电池挤压安全试验

技术概述

电池挤压安全试验是锂电池安全性能检测中最为关键的项目之一，主要用于评估电池在受到外部机械挤压时是否会发生起火、爆炸等危险情况。随着新能源汽车、便携式电子设备以及储能系统的快速发展，锂电池的应用范围不断扩大，其安全性问题也日益受到关注。电池在运输、使用过程中可能会遭遇碰撞、挤压等机械损伤，如果电池内部结构设计不合理或安全性能不足，极易引发严重的安全事故。

电池挤压安全试验通过模拟电池在实际使用环境中可能遇到的机械挤压工况，对电池施加规定的挤压力，检测试验过程中电池的温度变化、电压变化、变形程度以及是否存在起火、爆炸等现象。该试验是GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》、GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》、UN38.3《联合国危险物品运输试验和标准手册》以及IEC 62133等国内外标准中规定的重要安全测试项目。

从技术原理层面分析，当电池受到外部挤压时，电池内部的隔膜可能会破裂，导致正负极直接接触形成内部短路。内部短路会产生大量热量，引发电池内部温度急剧升高，进而导致电解液分解、产气，严重时可能引发热失控，最终造成起火或爆炸。通过挤压安全试验，可以有效地识别电池设计和制造过程中的潜在安全隐患，为电池产品的安全性能提供科学、客观的评价依据。

电池挤压安全试验的意义不仅在于满足法规和市场准入要求，更在于保护消费者的生命财产安全。近年来，因电池安全问题导致的火灾、爆炸事故时有发生，造成了严重的人员伤亡和财产损失。因此，电池制造商、整车企业、检测机构以及监管部门都高度重视电池挤压安全试验，将其作为电池产品研发、质量控制和市场监督的重要手段。

检测样品

电池挤压安全试验适用于各类锂离子电池和锂金属电池，涵盖了从消费电子产品用小型电池到电动汽车用大型动力电池等多种类型。根据不同的应用场景和标准要求，检测样品的范围和规格存在一定差异。

• 消费类电子产品用电池：包括手机电池、平板电脑电池、笔记本电脑电池、数码相机电池、蓝牙耳机电池、智能手表电池等便携式电子产品使用的锂离子电池。这类电池通常容量较小，单体电池容量一般在几安时以内，但数量庞大，安全性要求同样严格。
• 动力电池：包括纯电动汽车、混合动力汽车、电动公交车、电动卡车等新能源车辆使用的动力电池单体、模组和电池包。动力电池容量大、能量密度高，一旦发生安全事故后果严重，因此对其挤压安全性能要求更为严格。
• 储能电池：包括家庭储能系统、工商业储能系统、电网级储能系统等使用的锂离子电池。储能电池通常由大量电池单体串联或并联组成，系统电压和容量较大，对安全性能的要求同样很高。
• 电动工具电池：包括电钻、电锯、角磨机等电动工具使用的锂离子电池。这类电池在工作时可能受到振动、冲击等机械应力，对安全性能有特殊要求。
• 电动自行车和电动摩托车电池：包括铅酸替代型锂离子电池和专用动力电池，这类电池在使用过程中可能遭遇跌落、碰撞等意外情况，挤压安全试验尤为重要。
• 无人机和航模电池：包括消费级无人机、工业级无人机、航模等使用的高倍率锂离子电池。这类电池对重量和体积有较高要求，同时需要满足安全性能标准。

在进行电池挤压安全试验前，需要对检测样品进行预处理，包括外观检查、尺寸测量、称重、初始容量测试、初始电压测量等。样品应处于规定的荷电状态，通常为满电状态或半电状态，具体要求根据相关标准和测试目的确定。样品数量应满足统计学要求和标准规定的最低样品数量，以确保测试结果的有效性和代表性。

检测项目

电池挤压安全试验涉及多个检测项目，通过对这些项目的综合分析，可以全面评估电池在挤压条件下的安全性能。不同应用领域的电池，其检测项目和判定标准可能存在差异，但核心检测项目基本一致。

• 挤压力测试：对电池施加规定大小的挤压力，测量电池在挤压过程中的受力情况。挤压力的施加方式、挤压速度、挤压板形状等参数需要严格按照标准要求执行。部分标准要求挤压力达到一定数值后保持一定时间，以观察电池的反应。
• 变形量测试：测量电池在挤压过程中的变形程度，包括变形量、变形速率等。电池变形量的大小直接反映了电池承受机械应力的能力，也是评估电池安全性能的重要指标。
• 温度监测：在挤压过程中实时监测电池表面温度的变化。温度升高是电池内部发生化学反应的重要信号，温度监测可以帮助判断电池是否发生了内部短路、热失控等现象。通常使用热电偶或红外测温仪进行温度测量。
• 电压监测：在挤压过程中实时监测电池端电压的变化。电压的异常变化可能表明电池内部发生了短路或其他故障，是判断电池安全状态的重要依据。
• 起火爆炸判定：观察并记录电池在挤压过程中及挤压后是否发生起火、爆炸现象。这是电池挤压安全试验最核心的判定指标，根据不同标准的要求，电池在试验过程中不应起火、不应爆炸。
• 漏液检测：观察电池在挤压过程中是否发生电解液泄漏。电解液泄漏可能导致腐蚀、短路等安全问题，是判定电池安全性能的重要指标。
• 冒烟检测：观察电池在挤压过程中是否冒烟。冒烟是电池内部发生化学反应、材料分解的外在表现，是电池安全性能下降的重要信号。
• 外壳完整性检查：检查电池外壳在挤压后是否破裂、变形严重，外壳完整性直接影响电池的使用安全。

以上检测项目需要使用的检测仪器和设备进行测量和记录，检测数据应准确、可靠、可追溯。检测结果需要根据相关标准的判定要求进行分析和评价，最终给出电池是否通过挤压安全试验的结论。

检测方法

电池挤压安全试验的检测方法依据不同的标准和应用领域存在一定差异，以下是几种常见的检测方法及其具体操作步骤：

方法一：GB/T 31485-2015 挤压测试方法

该方法适用于电动汽车用动力蓄电池的挤压安全测试。测试时，将电池置于两个平板之间，挤压板以不大于5mm/s的速度挤压电池，当挤压力达到100kN或电池变形量达到初始厚度的15%时，保持压力10分钟。试验过程中监测电池的温度、电压变化，观察是否起火、爆炸。对于电池包或系统级别的测试，挤压力的要求可能更高，具体按照标准要求执行。

方法二：GB 31241-2014 挤压测试方法

该方法适用于便携式电子产品用锂离子电池的挤压安全测试。测试时，将电池置于两个平板之间，挤压板沿垂直于电池极板方向施压，挤压速度为5mm/s左右，直到挤压力达到13kN或电池变形量达到初始厚度的10%。试验过程中观察电池是否起火、爆炸。该方法对测试设备和操作程序有详细规定，测试结果具有较好的可比性和重复性。

方法三：UN38.3 挤压测试方法

该方法用于锂电池运输安全评估。测试时，将电池置于两个平板之间，施加挤压力于电池的两个平坦面。对于圆形电池，挤压力应垂直于电池纵轴方向施加；对于方形电池，挤压力应垂直于电池极板方向施加。挤压力应均匀施加，挤压速度为1.5cm/s左右。当达到规定的挤压力或变形量时，停止挤压，观察电池是否出现质量损失、渗漏、排气、解体、破裂或起火现象。

方法四：IEC 62133 挤压测试方法

该方法适用于便携式密封二次电芯和电池的安全测试。测试时，电池置于两个平坦平面之间，施加挤压力。挤压板以大约0.1mm/s的速度移动，当电池变形量达到初始厚度的10%或达到规定的最大挤压力时，解除压力。观察电池在试验过程中及试验后是否起火、爆炸。该方法在国际上具有广泛的认可度，测试结果可作为产品进入国际市场的重要依据。

• 样品准备：根据标准要求，对电池样品进行充电或放电至规定的荷电状态。检查电池外观，确保无明显缺陷。测量并记录电池的初始尺寸、重量、电压、内阻等参数。
• 设备准备：检查挤压测试设备是否正常工作，校准力传感器、位移传感器、温度传感器等测量仪器。调整挤压板的形状、尺寸，确保符合标准要求。
• 安装传感器：在电池表面安装温度传感器和电压测量线，确保传感器与电池表面接触良好，能够准确测量试验过程中的温度和电压变化。
• 执行测试：将电池放置在挤压测试设备的指定位置，按照标准规定的速度、方向施加挤压力。实时记录挤压力、位移、温度、电压等数据。
• 观察记录：在试验过程中观察并记录电池的外观变化、是否冒烟、是否漏液、是否起火、是否爆炸等情况。使用高速摄像设备记录试验过程，便于事后分析。
• 结果判定：根据标准规定的判定准则，对测试结果进行分析和评价，给出电池是否通过挤压安全试验的结论。

检测仪器

电池挤压安全试验需要使用的检测仪器和设备，以确保测试结果的准确性和可靠性。以下是进行电池挤压安全试验所需的主要检测仪器：

• 电池挤压试验机：这是进行电池挤压安全试验的核心设备，主要由机架、驱动系统、挤压板、力传感器、位移传感器、控制系统等组成。挤压板通常采用高强度钢制作，表面平整、光滑，尺寸规格需满足标准要求。设备应能够准确控制挤压速度、挤压力大小，并实时记录试验数据。高端设备还配备安全防护罩、排烟系统、灭火系统等安全装置。
• 数据采集系统：用于实时采集和记录试验过程中的挤压力、位移、温度、电压等数据。数据采集系统应具有较高的采样频率和测量精度，能够完整记录试验过程中的瞬态变化。数据应可导出、可分析、可追溯。
• 温度测量仪器：包括热电偶、红外测温仪、热成像仪等，用于测量电池在挤压过程中的表面温度变化。热电偶通常粘贴在电池表面多个位置，实时监测温度分布和变化趋势。热成像仪可以直观显示电池表面的温度分布情况，便于分析热失控的发展过程。
• 电压测量仪器：包括数字万用表、数据记录仪等，用于实时监测电池端电压的变化。电压测量仪器应具有较高的输入阻抗，避免对电池产生额外的负载影响。
• 高速摄像系统：用于记录试验过程中电池的外观变化，包括变形过程、冒烟、起火、爆炸等现象。高速摄像系统可以提供详细的图像资料，便于事后分析和事故原因调查。
• 安全防护设施：包括防爆室、排烟系统、灭火系统、安全防护罩等。由于电池挤压试验可能引发起火、爆炸等危险情况，安全防护设施对于保护操作人员和设备安全至关重要。
• 环境监测仪器：包括环境温度计、湿度计等，用于监测实验室环境条件，确保测试环境符合标准要求。
• 校准设备：包括力值校准装置、位移校准装置、温度校准装置等，用于定期校准检测仪器，确保测量结果的准确性和可追溯性。

检测仪器的选择应综合考虑测试标准要求、电池规格、测试精度要求、安全要求等因素。仪器的性能参数应满足测试需求，并定期进行校准和维护，以确保检测结果的可靠性。

应用领域

电池挤压安全试验在多个领域具有广泛的应用，是电池产品研发、生产、质量控制和市场准入的重要环节。以下是电池挤压安全试验的主要应用领域：

• 电池制造行业：电池制造商在产品研发阶段需要进行挤压安全试验，以验证电池设计的合理性和安全性能。在生产过程中，通过抽样检测进行质量控制，确保批量生产的电池产品安全性能一致、稳定。电池制造商还需要根据客户要求和市场准入要求，提供第三方检测报告，证明产品符合相关安全标准。
• 新能源汽车行业：新能源汽车整车企业对动力电池的安全性能要求极高。在电池供应商选择、电池产品验证、整车安全测试等环节，都需要进行电池挤压安全试验。部分企业标准对电池挤压安全性能的要求甚至高于国家标准，以确保整车安全。
• 消费电子行业：手机、笔记本电脑、平板电脑等消费电子产品的制造商需要确保其使用的锂离子电池符合安全标准。电池挤压安全试验是电池供应商资质审核和产品验证的重要项目。
• 储能行业：储能系统使用的锂电池数量大、容量高，对安全性能要求严格。储能系统集成商和运营商需要对电池进行严格的安全检测，挤压安全试验是必检项目之一。
• 电动工具和电动自行车行业：电动工具和电动自行车在使用过程中可能遭遇跌落、碰撞等机械应力，对电池的抗挤压性能有较高要求。相关企业需要进行电池挤压安全试验，确保产品安全。
• 航空航天和国防领域：航空航天和国防领域对电池的安全性和可靠性要求极高。电池挤压安全试验是航空电池、军用电池等产品研发和生产过程中的重要检测项目。
• 第三方检测机构：独立的第三方检测机构为电池制造商和用户提供的检测服务，出具具有法律效力的检测报告。电池挤压安全试验是第三方检测机构的核心业务之一。
• 政府监管部门：市场监督管理部门、交通运输管理部门等政府机构在进行产品质量监督抽查、事故调查等工作时，可能会要求对电池产品进行挤压安全试验，以确定产品是否符合安全标准，分析事故原因。

常见问题

在电池挤压安全试验过程中，测试人员和委托方经常会遇到一些问题，以下是对常见问题的解答：

• 问：电池挤压安全试验的判定标准是什么？

答：电池挤压安全试验的判定标准根据不同的应用领域和标准要求有所不同。一般来说，电池在挤压过程中不应起火、不应爆炸。部分标准还要求电池不应漏液、不应冒烟、外壳不应破裂等。具体的判定准则需要参照相关标准的规定。

• 问：电池挤压安全试验需要多少个样品？

答：样品数量根据测试目的和标准要求确定。一般来说，研发阶段的验证测试需要至少3-5个样品，批量生产的抽样检测根据抽样方案确定。具体的样品数量要求可参照相关标准的规定。

• 问：电池挤压安全试验前的荷电状态如何确定？

答：电池挤压安全试验前的荷电状态根据测试目的和标准要求确定。一般来说，最严苛的条件是满电状态，因为满电状态下电池内部能量最高，更容易发生安全事故。部分标准要求在半电状态下进行测试。具体的荷电状态要求应参照相关标准的规定。

• 问：电池挤压安全试验需要多长时间？

答：电池挤压安全试验的实际测试时间通常较短，挤压过程一般在几秒到几分钟内完成，观察时间可能持续数分钟到数十分钟。但如果考虑样品准备、设备调试、数据分析和报告编写等工作，整个测试周期可能需要数天时间。

• 问：电池挤压安全试验存在哪些风险？

答：电池挤压安全试验存在起火、爆炸、有毒气体释放等风险。因此，试验应在具备安全防护设施的专用实验室进行，操作人员应接受培训并穿戴适当的个人防护装备。实验室应配备消防设施和应急处理预案。

• 问：不同标准的电池挤压安全试验有何区别？

答：不同标准的电池挤压安全试验在挤压力大小、挤压速度、挤压方向、判定准则等方面存在差异。例如，动力电池标准的挤压力要求通常高于消费电子电池标准。选择测试标准时，应根据电池的应用领域和目标市场要求确定。

• 问：电池挤压安全试验失败后如何改进？

答：电池挤压安全试验失败后，需要分析失败原因，可能涉及电池结构设计、材料选择、制造工艺等方面。改进措施包括优化电池结构、提高隔膜强度、改进外壳材料、优化电解液配方等。改进后需要重新进行测试验证。

• 问：电池挤压安全试验能否模拟真实事故场景？

答：电池挤压安全试验是一种标准化的测试方法，可以在一定程度上模拟电池受到外部机械挤压的情况，但不能完全覆盖真实事故场景的复杂性。实际事故中，电池可能同时受到多种应力，如挤压、穿刺、冲击等，情况更为复杂。但标准化的测试方法可以提供可比较的测试结果，便于产品评价和质量控制。

• 问：如何选择电池挤压安全试验的检测机构？

答：选择检测机构时，应考虑其是否具备相关的资质认证，如、CMA等；是否具备相应的测试设备和技术人员；是否熟悉相关标准和测试方法；服务质量和检测周期是否满足需求等因素。

• 问：电池挤压安全试验报告包含哪些内容？

答：电池挤压安全试验报告通常包括样品信息、测试依据、测试设备、测试条件、测试过程记录、测试数据、测试结果、判定结论等内容。报告应客观、准确、完整地反映测试过程和结果，具有可追溯性。