在當(dāng)今數(shù)字化與新能源驅(qū)動(dòng)的時(shí)代，電池作為 3C 電子設(shè)備以及電動(dòng)汽車等的核心供能組件，其應(yīng)用范圍持續(xù)拓展且愈發(fā)深入。從人們?nèi)粘２浑x手的智能手機(jī)、平板電腦，到改變出行格局的電動(dòng)汽車，電池的身影無處不在。然而，近年來，電池安全事故頻繁見諸報(bào)端，如某知名品牌電動(dòng)汽車在行駛過程中突發(fā)起火事件，以及多起手機(jī)在充電時(shí)發(fā)生爆炸的案例，這些嚴(yán)重威脅到消費(fèi)者生命財(cái)產(chǎn)安全的事故，引發(fā)了社會(huì)各界對(duì)電池安全的高度關(guān)注。

電池類安全測(cè)試技術(shù)與方法

一、電氣安全測(cè)試

1、過充過放測(cè)試

過充過放是導(dǎo)致電池故障甚至引發(fā)安全事故的常見原因。在過充測(cè)試中，通過以高于正常充電截止電壓對(duì)電池進(jìn)行充電，監(jiān)測(cè)電池在該過程中的電壓、電流、溫度變化，以及是否出現(xiàn)鼓包、漏液、冒煙等異?，F(xiàn)象，從而確定電池能夠承受的過充極限。過放測(cè)試則是將電池放電至低于正常放電截止電壓，觀察電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否受損、電極材料是否發(fā)生不可逆變化等。例如，對(duì)于鋰離子電池，過充可能導(dǎo)致鋰枝晶生長，刺穿隔膜引發(fā)短路；過放則可能使負(fù)極材料結(jié)構(gòu)坍塌，影響電池的循環(huán)壽命與安全性。

2、 短路測(cè)試

短路測(cè)試模擬電池內(nèi)部或外部發(fā)生短路的極端情況。內(nèi)部短路可通過針刺、擠壓等方式觸發(fā)，外部短路則是直接將電池正負(fù)極短接。在短路瞬間，電池會(huì)釋放出巨大的能量，通過監(jiān)測(cè)短路電流、電池溫度上升速率以及電池外觀變化，評(píng)估電池應(yīng)對(duì)短路的能力。短路測(cè)試能有效檢驗(yàn)電池的防護(hù)設(shè)計(jì)是否合理，如電池內(nèi)部的隔膜是否具備良好的絕緣性能，以及電池外殼在短路引發(fā)的高溫高壓環(huán)境下能否保持完整性。

強(qiáng)制內(nèi)短路測(cè)試既可以應(yīng)用在18650,21700等圓柱形電池，也可以應(yīng)用于方形軟包電池。測(cè)試前，需要在規(guī)定環(huán)境的手套箱中對(duì)電池進(jìn)行拆解，在混入模擬微小金屬顆粒的標(biāo)準(zhǔn)金屬鎳片后對(duì)電池進(jìn)行封裝。在達(dá)到規(guī)定的溫度和時(shí)間條件后，放置于強(qiáng)制內(nèi)短路測(cè)試系統(tǒng)中以0.1mm/s的速度對(duì)電池放置鎳片的位置進(jìn)行施壓，在勻速達(dá)到規(guī)定的壓力同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋰電池壓力的變化和表面溫度的變化。當(dāng)觀測(cè)到電壓發(fā)生50mV壓降或者當(dāng)施壓載荷達(dá)到400N（方形電池）或800N（圓柱形電池）時(shí)，停止加壓并保持30s，然后撤壓。

二、熱安全測(cè)試

1、熱失控測(cè)試

熱失控是電池安全的重大隱患，通常由電池內(nèi)部產(chǎn)熱速率超過散熱速率導(dǎo)致。熱失控測(cè)試采用加熱、過充、短路等多種手段誘發(fā)電池?zé)崾Э兀涗涬姵卦跓崾Э剡^程中的溫度分布、熱釋放速率、氣體排放成分等參數(shù)。例如，利用加速量熱儀（ARC）精確測(cè)量電池?zé)崾Э剡^程中的熱生成量，為電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。熱失控測(cè)試結(jié)果有助于評(píng)估電池在極端熱環(huán)境下的安全性，以及熱管理系統(tǒng)抑制熱失控蔓延的有效性。

2 、高低溫循環(huán)測(cè)試

電池的性能與安全性對(duì)環(huán)境溫度極為敏感。高低溫循環(huán)測(cè)試模擬電池在不同溫度環(huán)境下的充放電過程，將電池置于高溫（如 60℃）與低溫（如 - 20℃）環(huán)境交替循環(huán)中，檢測(cè)電池容量衰減、內(nèi)阻變化以及電極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在高溫環(huán)境下，電池化學(xué)反應(yīng)速率加快，可能導(dǎo)致電極材料溶解、電解液分解；低溫環(huán)境則會(huì)使電池內(nèi)阻增大，充放電效率降低，甚至引發(fā)電池內(nèi)部結(jié)冰，破壞電池結(jié)構(gòu)。通過高低溫循環(huán)測(cè)試，可明確電池的安全工作溫度范圍，為產(chǎn)品在不同氣候條件下的使用提供指導(dǎo)。

三、機(jī)械安全測(cè)試

1、擠壓測(cè)試

擠壓測(cè)試模擬電池在受到外部機(jī)械擠壓時(shí)的響應(yīng)。使用專門的擠壓設(shè)備，以一定的壓力速率對(duì)電池進(jìn)行擠壓，觀察電池在擠壓過程中的變形情況、是否發(fā)生短路以及電池外殼是否破裂。擠壓測(cè)試主要考察電池外殼的抗壓強(qiáng)度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及電池在遭受機(jī)械損傷時(shí)的安全防護(hù)能力。例如，對(duì)于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池包，在車輛發(fā)生碰撞時(shí)，電池可能受到擠壓，通過擠壓測(cè)試可評(píng)估電池在這種情況下的安全性，為電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與防護(hù)措施優(yōu)化提供依據(jù)。

2、跌落測(cè)試

跌落測(cè)試模擬電池在日常使用中可能遭遇的跌落場(chǎng)景。將電池從一定高度自由落體至剛性平面，通過高速攝像機(jī)記錄電池跌落瞬間的沖擊過程，分析電池在跌落前后的外觀損傷、內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性以及電氣性能變化。跌落測(cè)試能夠檢驗(yàn)電池外殼的抗沖擊性能，以及電池內(nèi)部電極、電解液等組件在沖擊作用下是否會(huì)發(fā)生位移、短路等問題，對(duì)于保障便攜式 3C 電子設(shè)備中電池的使用安全具有重要意義。

設(shè)備由跌落執(zhí)行機(jī)構(gòu)、物料輸送機(jī)構(gòu)、樣品撿取機(jī)構(gòu)、定位識(shí)別系統(tǒng)、熱成像裝置、內(nèi)阻測(cè)量儀、高速攝影系統(tǒng)、清潔清掃機(jī)構(gòu)、安全防護(hù)裝置等組成，人工將樣品放置在物料輸送機(jī)構(gòu)，通過機(jī)械手抓取樣品調(diào)整角度姿態(tài)（滿足棱角面的任意空間姿態(tài)）并固定在跌落夾具上，升至設(shè)定跌落高度（0.4-2米可設(shè)定）后自由下落，跌落完成后，視覺判斷姿態(tài)并啟動(dòng)機(jī)器人撿取樣品移送至檢測(cè)位置進(jìn)行溫度和內(nèi)阻的檢測(cè)，如無異常放至原位進(jìn)行下一輪循環(huán)測(cè)試，整個(gè)測(cè)試過程實(shí)現(xiàn)無人化執(zhí)行，全封閉測(cè)試。

電池類安全測(cè)試面臨的問題與挑戰(zhàn)

1、測(cè)試技術(shù)的局限性

盡管當(dāng)前電池安全測(cè)試技術(shù)已取得顯著進(jìn)展，但仍存在一定局限性。一方面，部分測(cè)試方法難以完全模擬電池在實(shí)際使用中的復(fù)雜工況。例如，在熱安全測(cè)試中，雖然熱失控測(cè)試能模擬電池?zé)崾Э氐臉O端情況，但實(shí)際應(yīng)用中，電池?zé)崾Э乜赡苡啥喾N因素協(xié)同引發(fā)，且熱失控過程在不同環(huán)境下存在差異，現(xiàn)有測(cè)試方法難以全面準(zhǔn)確地反映這些復(fù)雜情況。另一方面，對(duì)于一些新型電池材料和技術(shù)，如固態(tài)電池、鋰硫電池等，現(xiàn)有的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和方法可能并不完全適用，需要進(jìn)一步研發(fā)針對(duì)性的測(cè)試技術(shù)。新型電池材料的特性與傳統(tǒng)鋰離子電池存在較大差異，其在電氣、熱、機(jī)械等方面的安全性能評(píng)估需要全新的測(cè)試思路與手段。

2、測(cè)試成本與效率的矛盾

電池安全測(cè)試通常需要耗費(fèi)大量的時(shí)間、設(shè)備和人力成本。以電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的全面安全測(cè)試為例，從電氣安全測(cè)試到熱安全測(cè)試再到機(jī)械安全測(cè)試，整個(gè)測(cè)試周期可能長達(dá)數(shù)月，且需要使用高精度、高成本的測(cè)試設(shè)備，如高精度的量熱儀、大型擠壓設(shè)備等。對(duì)于電池生產(chǎn)企業(yè)而言，高昂的測(cè)試成本不僅增加了產(chǎn)品研發(fā)成本，還可能影響產(chǎn)品上市速度。同時(shí)，為了提高測(cè)試效率而簡化測(cè)試流程或縮短測(cè)試時(shí)間，又可能導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性下降。如何在保證測(cè)試質(zhì)量的前提下，優(yōu)化測(cè)試流程、降低測(cè)試成本、提高測(cè)試效率，是當(dāng)前電池安全測(cè)試行業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)。

3、標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)的更新滯后

隨著電池技術(shù)的快速發(fā)展，新的電池產(chǎn)品和應(yīng)用場(chǎng)景不斷涌現(xiàn)，然而現(xiàn)有的電池安全測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)更新速度相對(duì)滯后。例如，近年來，共享電動(dòng)自行車、電動(dòng)滑板車等新型短途出行工具迅速普及，這些設(shè)備使用的電池在功率特性、使用頻率、充電方式等方面與傳統(tǒng) 3C 電子設(shè)備和電動(dòng)汽車電池存在差異，但目前針對(duì)這類電池的安全測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)尚不完善。標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)的滯后可能導(dǎo)致部分新型電池產(chǎn)品在安全性能方面缺乏有效監(jiān)管，增加了安全隱患。

電池安全問題不僅關(guān)乎使用者的切身利益，更對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展起著決定性作用。對(duì)于 3C 電子行業(yè)，一款產(chǎn)品因電池安全問題而召回，可能導(dǎo)致品牌聲譽(yù)受損，市場(chǎng)份額迅速被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手瓜分；在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，電池安全事故會(huì)極大地影響消費(fèi)者對(duì)新能源汽車的信心，阻礙整個(gè)行業(yè)向可持續(xù)交通轉(zhuǎn)型的步伐。因此，開展全面且深入的電池類安全測(cè)試研究迫在眉睫。