碱性和其它非酸性电解液的电池和再生蓄电池检测

碱性和非酸性电解液电池及再生蓄电池检测要点

引言 随着能源存储技术的多元化发展，采用碱性电解液（如氢氧化钾水溶液）的非酸性电池系统以及新兴的非水有机电解液或固态电解质的电池（如锂离子电池固态电池）日益重要。为确保其安全性性能可靠性和使用寿命，特别是对于再生蓄电池（梯次利用或再制造电池），实施科学全面的检测体系至关重要。本文将重点阐述此类电池的核心检测项目。

一核心电化学性能检测

1. 初始容量测试：
   • 目的： 确认电池出厂或再生后的基本储能能力。
   • 方法： 在标准规定的温度和充放电条件下，测量电池首次完全放电所释放的电量。
2. 容量保持率 / 衰减测试：
   • 目的： 评估电池在长期使用或存储过程中的容量损失程度。
   • 方法： 在特定条件下（如固定循环次数高温贮存后）进行容量测试，与初始容量对比计算百分比。
3. 充放电效率：
   • 目的： 衡量充电过程中电能转化为化学能，以及放电过程中化学能转化为电能的有效性。
   • 方法： 计算放电能量与充电能量的比值（通常以百分比表示）。
4. 倍率性能测试：
   • 目的： 考察电池在不同充放电电流倍率下的性能表现。
   • 方法： 测量电池在不同大小电流（如0.2C, 1C, 2C等）下的放电容量和电压平台。
5. 内阻测试：
   • 目的： 评估电池内部导电性能和极化程度，与功率输出温升效率密切相关。
   • 方法： 通常采用交流阻抗法或直流脉冲法测量。
6. 循环寿命测试：
   • 目的： 预测电池在反复充放电条件下的使用寿命。
   • 方法： 在特定充放电制度（如温度深度倍率）下进行连续循环，直至容量衰减至规定阈值（如额定容量的80%）时记录循环次数。
7. 自放电率测试：
   • 目的： 衡量电池在开路状态下存储时容量的损失速度。
   • 方法： 将充满电的电池在特定温度和湿度下存储规定时间（如28天），测量剩余容量，计算单位时间内容量损失百分比。
8. 电压特性：
   • 目的： 考察放电平台电压平均电压充电终止电压开路电压的稳定性及一致性。
   • 方法： 记录充放电过程中的电压-时间曲线或电压-容量曲线。

二关键安全性检测

1. 过充电测试：
   • 目的： 验证电池在充电电压远超设计上限时的安全裕度。
   • 方法： 以超过规定上限的电压或电流持续对电池充电，观察是否发生起火爆炸漏液或剧烈温升。
2. 过放电测试：
   • 目的： 评估电池被过度放电至电压远低于下限时的反应。
   • 方法： 强制放电至远低于截止电压，检查是否导致内部短路漏液容量不可逆损失或充电困难。
3. 外部短路测试：
   • 目的： 模拟电池正负极意外短接时的安全性。
   • 方法： 在充满电状态下，使用极低电阻导线短接正负极一定时间，监控温度变化是否起火爆炸或壳体破裂。
4. 热滥用 / 热稳定性测试：
   • 目的： 考察电池在高温环境或内部局部过热时的耐受能力。
   • 方法： 将电池（充满电或特定SOC）置于高温恒温箱中，按程序升温至特定温度（如130°C, 150°C），观察是否发生热失控现象（起火爆炸）。
5. 针刺 / 挤压测试：
   • 目的： 模拟电池内部发生机械损伤引发内部短路时的极端情况。
   • 方法：
     • 针刺： 用规定直径的耐高温钢针以特定速度刺穿电池。
     • 挤压： 用特定面积（如平面或半球）的压头以规定速度挤压电池至形变程度或达到特定压力。
   • 观察电池的反应（起火爆炸与否）。
6. 燃烧喷射测试（主要针对高能电池如锂离子）：
   • 目的： 评估电池在密闭空间（如设备内部）发生热失控并喷射火焰/物质时对外部环境的危害程度。
   • 方法： 在特定测试箱内触发电池热失控（通常通过加热或过充），测量火焰喷射长度持续时间及箱内温度峰值。
7. 温度循环测试：
   • 目的： 验证电池在温度剧烈波动环境下的结构完整性和密封性。
   • 方法： 使电池在设定的高低温度极限间进行多次循环变化，检查外观泄漏功能异常等。
8. 高空模拟 / 低气压测试：
   • 目的： 模拟航空运输或高海拔地区使用时，低气压对电池密封性和安全性的影响。
   • 方法： 将电池置于低气压环境（如11.6kPa）中存储或进行充放电操作，观察是否泄漏膨胀甚至破裂。

三环境适应性与可靠性检测

1. 高温性能 / 贮存：
   • 目的： 评估电池在高温环境下的工作性能和长期存储稳定性。
   • 方法： 在高温下进行充放电测试或长期存储后测试容量恢复率和外观变化。
2. 低温性能：
   • 目的： 考察电池在低温环境下的放电能力（功率容量）和充电接受能力。
   • 方法： 在低温（如-20°C, -30°C）下进行放电测试或尝试充电。
3. 恒定湿热：
   • 目的： 验证电池在高温高湿环境下的耐腐蚀性和密封性。
   • 方法： 将电池置于恒定高温高湿（如40°C/93%RH）环境中存储规定时间，检查外观腐蚀漏液电气性能变化。
4. 机械冲击测试：
   • 目的： 模拟运输或使用中遭受剧烈冲击时的耐受能力。
   • 方法： 沿规定方向施加特定加速度和持续时间的半正弦波冲击脉冲多次，检查结构损伤和功能失效。
5. 振动测试：
   • 目的： 模拟运输或使用中长期处于振动环境下的可靠性。
   • 方法： 在特定频率范围振幅和时间下进行正弦扫频振动或随机振动，检查内部结构松动断路性能下降或外观破损。
6. 自由跌落测试：
   • 目的： 模拟电池意外跌落时的机械完整性。
   • 方法： 从规定高度（如1米）以不同姿态跌落至硬质表面数次，检查壳体破裂泄漏功能异常。

四针对再生蓄电池的特殊检测项目 再生蓄电池除进行上述基础和安全项目外，还需特别关注：

1. 健康状态评估：
   • 目的： 精确量化电池当前性能（容量内阻）相对于其初始状态或额定状态的衰减程度（SOH），是梯次利用分级的关键依据。
   • 方法： 综合容量测试内阻测试历史数据分析等方法进行建模估算。
2. 一致性筛选：
   • 目的： 确保重组模组或电池包内的单体或模块在关键参数（容量内阻电压）上高度一致，这对系统性能和寿命至关重要。
   • 方法： 对大批量再生单体进行容量内阻等关键参数测试，按严格阈值进行分组筛选。
3. 更严苛的安全性复测：
   • 目的： 考虑到使用历史可能存在隐性损伤（如微短路SEI膜异常增厚），再生电池需进行更全面的安全测试（如热滥用过充过放外部短路）。
   • 方法： 同上述安全性测试项目，但判据可能更严格或增加抽样比例。
4. 剩余寿命预测：
   • 目的： 预测再生电池在目标应用场景下的预期使用寿命（RUL）。
   • 方法： 基于当前SOH历史使用模式未来应用工况等因素建立预测模型。

五其他重要检测

• 外观及尺寸检查： 检查壳体完整性标识清晰度有无腐蚀变形尺寸是否符合要求。
• 极性检查： 确认正负极标识正确。
• 气密性检测（密封电池）： 确保壳体密封良好，无电解液泄漏风险。
• 电解液成分分析（如适用且安全）： 检测电解液纯度水分含量有无分解产物（对循环寿命和安全性有指示意义）。
• 内部结构无损检测（如X射线）： 查看内部电极隔膜连接件等是否有异常（如褶皱错位异物）。

结论 对碱性及其他非酸性电解液电池（包括新兴固态电池）以及再生蓄电池进行严格系统的检测，是保障其安全可靠应用的核心环节。检测项目应全面覆盖基础电化学性能极端安全性环境可靠性及针对再生电池的特殊评估需求。建立科学规范的检测流程，严把质量关，不仅保护用户生命财产安全，更能提升产品市场竞争力，推动电池技术的健康发展和资源的循环利用。在选择检测服务和解读结果时，应关注其方法的科学性设备的先进性和操作的规范性。