锂离子电池洗涤试验的耐受性

王婷婷 陈有余 杨旭 马壮 钱景凌 张红 / 上海市质量监督检验技术研究院

锂离子电池洗涤试验的耐受性

王婷婷 陈有余 杨旭 马壮 钱景凌 张红 / 上海市质量监督检验技术研究院

介绍了锂离子电池或电池组洗涤试验所采用的设备、试验程序和试验结果，研究了电池洗涤试验对锂离子电池或电池组的影响。试验结果表明，相较于锂聚合物电池，钴酸锂电池对洗涤试验的耐受性较差，容易发生破裂。但两类电池在洗涤试验中均未发生起火或爆炸。

锂离子电池；锂聚合物电池；钴酸锂电池；洗涤试验

0 引言

锂离子电池或电池组已被广泛应用于便携式办公产品、通信产品、音视频产品等各类电子产品中，其安全问题引起人们的广泛关注[1-5]。目前，常见的锂离子电池或电池组产品主要分为两类，钴酸锂电池和锂聚合物电池。

锂离子电池的洗涤试验主要是模拟实际使用中尺寸较小的电子产品或其电池因误操作而发生的被洗涤现象，它已作为一项重要的安全测试项目，被列入强制性国家标准GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》[2]中。

1 测试样品

本实验测试样品为最常见的锂离子电池或电池组,即钴酸锂电池和锂聚合物电池。这两类电池具有能量密度高、安全性高的特点，被广泛应用于各类电子产品中。锂聚合物电池具有超薄化、轻量化、小型化特点。同时，由于该电池使用了胶态电解质，不会因为液体沸腾而产生大量气体，从而杜绝了剧烈爆炸的可能性。钴酸锂电池结构稳定，比容量高，综合性能突出，但相较于锂聚合物电池其安全性能较差。锂离子聚合物电池和钴酸锂电池样品见图1。

图1 典型锂离子电池样品

2 测试设备

使用自主研制的电池洗涤装置开展锂离子电池洗涤试验。该设备可以模拟锂电池在洗衣机内浸泡、搅拌洗涤、甩干等试验工况，并且具有试验液恒温控制、循环配液、PH监测等功能，试验可以依照标准自动按规定程序运行。本试验适用于：

1）手持式电子产品用锂离子电池组；

2）可能置于口袋中携带或使用的便携式电子产品用锂离子电池组；

3）其他便携式电子产品用、可置于口袋中携带的电池组；

4）安装非用户更换型电池/电池组的手持式电子产品。

锂离子电池洗涤装置示意图见图2，其实体图见图3。

图2 锂离子电池洗涤装置示意图

图3 锂离子电池洗涤装置实体图

3 测试程序

将样品按照GB 31241-2014中4.5.1规定的试验方法充满电后进行电池洗涤试验。试验按照以下步骤进行：

1）配液：配置pH为11.0±0.1的溶液（可使用质量分数为0.004%的NaOH溶液），并将溶液加热至45℃±2℃；

2）浸泡：将样品固定在转动装置上（见附录E.3），然后将样品放置在溶液中（电池中心距液面高度为300 mm±10 mm）浸泡0.5 h，试验过程中保持溶液的温度为45℃±2℃；

3）搅拌：将样品固定于转动装置上，在溶液中转动0.5 h，转速为60 r/min；

4）脱水：移除溶液，转动10 min，转速为800 r/min；

5）烘干：将样品放置在高温箱中加热0.5 h，加热温度为45℃±2℃；

6）若样品还能继续充放电，则按照GB 31241 -2014中4.5规定的充放电方法继续进行一次充放电循环后结束试验；若样品不能继续充放电，则结束试验。

样品在试验过程及试验后应不起火、不爆炸。

4 测试结果

测试50批次样品，其中钴酸锂电池25批次，锂聚合物电池25批次。1～25号样品为钴酸锂电池，26～50号样品为锂聚合物电池。测试发现，所有测试样品均未发生起火或爆炸，锂聚合物电池比钴酸锂电池具有更好的耐洗涤效果。详细测试结果见表1。

表1 锂离子电池洗涤测试结果

试验发现：

1）84%的钴酸锂电池在洗涤试验后发生损坏性破裂，洗涤后可正常工作的电池仅为4%，说明钴酸锂电池对洗涤试验的耐受性非常差。

2）锂聚合物电池洗涤后一般不发生破裂，但部分样品会存在无法充放电的情况。

3）电池洗涤后无法正常充放电可能是由于洗涤试验破坏了电池内部的电路，导致充放电性能损坏。

4）对于性能较好的锂离子电池，经过洗涤测试其充放电性能并无明显改变。对洗涤试验后可以正常充放电的锂离子电池进行充放电试验，比较该电池洗涤前后的充放电性能。测试依据为GB 18287-2013中4.2电性能中0.2 ItA放电的要求，电池或电池组按5.3.2.2规定进行试验，放电时间应不低于5 h。充放电试验均在标准大气条件下进行，温度15～35 ℃，相对湿度45%RH～75%RH，大气压86～106 kPa。锂离子电池洗涤试验前后电池放电曲线分别见图4和图5。

图4 锂离子电池洗涤试验前的电池放电曲线

图5 锂离子电池洗涤试验后的电池放电曲线

图4和图5中，横坐标为放电时间，纵坐标为电压和电流。Volt，Curr为洗涤试验前后的放电曲线。从图4可知，洗涤试验前后的放电曲线基本重合，测试样品放电时间不低于5 h，说明被测电池0.2 ItA放电指标符合标准要求，洗涤试验对于性能较好的锂离子电池的电性能并无大影响。

5 结语

根据GB 31241-2014，便携式锂离子电池、便携式电子产品中含锂离子电池的应按要求完成相关电池的洗涤试验。

根据研究分析，制造商和消费者可以使用两种方法规避洗涤试验带来的产品安全风险，一是在电池上加贴警示语“电池浸水后禁止使用！”；二是尽量使用锂聚合物电池，以提高电池使用的安全性。

[1]全国碱性蓄电池标准化技术委员会.GB/T 18287-2013[S].北京：中国标准出版社，2013.

[2]工业和信息化部（电子）.GB 31241-2014[S].北京：中国标准出版社，2014.

[3]全国原电池标准化技术委员会.GB 8897.4-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4]International Electrotechnical commission.IEC 60086-4：2007[S].Switzerland：IEC website，2013.

[5]International Electrotechnical commission.IEC 61960:2011[S].Switzerland：IEC website，2013.

The tolerance to washing test of lithium-ion batteries

Wang Tingting，Chen Youyu，Yang Xu，Ma Zhuang，Qian Jingling，Zhang Hong
（Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research）

The paper introduces the devices, testing process, testing results of washing test for lithium-ion cells and battery packs, studies the influence of washing test on the lithium-ion cells and battery packs.The testing results show that compared with the lithium polymer batteries, the tolerance of cobalt acid lithium batteries to washing test is poorer, and the possibility of rupture is more likely to happen, but in the course of washing tests there was no fire or explosion caused by two types of batteries.

lithium-ion cell; lithium polymer battery; cobalt acid lithium battery; washing test