鋰電池主要安全性能測試有哪些

2025 年 5 月 7 日

潘李博士

湖北大學理學博士，中南大學材料科學與工程博士後。長期從事高性能電極材料、防爆電池、低溫電池等領域的研究，具備紮實的科學研究基礎和豐富的實務經驗。

對鋰電池組進行全面的安全性能測試對於確保其安全性和可靠性至關重要。這些測試評估電池在標準條件下對各種熱、電、機械和環境應力的反應。例如，熱評估可以識別自熱和熱失控起始溫度，在嚴重故障期間，這些溫度可能超過 800°C。這種嚴格的測試在降低風險、確保遵守行業標準以及保護工業系統中的應用方面發揮關鍵作用。

關鍵要點

熱測試對於發現鋰電池的過熱風險至關重要。這些測試有助於防止起火和過熱問題。
電氣測試檢查電瓶在過充和短路情況下的表現。這些測試旨在確保電池安全且運作良好。
機械測試模擬電池受到的物理壓力，檢查電池組是否能夠承受工業環境中的嚴苛條件。

第一部分：鋰電池安全性能測試概述

1.1 熱測試：評估耐熱性和熱失控風險

熱測試評估鋰電池組對高溫和熱應力的反應。這些測試對於識別熱失控的發生至關重要。熱失控是一種過熱引發連鎖反應的現象，可能導致燃燒或爆炸。對於鋰離子電池，熱失控可能發生在 60°C 至 100°C 之間，而固態電池則表現出更強的適應能力，其閾值超過 200°C。

熱測試期間評估的關鍵參數包括總熱量輸出、電池端排出的熱量以及外殼滯留的熱量。例如：

總熱量輸出 測量熱失控期間釋放的能量。
電池外殼產生的熱量 評估電池的隔熱性能。
細胞物質噴出 記錄排出的物質，這些物質可能會影響密閉空間的安全。

針刺測試等特定測試可模擬內部短路，深入了解電池在濫用情況下的性能表現。這些評估可確保電池符合 UL 9540A 等國際標準，該標準著重於熱失控風險。透過進行這些測試，您可以降低過熱風險，並提高鋰電池在工業應用中的安全性。

1.2 電氣測試：過充電、過放電和短路評估

電氣測試評估電瓶對異常電氣狀況（例如過充、過放和短路）的反應。過充會導致過熱，而過放則可能對電池內部結構造成不可逆的損壞。另一方面，短路會因快速釋放能量而帶來直接的安全隱患。

例如，UL 1973 概述了固定電池系統的安全要求，涵蓋電氣、熱和機械安全問題。這些測試確保鋰電池組符合嚴格的安全標準，從而降低關鍵應用中發生故障的可能性。

統計數據凸顯了這些評估的重要性。鋰離子電池內部短路的機率約為四千萬分之一，凸顯了嚴格的安全測試以保持低故障率的必要性。

1.3 機械測試：抗振動、衝擊和抗衝擊性

機械測試模擬鋰電池組在運輸或運作過程中可能遇到的物理應力。這些測試包括振動、衝擊和撞擊測試，用於評估電池的結構完整性和耐用性。

振動測試 將電池在三個基本平面上進行 3 小時的劇烈搖晃，確保它們能夠承受長時間的機械應力。
衝擊試驗 評估電池對突發力的承受能力。例如，研究表明，裸電池在衝擊測試中經常燃燒，而SRL電池則保持穩定，溫度上升速度慢1.7倍。

這些測試對於工業設備中的應用至關重要，因為電池必須承受惡劣的條件，而不能影響性能或安全性。

1.4 環境測試：極端條件下的效能

環境測試旨在檢驗鋰電池組在高海拔、溫度波動和高濕度等極端條件下的表現。這些測試旨在確保電池能夠在從嚴寒到酷熱的各種環境下可靠運作。

例如，高海拔測試模擬航空航天應用中常見的低壓條件。與振動或衝擊測試等其他測試相比，這些測試相對容易通過。然而，它們對於確保符合NFPA 855等國際標準仍然至關重要，該標準涉及儲能係統的消防安全和安裝指南。

透過進行這些性能測試，您可以確保鋰電池組符合各種工業和商業應用的安全要求。這不僅可以提高可靠性，還可以最大限度地減少安全隱患，保護設備和人員安全。

第二部分：鋰電池安全測試的重要性

2.1 預防鋰電池組故障

安全測試在識別和緩解鋰電池組潛在故障方面發揮著至關重要的作用。透過嚴格的評估，您可以確保只將高品質的電池整合到您的系統中。此過程可最大限度地降低火災、爆炸或過熱等災難性事件的風險。

品質測試對於在生產過程中檢測出故障電池至關重要。生產線末端測試有助於篩選有缺陷的電池，確保只部署符合嚴格品質標準的電池。
國際標準強制要求的認證測試，用於驗證鋰電池組的安全相關性能。這些測試評估熱穩定性、電氣性能和機械彈性等參數。
濫用測試（例如釘刺測試）模擬極端條件，以評估內部短路的風險。這些測試有助於深入了解連鎖反應和火災的可能性，尤其是在化學結構不穩定的情況下。

例如，滲透測試表明，不安全的化學成分可能會達到危險的高溫，導致熱失控。透過及早解決這些安全問題，可以預防故障並提高鋰電池系統的整體安全性。

2.2 確保遵守安全標準

遵守安全標準不僅是一項監管要求，更是可靠鋰電池安全測試的基石。合規性可確保您的電池系統符合必要的安全要求，從而減少責任並增強您對產品的信任。

UL 1973 和 UL 9540A 等標準關注安全的各個方面，包括熱失控風險和消防安全考慮。這些指南為評估鋰電池組的安全性能提供了框架。
三星 Galaxy Note 7 召回事件再次警告我們，嚴格安全測試的重要性。這次事件發生後，製造商採取了強化的安全協議，顯著提高了鋰離子電池的可靠性。

標準/指南	產品說明
UL 1973	專注於固定電池系統的安全性，涵蓋多個方面。
UL 9540A	一種評估電池系統熱失控風險的測試方法。
UL 9540	解決儲能係統的整體安全問題，包括消防安全。

透過符合這些測試標準，您可以確保您的鋰電池組符合國際安全基準，從而保護您的聲譽和客戶。

2.3 提高工業應用的可靠性

在工業環境中，可靠性至關重要。鋰電池安全測試可確保您的系統能夠承受工業應用的嚴苛條件。這些測試評估電池在各種壓力（包括機械、熱和環境因素）下的性能。

統計分析強調了安全性測試在提高可靠性方面的重要性。例如：

步驟	產品說明
1	確定相同的電池單元進行測試。
2	將一個電池存放在逐漸變濕的環境中以觀察故障率。
3	隨著溫度和其他環境因素的變化重複此過程。
4	收集和分析數據以確定統計相關的故障點。
5	確保測試不會顯著增加生產成本。