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675881230

银虫 (小有名气)

[求助] 电池测试中的极化现象和安全问题

请教的问题
1.我做的锂离子电池测试过程中电池的极化现象特别明显，并且很多时候极化现象随着循环次数的增加极化现象更加明显，麻烦各位告知一下我极化现象出现的原因以及我该如何做才可以尽量减少这种极化现象？
2.想测试一下电池的安全性能，即电池随着温度的增加，电池会不会发生燃烧或者爆炸等现象，但不知道怎么对此性能进行测试，还麻烦各位帮忙。谢谢。


谢谢各位朋友，还是老规矩，灌水的朋友、重复作答的朋友没有奖励哦，金币属于真正帮忙的朋友，最后再次感谢各位朋友的解答。
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1楼 2011-10-31 10:19:03
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hxyue

至尊木虫 (职业作家)

【答案】应助回帖

锂电池的安全测试方法
由于圆柱形高功率镉-镍蓄电池具有优异的高倍率放电性能，在市场上占据主导地位，单由于存在污染问题正逐步退出历史舞台，然而电动工具市场日益庞大，世界各国都在致力于开发电动工具用的环保型锂离子电池来代替镍镉电池。绿色环保的锂离子电池具有比能量高、比功率大、自放电小，充电效率高、工作温度宽、无环境污染等特点，性能远远优于镍镉电池。
    这类电池可通过过充、短路、针刺、挤压、重物撞击等安全测试，电池不起火，不爆炸。可以再电动工具中得到使用。
    锂离子电池的安全测试
    锂离子电池在电动工具中使用时都采用保护板对电池进行安全保护，但在实际使用时保护板不可能达到100%的可靠性。且还有可能碰到充电器故障或其他种种意外。这就要求锂离子电池必须具有良好的滥用及意外情况的承受能力。我们在电动工具用磷酸亚铁锂锂离子电池开发过程中需对电池进行过充、短路、针刺、挤压、重物等项目的测试。
    过充测试：
    将电池用1C充满电，按照3C过充10V进行过充试验，当电池过充时电压上升到一定电压时稳定一段时间，接近一定时间时电池电压快速上升，当上升至一定限度时，电池高帽拉断，电压跌至0V，电池没有起火、爆炸即可。
    短路测试：
    将电池充满电后用电阻不大于50mΩ的导线将电池正负极短路，测试电池的表面温度变化，电池表面最高温度为140℃，电池盖帽拉开，电池不起火、不爆炸。
    针刺测试：
    将充满电的电池放在一个平面上，用直径3mm的钢针沿径向将电池刺穿。测试电池不起火、不爆炸即可。
    挤压测试：
    将充满电的电池放在一个平面上，由油压缸施与13+1KN的挤压力，由直径为32mm的钢棒平面挤压电池，一旦挤压压力到达最大停止挤压，电池不起火，不爆炸即可。
    重物撞击测试：
    电池充满电后，放置在一个平面上，将直径15.8mm的钢柱垂直置于电池中心，将重量9.1kg的重物从610mm的高度自由落到电池上方的钢柱上。电池不起火、不爆炸即可。

另请参考
过充安全性能测试规范
https://wenku.baidu.com/view/56c9b1eef8c75fbfc77db2d3.html
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4楼2011-11-02 08:24:24
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hxyue

至尊木虫 (职业作家)

【答案】应助回帖

675881230(金币+10, 博学EPI+1): 2011-11-01 22:51:49
电池中的极化包括三部分，欧姆极化，电化学极化和浓差极化
极化就是偏离平衡电极电位的现象，主要是由于其极低的电子导电率和离子扩散速率，在电极表面德偶极双层总是存在的，因此不会完全消除极化
一般都是过冲过放才会极化比较严重。再就是加导电剂也可以控制极化现象 提高正极片的电解液的吸液量
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2楼2011-10-31 17:08:53
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hxyue

至尊木虫 (职业作家)

【答案】应助回帖

锂离子安全性能及测试
https://wenku.baidu.com/view/10083a0d4a7302768e9939fa.html
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3楼2011-10-31 17:12:35
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hxyue

至尊木虫 (职业作家)

【答案】应助回帖

675881230(金币+10): 这10个金币再不给你就真不好意思了，谢谢 2011-11-02 19:03:32
标准锂离子电池的测试要求
范围
本规范规定了蜂窝电话用锂离子电池的定义、要求、测试方法、质量评定程序及标志、包装、运输、贮存。
本规范适用于蜂窝电话用锂离子电池(以下简称电池)。
2 引用标准
以下标准所包含的条文，通过在本规范中引用而构成本规范的条文。本规范出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修改，使用本规范的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB191-1990 包装储运图示标志
GB/T 2828-1987 逐批检查计数抽样程序及抽样表(适用于连续批的检查)
GB/T 2829-1987 周期检查计数抽样程序及抽样表(适用于生产过程稳定性的检查)
GB/T 2900.11-1988 蓄电池名词术语(eqv IEC 60486:1986)
3 定义
本规范采用GB/T 2900.11中的规定的术语和下列定义。
3.1 蜂窝电话用锂离子电池lithium-ion battery for cellular phone
指由一只或多只锂离子单体蓄电池及附件组合而成的，用于蜂窝电话的电池。
3.2 充电限制电压 limited charge voltage
按生产厂规定，电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值。
3.3 额定容量 rated capacity
生产厂标明的电池容量，指电池在环境温度为20℃±5℃条件下，以5h率放电至终止电压时所应提供的电量，用C5表示，单位为Ah(安培小时)或mAh(毫安小时)。
3.4 标称电压 nominal voltage
用以表示电池电压的近视值。
3.5 终止电压 cut-off voltage
规定放电终止时电池的负载电压，其值为n×2.75V(锂离子单体电池的串联只数用“n”表示，下同)。
4要求
4.1外观
a) 电池外表面应清洁，无机械损伤，触点无锈蚀；
b) 电池表面应有必须的产品标示(见7.1)；
c) 与蜂窝电话或模拟装置配合，开机应工作正常，锁扣可靠。
4.2 20℃放电性能
4.2.1 0.2C5A放电性能
电池按5.3.2.3规定进行放电，放电时间应不低于5h。
4.2.2 1C5A放电性能
电地按5.3.2.4规定进行放电，放电时间应不低于51min。
4.3 高温性能
电池在55℃±2℃下按5.3.3规定进行放电，放电时间应不低于51min，电池外观应无变形、无爆裂。
4.4 低温性能
电池在-20℃±2℃下按5.3.4规定进行放电，放电时间应不低于3h，电池外观应无变形、无爆裂。
对聚合物锂离子电池，电池在-10℃±5℃下按5.3.5规定进行放电，放电时间应不低于3.5h，电池外观应无变形、无爆裂。
4.5 荷电保持能力
电池按5.3.5规定进行试验，放电时间应不低于4.25 h。
4.6 循环寿命
电池按5.3.6规定进行试验，循环寿命应不低于300次。
4.7 环境适应性
4.7.1 恒定湿热性能
电池按5.3.7.1规定进行试验后，电池外观应无明显变形、锈蚀、冒烟或爆炸，放电时间应不低于36 min。
4.7.2 振动
电池按5.3.7.2规定进行试验，电池外观应无明显损伤、漏液、冒烟或爆炸，电池电压应不低于n×3.6V。
4.7.3 碰撞
电池按5.3.7.3规定进行试验，电池外观应无明显损伤、漏液、冒烟或爆炸，电池电压应不低于n×3.6V。
4.7.4自由跌落
电池按5.3.7.4规定进行试验，电池应不漏液、不冒烟、不爆炸，能插入蜂窝电话，锁扣可靠；放电时间应不低于51min。
4.8 安全保护性能
4.8.1 过充电保护
电池按5.3.8.1规定进行试验，电池应不爆炸、不起火、不冒烟或漏液。
4.8.2 过放电保护
电池按5.3.8.2规定进行试验，电池应不爆炸、不起火、不冒烟或漏液。
4.8.3 短路保护
电池按5.3.8.3规定进行试验，电池应不爆炸、不起火、不冒烟或漏液；瞬时充电后，电池电压应不小于nX3.6 V。
4.9 电池安全要求
本项要求是模拟电池误用或滥用情况下可能发生的安全性问题。
4.9.1 重物冲击
电池按5.3.9.1规定进行试验，应不起火、不爆炸。
4.9.2 热冲击
电池按5.3.9.2规定进行试验，应不起火、不爆炸。
4.9.3 过充电
电池按5.3.9.3规定进行试验，应不起火、不爆炸。
4.9.4 短路
电池按5.3.9.4规定进行试验，应不起火、不爆炸，电池的外部温度不得高于150℃。
4.10贮存
电池贮存12个月，经完全充电后，0.2 C5A放电时间不小于4h。
5测试方法
5.1测试条件
除非另有规定，本规范中各项试验应在试验的标准大气条件下进行；
温度：15℃～35℃；
相对湿度：45%～75%；
大气压力：86kPa～106kPa。
5.2 测量仪表与设备要求
5.2.1测量电压的仪表准确度应不低于0.5级，内阻应不小于10kΩ／V。
5.2.2 测量电流的仪表准确度应不低于0.5级.
5.2.3 测量时间用的仪表准确度不低于±0.l％。
5.2.4 测量温度的仪表准确度应不低于±0.5℃。
5.2.5 恒流源的电流恒定可调，在充电或放电过程中，其电流变化应在±1%范围内。
5.2.6 恒压源电压可调，其电压变化范围为±0.5％。
5.3 试验方法
5.3.1外观
用目测法检查被测电池的外观，并检查电池与蜂窝电话或模拟装置配合情况，应符合4.1的规定
5.3.2 20℃放电性能
5.3.2.1 预循环
在环境温度20℃±5℃的条件下，以0.2C5A充电，当电池端电压达到充电限制电压后，搁置0.5h～1h，再以0.2C5A电流放电到终止电压。
5.3.2.2 充电制式
电池可采用下列制式之一进行充电
a) 在环境温度20℃±5℃的条件下，以0.2C5A充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01C5A，最长充电时间不大于8h，停止充电。此充电制式为检验的仲裁充电制式。
b) 在环境温度20℃±5℃的条件下，以1C5A充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01C5A，最长充电时间不大于8h，停止充电。
5.3.2.3 0.2C5A放电性能
电池按5.3.2.2规定充电后搁置0.5h～lh，在20℃±5℃的温度下以 0.2C5A电流放电到终止电压。
上述试验可以重复循环5次，当有一次循环的电池容量符合4.2.1的规定时，试验即可停止。
5.3.2.4 1C5A放电性能
电池按5.3.2.2规定充电后搁置 0.5h～lh，在20℃±5℃的温度下以 IC5A电流放电到终止电压。
5.3.3高温性能
电池按5.3.2.2规定充电结束后．将电池放入55℃±2℃的高温箱中恒温2h，然后以1C5A电流放电至终止电压，放电时间应符合4.3的规定。该试验结束后，将电池取出在环境温度20℃±5℃的条件下搁置2h，然后目测电池外观，应符合4.3的规定。
5.3.4 低温性能
电池按5.3.2.2规定充电结束后，将电池放入-20℃±2℃的低温箱中恒温16h～24h，然后以0.2C5A电流放电至终止电压，放电时间应符合4.4的规定。该试验结束后，将电池取出在环境温度20℃±5℃的条件下搁置2h，然后目测电池外观，应符合4.4的规定。
对聚合物锂离子电池， 电池按5.3.2.2规定充电结束后．将电池放入-10℃±2℃的低温箱中恒温16h～24h，然后以0.2C5A电流放电至终止电压，放电时间应符合4.4的规定。该试验结束后，将电池取出在环境温度20℃±5℃的条件下搁置2h，然后目测电池外观，应符合4.4的规定。
5.3.5 荷电保持能力
电池按5.3.2.2规定充电结束后，在环境温度20℃±5℃的条件下，将电池开路搁置28d，再以0.2C5A电流进行放电至终止电压，其放电时间应符合4.5的规定。
5.3.6循环寿命
5.3.6.1 电池循环寿命试验应在环境温度20℃±5℃的条件下进行。
5.3.6.2 在环境温度20℃±5℃的条件下，以1C5A充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于20mA，停止充电，搁置0.5h～1h，然后以1C5A电流放电至终止电压，放电结束后，搁置0.5h～1h，再进行下一个充放电循环，直至连续两次放电时间小于36min，则认为寿命终止。电池的循环寿命应符合4.6规定。
5.3.7环境适应性
5.3.7.1恒定湿热性能
电池按5.3.2.2规定充电结束后，将电池放入40℃±2℃，相对湿度为90%～95%的恒温恒湿箱中搁置48h后，将电池取出在环境温度20℃±5℃的条件下搁置2h，目测电池外观，应符合4.7.1的规定；再以1C5A电流放电至终止电压，放电时间应符合4.7.1的规定。
5.3.7.2 振动
电池按5.3.2.2规定充电结束后，将电池直接安装或通过夹具安装在振动台的台面上，按下面的振动频率和对应的振幅调整好试验设备，X、Y、Z三个方向上从10Hz～55Hz循环扫频振动30min，扫频频率为1oct/min；
振动频率：10Hz～30Hz 位移幅值(单振幅)：0.38mm
振动频率：30Hz～55Hz 位移幅值(单振幅)：0.19mm
振动结束后电池外观及电压应符合4.7.2的规定。
5.3.7.3 碰撞
电池按5.3.7.2规定试验结束后，将电池平均按X、Y、Z三个互相垂直轴向直接或通过夹具坚固在台面上，按下述要求调整好加速度、脉冲持续时间，进行碰撞试验。
脉冲峰值加速度 100m/s2
每分钟碰撞次数 40～80
脉冲持续时间 16ms
碰撞次数 1000±10
碰撞结束后将电池自实验台取下，电池外观及电池电压应符合4.7.3的规定。
5.3.7.4 自由跌落
电池按5.3.7.3规定试验结束后，将电池样品有高度(最低点高度)为1000mm的位置自由跌落到置于水泥地面上的18mm～20mm厚的硬木版上，从X、Y、Z正负方向(六个方向)每个方向自由跌落1次。
自由跌落结束后，将电池以1C5A电流放电至终止电压。然后按5.3.2.4规定进行充放电循环，至放电时间符合4.7.4的规定，即可终止充放电循环， 充放电循环次数应不多于3次。
5.3.8 安全保护性能
5.3.8.1过充电保护
电池按5.3.2.2规定充电结束后，用恒流恒压源持续给电池加载8h， 恒流恒压源电压设定为2倍标称电压，电流设定为2C5A的外接电流，电池应符合4.8.1规定的要求。
5.3.8.2过放电保护
电池在环境温度20℃±5℃的条件下，以0.2C5A放电至终止电压后，外接(30×n)Ω负载放电24h，电池应符合4.8.2规定的要求。
5.3.8.3 短路保护
电池按5.3.2.2规定充电之后，将正负极用0.1Ω电阻器短路1h，电池应符合4.8.3规定的要求。
将正负极断开，电池以1C5A电流瞬间充电5s后用电压表测量电池电压，应符合4.8.3规定的要求。
注：以上安全性能试验应在有保护措施的条件下进行。
5.3.9 电池安全要求
所用的锂离子单体电池若已通过安全认证或能提供制造厂进行下述四项安全试验的报告，则不进行本条规定的试验。
下述试验应在有强制排风条件及防爆措施的装置内进行。在试验前所有电池都要按5.3.2.2规定充电，并搁置24h后，再进行以下试验。
5.3.9.1 重物冲击
电池放置于冲击台上，将10kg重物自1m高度自由落下，冲击已固定在夹具中的电池(电池的面积最大的面应与台面垂直)，电池允许发生变形，但应符合4.9.1的要求。
5.3.9.2热冲击
电池放置于热箱中，温度以(5℃±2℃)/min的速率升到150℃±2℃并保持30min，电池应符合4.9.2的要求。
5.3.9.3过充电
本项试验应在拆除电池外保护线路后进行。
将接有热电偶的电池置于通风橱中，连接正负极于一恒流恒压电源，调节电流至3C5A、电压为n×10V，然后对电池以3C5A充电，直到电池电压为n×10V，电流将到接近0A。试验过程中监视电池温度变化，当电池温度下降到比峰值低约10℃，结束试验，电池应符合4.9.3的要求。
5.3.9.4短路
本项试验应在拆除电池外保护线路后进行。
将接有热电偶的电池置于通风橱中，短路其正负极(线路总电阻不大于50mΩ)。试验过程中监视电池温度变化，当电池温度下降到比峰值低约10℃，结束试验，电池应符合4.9.4的要求。
5.3.10 贮存
进行贮存试验的电池应选自生产日期到试验日期不足3个月的电池，电池贮存前应按5.3.2.2规定的制式给电池充入40%～50%的容量，然后在环境温度20℃±5℃，相对湿度45%～85%的环境中贮存。贮存期满后，电池按5.3.2.2进行充放电，放电时间应符合4.10规定。
6 质量评定程序
6.1 检验分类
本规范规定的检验分为：
a)鉴定检验；
b)质量一致性检验。
6.2 鉴定检验
鉴定检验一般在产品设计定型和生产定型时进行，但在产品的主要设计、工艺、元器件及材料有重大改变，影响产品的重要性能，使原来的鉴定结论不再有效时，也应进行鉴定检验。
表1 鉴定检验
组号 检验项目 要求章条号 测试方法章条号 样品数量 允许不合格电池数
1 外观 4.1 5.3.1 24 0
0.2C5A放电性能 4.2.1 5.3.2.3
2 1C5A放电性能 4.2.2 5.3.2.4 3
高温性能 4.3 5.3.3
低温性能 4.4 5.3.4
3 荷电保持能力 4.5 5.3.5 3
4 环境适应性 恒定湿热性能 4.7.1 5.3.7.1 3
振动 4.7.2 5.3.7.2
碰撞 4.7.3 5.3.7.3
自由跌落 4.7.4 5.3.7.4
5 安全保护性能 过充电保护性能 4.8.1 5.3.8.1 3
过放电保护性能 4.8.2 5.3.8.2
短路保护性能 4.8.3 5.3.8.3
6 电池安全要求 重物冲击 4.9.1 5.3.9.1 3
热冲击 4.9.2 5.3.9.2 3
过充电 4.9.3 5.3.9.3 31)
短路 4.9.4 5.3.9.4 32)
7 循环寿命 4.6 5.3.6 3
8 贮存 4.10 5.3.10 3
1)指进行完第2组试验的电池。
2)指进行完第5组试验的电池。
6.2.1抽样方案
鉴定检验的样品是使用与正常生产相同的材料、设备和工艺生产并随机抽取的，样品数量见表1。
6.2.2检验项目
鉴定检验项目、顺序及分组按表1规定。
6.2.3 判定规则
当所有检验项目均满足规定时，则判为鉴定检验合格。如果任何一个检验项目不符合规定的要求时，应暂停检验，生产方对不合格项目进行分析。找出不合格原因并采取纠正措施后，可继续进行检验。若重新检验合格，则仍判鉴定检验合格；若重新检验仍有某个项目不符合规定的要求，则判定鉴定检验不合格。
6.3 质量一致性检验
电池组的质量一致性检验分逐批检验和周期检验，用以判定产品生产过程中能否合格保证产品质量的持续稳定。
6.3.1逐批检验
6.3.1.1 供检验的样品在交验的产品中随机抽取，采用GB/T 2828的正常检验一次抽样方案，检验项目、测试方法、检验水平(IL)及合格质量水平(AQL)按表2规定。
表2 逐批检验
组号 检验项目 要求章条号 测试方法章条号 IL AQL
1 外观 4.1 5.3.1 Ⅱ 4.0
2 0.2C5A放电性能 4.2.1 5.3.2.3 S-3 2.5
1C5A放电性能 4.2.2 5.3.2.4
6.3.1.2 逐批检验后，按GB/T 2828-1987中4.12规定对产品批进行处理。
6.3.2 周期检验
6.3.2.1 周期检验的样品在逐批检验合格的产品中随机抽取，采用GB/T 2829的一次抽样方案，检验项目、顺序及分组、要求、测试方法、抽样周期、判别水平(DL)、不合格质量水平(RQL)及判定数组(AC Re)按表3规定。
表3 周期检验
组号 检验项目 要求章条号 测试方法章条号 抽样周期 DL RQL(AC Re)
1 高温性能 4.3 5.3.3 90d Ⅰ 20(0 1)
低温性能 4.4 5.3.4
2 荷电保持能力 4.5 5.3.5
3 环境适应性 恒定湿热性能 4.7.1 5.3.7.1 0.5a 15(0 1)
振动 4.7.2 5.3.7.2
碰撞 4.7.3 5.3.7.3
自由跌落 4.7.4 5.3.7.4
4 安全保护性能 过充电保护性能 4.8.1 5.3.8.1 20(0 1)
过放电保护性能 4.8.2 5.3.8.2
短路保护性能 4.8.3 5.3.8.3
5 电池安全要求 重物冲击 4.9.1 5.3.9.1
热冲击 4.9.2 5.3.9.2
过充电 4.9.3 5.3.9.3
短路 4.9.4 5.3.9.4
6 循环寿命 4.6 5.3.6 1a
7 贮存 4.10 5.3.10
6.3.2.2 周期检验完成后，按GB/T 2829-1987中4.12规定对产品批进行处理。
7 标志、包装、运输、贮存
7.1 标志
每个电池上应有下列中文标志：产品名称、型号、标称电压、额定容量、充电限制电压、执行标准编号、正负极性、制造日期或批号、制造厂名、商标和警示说明，其中允许将执行标准编号、厂址、邮编和联系电话标识在包装或使用说明书中。
7.2 包装
每个电池都应有外包装，包装内应附有产品使用说明书。包装好的产品应放在干燥、防尘、防潮的包装箱内。
包装箱外应标明产品名称、型号、数量、毛重、制造厂商、出厂日期、应有“小心轻放”、“怕湿”、“向上”等必要标志，其包装储运图示标志应符合GB 191规定。
7.3 运输
电池应包装成箱进行运输，在运输过程中应防止剧烈振动、冲击或挤压，防止日晒雨淋，可使用汽车、火车、轮船、飞机等交通工具进行运输。
7.4 贮存
电池应贮存在环境温度为-5℃～35℃，相对湿度不大于75%的清洁、干燥、通风的室内，应避免与腐蚀性物质接触，应远离火源及热源。
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这世界只有回不去的，没有过不去的
5楼2011-11-02 08:26:09
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