离子单电池强制内部短路试验

日期：2010-12-17 点击( 1222 )

Forced internal short circuit test of lithium ion cells

彭琦，刘群兴，叶耀良（中国赛宝实验室，广东广州 510610）

PENG Qi, LIU Qun-xing, YE Yao-liang (China CEPREI Laboratory, Guangdong

Guangzhou 510610)

摘要：本文阐述了JIS C 8714：2007标准中单电池强制内部短路试验条件和方法，说明了各个试验步骤的要求和意图，总结了内部短路试验的注意事项，介绍了试验设备，并对强制内部短路试验的有效性进行了探讨。

Abstract: This paper introduces the test requirement and procedure for forced internal short circuit test of lithium ion cells in standard JIS C 8714：2007. It introduces test equipment, the requirement and purpose for each test step, summarized the notes for the forced internal short circuit test, and also studies the efficiency for this test.

关键词：锂离子；单电池；JIS C 8714；强制内部短路；上限试验温度；下限试验温度

Key words: lithium ion; cell; JIS C 8714; forced internal short circuit test; highest test temperature; lowest test temperature

1.引言

2004年，日本某公司生产的笔记本电池发生起火事件，在详细研究分析了

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出了“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《电器用品安全法》中规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容。本文将向读者介

绍“单电池强制内部短路试验”的试验条件和设备方法，并对其有效性进行探讨。

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出的。2004年，日本某公司生产的笔记本电池发生起火，在详细研究分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发生。因此试图通过“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，如果锂离子电池能保证在试验过程中不出现起火、爆炸危险，则可以有效保证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安全的起火、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.为试验进行的充电步骤；2.拆解电池放臵小镍片；3.包卷回电池并使电池达到试验温度；4.施压步骤。

3.1 为试验进行的充电步骤

“单电池强制内部短路试验”是对充满电的单电池进行试验，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、下限试验温度表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，是根据锂电池的材料特性制定出来的。JIS C 8714

提出的上、下限试验温度分别是45℃和10℃，上限充电电压为4.25V，该条件是根据目前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中提出，如果需要采用新的上、下限试验温度和上限充电电压，则需要进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容包括：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容包括：正极材料的结构稳定性、电解液的结构稳定性等材料特性，需保证在新上限试验温度下的已充电电池的安全性，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（与温度相应），需保证在新下限试验温度下的已充电电池的安全性，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 拆解单电池并放臵小镍片

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臵图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。本步骤应该尽可能快的完成，以尽可能减少拆解过程中电解液的蒸发及水汽对电池特性的影响。