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擠壓（電芯)檢測

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發(fā)布時間：2025-07-24 11:49:44 更新時間：2025-07-23 11:49:44

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作者：中科光析科學技術研究所檢測中心

擠壓（電芯）檢測

擠壓測試是鋰電池制造與安全認證中至關重要的破壞性安全測試項目之一，尤其針對單體電芯（Cell）。其主要目的是模擬電芯在極端物理受力狀態(tài)下的穩(wěn)定性與安全裕度，例如在車輛碰撞、重物壓迫或不當使用過程中可能遭遇的強烈機械擠壓。該測試通過施加巨大壓力，強制電芯發(fā)生嚴重形變，以評估其是否會發(fā)生內(nèi)部短路、熱失控（Thermal Runaway）、起火、爆炸等危險情況。對于確保終端產(chǎn)品（如電動汽車、儲能系統(tǒng)、消費電子）的使用安全，防止因機械濫用導致的安全事故具有不可替代的作用。首段重點強調(diào)：擠壓測試是直接關乎電芯本質(zhì)安全性的底線測試，其結果直接影響產(chǎn)品的市場準入和用戶信任度。

檢測項目

擠壓測試的核心檢測項目包括但不限于：

電芯結構完整性破壞程度： 觀察并記錄電芯殼體是否破裂、變形量、電解液是否泄漏等物理損傷。
電氣性能變化： 測試過程中及測試后，監(jiān)測電芯電壓的瞬間跌落、反彈或歸零情況，判斷內(nèi)部短路的發(fā)生。
熱失控行為監(jiān)測： 實時監(jiān)測電芯表面和內(nèi)部（如有探針）的溫度變化，記錄是否出現(xiàn)溫度急劇升高（通常定義為溫升速率≥1℃/秒）或達到設定閾值（如>150℃）。
安全響應： 觀察電芯是否發(fā)生起火（Fire）、爆炸（Explosion）、噴射（Venting/Projection）等現(xiàn)象。
泄壓機制： 對于設計有安全閥（Vent）的電芯，觀察其在受壓時是否正常啟動泄壓。

檢測儀器

進行擠壓測試需要專業(yè)的、高精度的測試設備：

擠壓試驗機： 核心設備，需具備精確控制位移、速度（通常為低速，如0.1mm/s - 10mm/s）和壓力（數(shù)十kN至數(shù)百kN）的能力。測試臺需有足夠的剛度和穩(wěn)定性。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）： 實時采集并記錄壓力、位移、電壓、溫度（多點熱電偶或紅外熱像儀）等關鍵參數(shù)。
高速攝像機： 用于捕捉測試過程中電芯反應（如起火、爆炸、噴射）的瞬間影像，便于事后分析失效模式。
防爆測試箱： 為測試提供密閉、防火、防爆的安全環(huán)境，保護操作人員及周圍設備，通常配備觀察窗、煙霧/火焰?zhèn)鞲衅?、滅?通風裝置。
溫度測量設備： K型熱電偶（貼于電芯表面關鍵位置）和/或紅外熱像儀（非接觸式測量表面溫度場）。
電壓監(jiān)測儀： 高精度電壓表或多通道數(shù)據(jù)采集卡，實時監(jiān)測電芯正負極電壓變化。

檢測方法

標準的擠壓測試方法通常遵循以下關鍵步驟：

樣品準備： 電芯需按標準要求進行預處理（如充滿電至指定SOC，常為100% SOC），并在規(guī)定環(huán)境（如25±5℃）下穩(wěn)定。
夾具與方向： 將電芯牢固安裝在試驗機平臺上。擠壓方向至關重要，需按標準要求進行（如沿電芯寬面、窄面或端面擠壓）。對于圓柱電芯，常垂直于其軸線方向施壓。
測試條件設置： 設定擠壓速度（如GB 31241要求0.1mm/s, UL 1642要求約1.5cm/min）。設定停止條件（達到特定壓力值、特定變形位移量或電芯發(fā)生失效）。
安裝傳感器： 連接并校準電壓線、熱電偶等傳感器。
安全防護： 將測試系統(tǒng)置于防爆箱內(nèi)并關閉箱門。
執(zhí)行測試： 啟動試驗機，按設定速度勻速施加擠壓力。同時啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和高速攝像機。
過程監(jiān)控： 實時觀察數(shù)據(jù)變化和電芯狀態(tài)，記錄關鍵事件（如電壓驟降、溫度驟升、冒煙、起火、爆炸）發(fā)生的時間點和對應的壓力/位移值。
測試終止： 當達到預設停止條件（如壓力達到標準規(guī)定值、位移達到電芯厚度/直徑的特定百分比）或電芯發(fā)生顯著失效（起火爆炸）時，停止擠壓。
后觀察： 測試停止后，繼續(xù)觀察一段時間（如1小時），確認電芯是否發(fā)生延遲反應（如復燃）。
數(shù)據(jù)分析與報告： 整理測試數(shù)據(jù)（壓力-位移曲線、電壓-時間曲線、溫度-時間曲線）、高速影像和現(xiàn)象記錄，依據(jù)判定標準給出測試結論。

檢測標準

擠壓測試的具體要求（壓力值、速度、方向、判定準則）由國際、國家或行業(yè)標準嚴格規(guī)定，常見標準包括：

GB 31241-2014 《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》及修訂： 適用于消費類電池電芯。要求擠壓方向垂直于電芯極板方向（即寬面），擠壓速度0.1mm/s，擠壓力達到13kN（或壓強達到1300kPa）后保持，或達到初始厚度1/3的變形量（先到為止），要求電芯應不起火、不爆炸。
GB/T 31485-2015 《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》/ GB 38031-2020 《電動汽車用動力蓄電池安全要求》： 適用于車用動力電池電芯。要求擠壓速度5mm/s±1mm/s。停止條件為擠壓力達到電芯額定容量的100倍（單位為kN，即如100Ah電芯需達到1000kN）或變形量達到初始尺寸的30%（先到為止）。要求電芯應不起火、不爆炸。新版GB 38031對擠壓板的形狀（如半徑75mm的半圓柱體）有更明確規(guī)定。
UL 1642 《鋰電池安全標準》： 要求施加擠壓力使電芯在兩個平面板之間受壓，直至壓力達到17.2 MPa (2500 psi) 或電芯變形量達到初始高度的50%（同時壓力達到13 kN），要求電芯應不起火、不爆炸。
IEC 62660-2:2018 《電動道路車輛推進用二次鋰離子電池第2部分：可靠性和濫用性測試》: 要求與GB 38031類似，擠壓速度5mm/s±1mm/s，停止條件為力達到(100 x C) kN (C為額定容量，Ah) 或變形30%（先到者），要求不起火、不爆炸。
UN 38.3 《關于危險貨物運輸?shù)慕ㄗh書試驗和標準手冊》： 在T.5擠壓試驗中，要求施加擠壓力使電芯在兩個平面板之間受壓，擠壓速度1.5 cm/s，直至壓力達到250 N (約25.5 kg力)。要求電芯在測試后6小時內(nèi)不起火、不爆炸。

判定標準核心： 無論遵循哪個具體標準，擠壓測試最核心的安全判定準則是：在整個測試過程中及測試后規(guī)定觀察期內(nèi)，電芯不應發(fā)生起火（Fire）或爆炸（Explosion）。部分標準（如GB 31241）也明確要求不能有外殼破裂導致內(nèi)部物質(zhì)暴露（電解液泄漏量不超標）。泄壓閥的正常開啟通常是被允許的安全泄壓行為。