锂金属及锂离子电池和电池组检测

锂金属及锂离子电池与电池组检测：核心项目聚焦

锂金属电池（LMB）和锂离子电池（LIB）作为现代能源存储的核心技术，其性能安全性与可靠性至关重要。严格的检测贯穿研发生产应用及回收全周期。本文将重点阐述两者检测的核心项目内容。

一 电芯层级核心检测项目 (适用于LIB与LMB)

1. 电化学性能测试 (基础指标)：

   • 容量与能量： 在不同倍率（C-rate）温度循环次数下测量放电容量及能量，评估实际可用储电量。
   • 库仑效率： 充放电循环中放电容量与充电容量的比值，反映副反应程度（如电解液分解界面膜形成）。
   • 内阻 (DCIR & ACIR)： 直流内阻反映大电流能力；交流内阻（阻抗谱）分析界面反应动力学电荷转移扩散过程。
   • 倍率性能： 测试不同充放电电流密度下容量的保持率，评估高功率输出/输入能力。
   • 自放电率： 测量开路搁置后容量/电压的损失速率，反映内部微短路或副反应活性。
   • 循环寿命： 在特定条件下（温度充放电深度DoD倍率）进行重复充放电，测试容量衰减至规定阈值（如80%）的循环次数。
   • 存储寿命/日历寿命： 评估在特定荷电状态（SoC）和温度下长期存储后的容量保持率和内阻变化。
   • 电压特性： 充放电曲线形状平台电压工作电压范围等。

2. 物理特性与成分分析 (结构材料)：

   • 尺寸与外观： 几何尺寸外观缺陷（划痕凹陷漏液锈蚀）。
   • 电极涂层质量： 涂层厚度均匀性粘附力面密度孔隙率。
   • 电极材料表征： 活性物质晶型粒径分布比表面积元素组成（常用XRD, SEM-EDS/XPS, BET等）。
   • 隔膜特性： 厚度孔隙率孔径分布透气性（Gurley值）、润湿性机械强度热收缩率。
   • 电解液分析： 组分与纯度（LiPF6浓度溶剂/添加剂比例水分HF含量）、粘度电导率稳定性（热电化学窗口）。
   • 集流体特性： 厚度表面处理状态电阻。

3. 安全性与滥用测试 (关键风险验证)：

   • 热稳定性分析： 差示扫描量热仪（DSC）热重分析仪（TGA）测量材料及电芯在升温过程中的热量变化和分解温度。
   • 过充电： 强行充电至远高于上限电压，监测温度电压气体产生是否起火爆炸。
   • 过放电： 强行放电至远低于下限电压，评估铜集流体溶解风险及后续充电安全性。
   • 外部短路： 正负极直接外短路，测试最大电流温升是否起火爆炸。
   • 热滥用： 将电芯置于高温环境（如130°C至150°C以上恒温箱）或快速升温，观察热失控行为。
   • 挤压/针刺 (机械滥用)： 模拟内部短路，用钝头棒挤压或钢针穿透电芯，监测是否发生热失控。
   • 跌落： 从规定高度自由跌落到硬质表面（不同方位），评估结构完整性及是否泄漏着火。
   • 振动： 模拟运输或使用中的振动环境，评估结构稳定性连接可靠性。
   • 机械冲击： 施加高强度瞬时冲击，评估耐冲击能力。
   • 燃烧喷射： 测试热失控时喷射物的方向和强度。
   • 温度循环： 在极端高低温间循环，评估密封性材料稳定性电性能一致性。

4. 锂金属电池 (LMB) 特有/重点测试：

   • 锂沉积/溶解库仑效率： 精确评估锂金属在循环中的可逆性及死锂形成量。
   • 锂枝晶观测： 通过原位/非原位手段（显微镜X射线）观察锂沉积形貌，评估枝晶生长风险。
   • 界面稳定性分析： 重点考察锂金属/固体电解质（SEI）（或液体电解质）界面的物理化学稳定性阻抗演变。
   • 循环过程中的体积变化： 监控锂金属负极在循环过程中的厚度膨胀收缩。

二 电池模组与电池包层级核心检测项目

1. 电气性能测试：

   • 容量与能量测试： 模组/包整体充放电容量及能量。
   • 功率性能： 脉冲充放电能力，评估满足峰值功率需求（如加速回收制动）的能力。
   • 效率： 系统充放电能量效率（考虑BMS线缆损耗等）。
   • 绝缘电阻： 测试高压系统（母线连接器）与低压系统及壳体间的绝缘性能，确保人身安全。
   • 电压/温度一致性： 监控模组/包内各电芯或单元在充放电及静置时的电压差和温度差。
   • BMS功能验证： 测试电池管理系统（BMS）对电压电流温度的监测精度，以及过压欠压过流过温短路等保护功能的及时性与准确性。

2. 机械与环境可靠性测试：

   • 机械振动： 模拟车辆行驶或特定使用环境下的振动，测试结构件连接器线束的疲劳和松动风险。
   • 机械冲击： 模拟碰撞或剧烈颠簸冲击，评估结构完整性和内部连接可靠性。
   • 翻转： 测试电池包在不同角度倾斜或翻转后的安全性和泄漏风险。
   • 温度冲击： 在极端高温和低温间快速转换，测试密封性材料热应力耐受性。
   • 湿热循环： 在高温高湿环境下循环，评估密封防水性能绝缘性能材料腐蚀风险。
   • 防尘防水 (IP等级)： 验证外壳防护等级能否抵御灰尘和水侵入。
   • 盐雾： 评估在含盐潮湿环境下的耐腐蚀性能（尤其金属壳体连接件）。

3. 安全性测试 (系统级滥用)：

   • 热蔓延 (热失控传播)： 触发模组内单个电芯热失控，观察是否及如何蔓延至相邻电芯及整个模组/包，评估防火墙隔热设计有效性（关键）。
   • 火烧： 将包体置于明火中或辐射热源下一定时间，评估耐火阻燃能力与热失控后危害控制。
   • 海水浸泡： 模拟涉水或淹没场景，测试绝缘短路风险及泄漏防护。
   • 过压/过流保护测试： 验证系统级保护电路在极端情况下的响应。

关键警示与重要性

锂电安全无小事。上述检测项目，尤其是各类滥用测试和热蔓延测试，是识别潜在失效模式评估风险等级验证安全设计和防护措施有效性的核心手段。严格的检测不仅是产品合规进入市场的敲门砖，更是保障用户生命财产安全赢得市场信任推动技术迭代升级的基石。持续完善检测标准与方法，覆盖全生命周期风险，对于锂电池技术的健康发展和广泛应用至关重要。