锂电池主要安全性能测试有哪些

2025 年 5 月 7 日

潘李博士

湖北大学理学博士，中南大学材料科学与工程博士后。长期从事高性能电极材料、防爆电池、低温电池等领域的研究，具有扎实的科研基础和丰富的实践经验。

对锂电池组进行全面的安全性能测试对于确保其安全性和可靠性至关重要。这些测试评估电池在标准条件下对各种热、电、机械和环境应力的响应。例如，热评估可以识别自热和热失控起始温度，在严重故障期间，这些温度可能超过 800°C。这种严格的测试在降低风险、确保遵守行业标准以及保护工业系统中的应用方面发挥着关键作用。

关键精华

热测试对于发现锂电池的过热风险至关重要。这些测试有助于防止起火和过热问题。
电气测试检查电池在过充和短路情况下的表现。这些测试旨在确保电池安全且运行良好。
机械测试模拟电池受到的物理压力，检查电池组是否能够承受工业环境中的严苛条件。

第一部分：锂电池安全性能测试概述

1.1 热测试：评估耐热性和热失控风险

热测试评估锂电池组对高温和热应力的响应。这些测试对于识别热失控的发生至关重要。热失控是一种过热引发连锁反应的现象，可能导致燃烧或爆炸。对于锂离子电池，热失控可能发生在 60°C 至 100°C 之间，而固态电池表现出更强的适应能力，其阈值超过 200°C。

热测试期间评估的关键参数包括总热量输出、电池端排出的热量以及外壳滞留的热量。例如：

总热量输出 测量热失控期间释放的能量。
电池外壳产生的热量 评估电池的隔热性能。
细胞物质喷出 记录排出的物质，这些物质可能会影响密闭空间的安全。

针刺测试等特定测试可模拟内部短路，深入了解电池在滥用情况下的性能表现。这些评估可确保电池符合 UL 9540A 等国际标准，该标准侧重于热失控风险。通过进行这些测试，您可以降低过热风险，并提高锂电池在工业应用中的安全性。

1.2 电气测试：过充电、过放电和短路评估

电气测试评估电池对异常电气状况（例如过充、过放和短路）的响应。过充会导致过热，而过放则可能对电池内部结构造成不可逆的损坏。另一方面，短路会因快速释放能量而带来直接的安全隐患。

例如，UL 1973 概述了固定电池系统的安全要求，涵盖电气、热和机械安全问题。这些测试确保锂电池组符合严格的安全标准，从而降低关键应用中发生故障的可能性。

统计数据凸显了这些评估的重要性。锂离子电池内部短路的概率约为四千万分之一，这凸显了严格的安全测试以保持低故障率的必要性。

1.3 机械测试：抗振动、冲击和抗冲击

机械测试模拟锂电池组在运输或运行过程中可能遇到的物理应力。这些测试包括振动、冲击和撞击测试，用于评估电池的结构完整性和耐用性。

振动测试 将电池在三个基本平面上进行 3 小时的剧烈摇晃，确保它们能够承受长时间的机械应力。
冲击试验 评估电池对突发力的承受能力。例如，研究表明，裸电池在冲击测试中经常燃烧，而SRL电池则保持稳定，温度上升速度慢1.7倍。

这些测试对于工业设备中的应用至关重要，因为电池必须承受恶劣的条件，而不能影响性能或安全性。

1.4 环境测试：极端条件下的性能

环境测试旨在检验锂电池组在高海拔、温度波动和高湿度等极端条件下的性能。这些测试旨在确保电池能够在从严寒到酷热的各种环境下可靠运行。

例如，高海拔测试模拟航空航天应用中常见的低压条件。与振动或冲击测试等其他测试相比，这些测试相对容易通过。然而，它们对于确保符合NFPA 855等国际标准仍然至关重要，该标准涉及储能系统的消防安全和安装指南。

通过进行这些性能测试，您可以确保锂电池组满足各种工业和商业应用的安全要求。这不仅可以提高可靠性，还可以最大限度地减少安全隐患，保护设备和人员安全。

第二部分：锂电池安全测试的重要性

2.1 预防锂电池组故障

安全测试在识别和缓解锂电池组潜在故障方面发挥着至关重要的作用。通过严格的评估，您可以确保只将高质量的电池集成到您的系统中。此过程可最大限度地降低火灾、爆炸或过热等灾难性事件的风险。

质量测试对于在生产过程中检测出故障电池至关重要。生产线末端测试有助于筛选出有缺陷的电池，确保只部署符合严格质量标准的电池。
国际标准强制要求的认证测试，用于验证锂电池组的安全相关性能。这些测试评估热稳定性、电气性能和机械弹性等参数。
滥用测试（例如钉刺测试）模拟极端条件，以评估内部短路的风险。这些测试有助于深入了解发生连锁反应和火灾的可能性，尤其是在化学结构不稳定的情况下。

例如，渗透测试表明，不安全的化学成分可能会达到危险的高温，从而导致热失控。通过及早解决这些安全问题，可以预防故障并提高锂电池系统的整体安全性。

2.2 确保遵守安全标准

遵守安全标准不仅仅是一项监管要求，更是可靠锂电池安全测试的基石。合规性可确保您的电池系统满足必要的安全要求，从而减少责任并增强您对产品的信任。

UL 1973 和 UL 9540A 等标准关注安全的各个方面，包括热失控风险和消防安全考虑。这些指南为评估锂电池组的安全性能提供了框架。
三星 Galaxy Note 7 召回事件再次警示我们，严格安全测试的重要性。此次事件发生后，制造商采取了强化的安全协议，显著提高了锂离子电池的可靠性。

标准/指南	描述
UL 1973	专注于固定电池系统的安全性，涵盖多个方面。
UL 9540A	一种评估电池系统热失控风险的测试方法。
UL 9540	解决储能系统的整体安全问题，包括消防安全。

通过符合这些测试标准，您可以确保您的锂电池组符合国际安全基准，从而保护您的声誉和客户。

2.3 提高工业应用的可靠性

在工业环境中，可靠性至关重要。锂电池安全测试可确保您的系统能够承受工业应用的严苛条件。这些测试评估电池在各种压力（包括机械、热和环境因素）下的性能。

统计分析强调了安全测试在提高可靠性方面的重要性。例如：

步骤	描述
1	确定相同的电池单元进行测试。
2	将一个电池存放在逐渐变湿的环境中以观察故障率。
3	随着温度和其他环境因素的变化重复该过程。
4	收集和分析数据以确定统计相关的故障点。
5	确保测试不会显著增加生产成本。