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电池安全检测无小事,别让手机变手雷!
来源: | 作者:admin | 发布时间: 2019-05-08 | 1848 次浏览 | 分享到:
随着消费者对锂离子电池电性能及安全性要求的日益提升,各电池制造商以及各国主管部门、行业协会等有必要对锂离子电池安全性能的检测的重视,提高锂离子电池安全性能检测水平是大趋所势。
4月30日,一名韩国网友在论坛上晒出了自己的三星S10 5G版手机自燃后的照片。从照片中可以看到,手机烧毁严重,所幸没有造成人员伤害。


消息传出以后,手机爆炸的问题自然又再一次引起了关注。除了在网络引发大量讨论外,5月5日,CCTV今日说法栏目还播出了《爆炸的手机》,曝光了多起手机爆炸案件。虽然节目只点名了三星,但这同样是对所有的厂商一个警醒,任何产品的第一要务是安全,对消费者的安全负责是任何厂商不可推卸的责任。为了保证出厂产品的安全性,出厂前的安全检测是必不可少且不能马虎的,下面小编给大家科普一下手机电池安全检测的一些知识点。

电池主要分为三大类:

01 化学电池
化一次电池、二次电池(铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池、锂离子电池)、燃料电池

02 物理电池
太阳能电池、双层电气电容、热电池

03 生物电池
酶解电池、微生物电池
锂电池(Lithium Battery,简写成LB)
锂一次电池(又称锂原电池,Primary LB)
锂二次电池(又称锂可充电电池,Rechargeable LB)

手机电池类型

手机电池多以锂电池为主,锂电池 (Lithium Cell) 是指电化学有锂的最基本电化学单位, 包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物。锂电池分为2类:一是锂金属电池;二是锂离子电池。目前, 手机电池以锂离子电池为主, 同时, 锂离子电池也分为2类:一类是锂离子电池, 使用较为普遍;另一类是锂离子聚合物电池。

锂离子电池工作原理
锂离子电池一般是使用正极材料、负极材料、尖水电解质、隔膜、外壳和电极引线的电池。
正极工作原理:
Li Co O2==Li (1-x) Co O2+XLi++Xe- (电子)
负极工作原理:6C+XLi++Xe-=Lix C6
充电电池总工作原理:Li Co O2+6C=Li (1-x) Co O2+Lix C6

锂电池爆炸的原因


一、外部短路

外部短路可能由于操作不当,或误使用所造成,由于外部短路,电池放电电流很大,会使电芯的发热,高温会使电芯内部的隔膜收缩或完全坏坏,造成内部短路,因而爆炸。外部短路可能的工位:
1、上电芯未对好,造成正负极接触;
2、电芯在周转过程中打火;
3、用户在使用时正负极短路;
4、保护线路板失效。

二、内部短路
由于内部产生短路现象,电芯大电流放电,产生大量的热,烧坏隔膜,而造成更大的短路现象,这样电芯就会产生高温,使电解液分解成气体,造成内部压力过大,当电芯的外壳无法承受这个压力时,电芯就会爆炸。内部短路的工位:
1、正负裁大片毛刺;
2、正负极分小片掉料;
3、正负极分小片毛刺;
4、负极铆焊未拍平,有毛刺;
5、卷绕不齐;
6、隔膜纸有砂眼;
7、压扁时压力太大;
8、组装短路电芯未检出;
9、组装微短路电芯下流;
10、激光焊短路电芯未检出;
11、烘烤时温度太高烘坏隔膜;
12、上部胶位置不对;
13、高温胶纸包住负极耳;
14、贴底部胶未完全包住底部。

三、过充
电芯过充电时,正极的锂过度放出会使正极的结构发生变化,而放出的锂过多也容易无法插入负极中,也容易造成负极表面析锂,而且,当电压达到4.5V以上时,电解液会分解生产大量的气体。上面种种均可能造成爆炸。过充可能的工位:
1、预充时电流设置过大;
2、预充柜个别点电流过大;
3、电芯容量不足;
4、检测时电流设置过大;
5、检测时个别点电压偏大;
6、用户使用时充电器电压偏大。

四、过放
电池正常放电至截止电压后,继续放电。由于负极中需要保持一定的锂离子才能保持结构的稳定,过放使更多的锂离子迁出,破坏了负极的稳定结构,造成负极不可逆的损坏 。甚至使负极铜箔溶解沉积到隔膜上,使正负极直接短路产生爆炸。

五、水份含量过高
水份可以和电芯中的电解液反应,生产气体,充电时,可以和生成的锂反应,生成氧化锂,使电芯的容量损失,易使电芯过充而生成气体,水份的分解电压较低,充电时很容易分解生成气体,当这一系列生成的气体会使电芯的内部压力增大,当电芯的外壳无法承受时,电芯就会爆炸。

六、负极容量不足
当正极部位对面的负极部位容量不足,或是根本没有容量时,充电时所产生的部分或全部的锂就无法插入负极石墨的间层结构中,会析在负极的表面,形成突起状“枝晶”,而下一次充电时,这个突起部分更容易造成锂的析出,经过几十至上百次的循环充放电后,“枝晶”会长大,最后会刺穿隔膜纸,使内部产生短路。负极容量不足的工位:
1、正极来料容量偏高;
2、负极来料容量偏低;
3、正负极搅拌不均;
4、正极敷料量偏大;
5、正极涂布不均;
6、正极头尾部堆料;
7、负极涂布不均;
8、负极暗痕;
9、负极划痕;
10、负极凹点;
11、负极露箔;
12、负极颗粒;
13、负极压片时压死;
14、正负极分档配对错误;
15、负极包不住正极;

锂电池安全检测标准


目前锂电池的各种标准主要从三个角度考察锂电池的安全及电性能:

1、电池使用安全性能;
2、环境适应性;
3、电性能。


对应标准

应用安全性能

(电芯、电池)

环境适应性能

(电芯、电池)

电性能

(电芯、电池)

GB31241

1.常温外部短路

2.高温外部短路

3.过充电

4.强制放电

5.过压充电

6.过流充电

7.欠压充电

8.过载

9.短路

10.反向充电

11.静态放电

12.过压充电保护

13.过流充电保护

14.欠压放电保护

15.过载保护

16.短路保护

17.耐高压

1.低气压

2.温度循环

3.振动

4.加速度冲击

5.跌落

6.挤压

7.重物冲击

8.热滥用

9.燃烧喷射

10.应力消除

11.高温

12.洗涤

13.阻燃要求

电池容量测试

GB/T 18287

1.热冲击

2.过充电

3.短路

4.重物冲击

5.过充电保护

6.过放电保护

7.短路保护

1.恒定湿热性能

2.振动

3.碰撞

4.自由跌落

1.0.2C5A放电性能

2.1C5A放电性能

3.高温性能

4.低温性能

5.荷电保持能力

6.循环寿命

7.贮存

IEC 61960

——

——

1.20℃放电

2.-20℃放电

3.高速率放电

4.荷电保持及恢复

5.长时间贮存

6.循环能力

7.ESD

8.内阻

IEC 60086-4

1.外部短路

2.强制放电

3.不正常充电

4.错误安装

5.过放电

1.低气压

2.温度循环

3.振动

4.冲击

5.撞击

6.挤压

7.自由跌落

8.温度冲击


——

IEC 62133

1.持续低速率充电

2.外部短路

3.强迫放电

4.高速率充电

5.过充电

1.振动

2.机械冲击

3.温度循环

4.自由跌落

5.热冲击

6.挤压

7.低气压

8.电池外壳应力

——

MITI(1962:No.85)

1stClause: Appendix 9


1.外部短路

2.强制内部短路

3.过充电保护

1.热冲击

2.挤压

3.跌落

——

UL 1642

1.外部短路

2.异常充电

3.强制放电

1.挤压

2.重锤冲击

3.热冲击

4.温度循环

5.机械冲击(碰撞)

6.低气压

7.振动

8.弹射

——

UL 2054

1.外部短路

2.异常充电

3.滥充电

4.强制放电

5.限功率测试

6.元器件温升

1.挤压

2.重锤冲击

3.热冲击

4.温度循环

5.振动

6.燃烧

7.机械冲击(碰撞)

8.跌落

9.250N挤压

10.外壳应力

11.外壳防火

——


不同标准对电池的检测各有侧重:

IEC61960主要侧重于锂电池的电性能测试;
IEC62133和日本JISC8714要求侧重于产品使用安全和环境适应性安全;
GB/T18287不仅包含了部分安全检测项目,还涵盖了性能测试;
UL2054和UL1642则全面考察电芯和电池在各种使用环境下,包括故障条件、重压条件、燃烧条件下的安全性。

电池安全性能检测标准简介


目前,应用得较为广泛的国际标准是国际电工委员会(IEC)的锂离子电池标准。根据各自的需求,国际航空运输协会(IATA)、联合国危险货物运输专家委员会及国际民用航空组织(ICAO)等机构,也制定了相关的锂离子电池运输安全标准,并得到广泛应用。此外,一些国家及组织,如美国保险商实验室(UL)、美国电气及电子工程师学会(IEEE)和日本国家标准局(JIS)制定的关于锂离子电池的安全标准,也有广泛的影响。这些标准的检测项目相似,但是测试的条件有所不同。
应用较多、影响范围较广泛的国际标准有4个。联合国《联合国危险物品运输试验和标准手册》(UN38.3)

和IEC62281:2012《运输中锂原电池和电池组及锂蓄电池和电池组的安全》均侧重于锂离子电池在运输中的安全测试和安全要求,主要针对锂离子电池在运输过程中的外部环境及机械振动进行模拟,试验项目包括高度模拟、温度试验、振动、冲击、外短路、撞击、过度充电和强制放电等8项,要求电池在测试过程中,应保证包装不脱落、不变形、无质量损失、不漏液、不泄放、不短路、不破裂、不爆炸且不着火。

UL1642:2009《锂电池》适用于在产品中作电源用的一次(非充电的)和二次(可充电的)锂电池,标准的目的是减少锂电池在产品使用时着火或爆炸的危险。标准中关于电池的电性能测试,包括短路试验、不正常充电试验和强制放电试验;机械试验包括挤压试验、撞击试验、冲击试验和振动试验;环境试验包括热滥用、温度循环试验、高空模拟试验和抛射体试验等。试验要求,被测电池在试验过程中不起火、不爆炸、不漏液、不排气、不燃烧,且包装不破裂。

IEEE1625:2008《笔记本电脑用可充电电池标准》和IEEE1725:2006《移动电话用可充电电池标准》主要是对便携式计算机和蜂窝电话用蓄电池的设计、生产和开发建立统一的准则,主要涉及电池和电池组有关的电子、物理结构、化学成分、加工流程、质量控制及包装技术等领域。相对于其他电池标准普遍重视电池或电池组的情况,上述标准分别对电芯、电池、主机节点、电源附件、消费者和环境等几个方面进行了综合性考虑。这两项标准均侧重于设计和制造过程,针对电池后期的使用问题,尤其是安全性问题涉及不多。

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