常規(guī)鋰電池原理及各國認證介紹綜述-共20頁課件

1、鋰電池原理及各國認證介紹北測電池工程部1目錄一 常規(guī)型鋰電池原理二 鋰電池目標市場三 各國電池相關認證介紹2一 常規(guī)鋰電池原理 鋰離子電池 (lithium-ion Battery) 采用鋰嵌入碳作負極，鈷酸鋰、鎳酸鋰或錳酸鋰等氧化物作正極，聚乙烯、聚丙烯膜作隔離層，鋰鹽溶于有機溶劑作電解質的鋰二次電池。鋰鈷等氧化物、碳黑等材料與粘接劑混和制漿，涂覆在集流體鋁箔上，經(jīng)烘干、輥壓制成正極片；石墨等負極材料涂覆在銅箔上，采用與正極相同的方法制成負極片；正、負極片間插入微孔聚丙烯等薄膜作隔離層，卷繞成柱形或矩形，裝入電池殼，經(jīng)焊接引電極、焊蓋，再加入電解質溶液，封口。電池有圓柱形、方形、扣式等多種形

2、狀，結構見圖。3一常規(guī)鋰電池原理方形鋰離子電池結構圖鋰離子電池的工作電壓達3.6V（正常電壓范圍為3.0-4.2V之間），循環(huán)壽命達500 次以上，具有比能量和工作壓高、工作溫度范圍寬、循環(huán)壽命長、能快速充電、無記憶效應等優(yōu)點。鋰離子電池廣泛用于移動電話、筆記本電腦、攝像機、醫(yī)療儀器等用電器具。大容量、高功率的動力型鋰離子電池有望成為電動車的理想電源。4一 常規(guī)鋰電池原理 聚合物鋰離子電池 (polymer lithium ion battery) 將有機電解質吸附在聚合物材料中形成一種凝膠電解質（聚合物電解質）的鋰離子電池。電池的正、負極活性物質與鋰離子電池相同，電池結構簡單，采用塑料制膜技

3、術和層壓技術，制成較薄的塑料電極膜，將壓合層分切成需要的外形和尺寸，經(jīng)活化后用鋁塑膜包裝成產(chǎn)品。5一 常規(guī)鋰電池原理聚合物鋰離子電池結構圖 聚合物鋰離子電池不僅具有鋰離子電池的優(yōu)良特性，還具有超輕、超薄等特點。電池的電極和電解質膜都有聚合物骨架支撐，呈柔性，可以自由切割制成任意形狀，還可制成超薄電池。電池中沒有游離電解液，消除了液體電解質電池的漏液問題。 聚合物鋰離子電池可用于鋰離子電池使用的各種場合，如電動工具、音像設備、筆記本電腦、移動電話、衛(wèi)星通訊及軍事、航天、航空、航海等。6一 常規(guī)鋰電池原理常規(guī)鋰離子電池保護電路原理 該保護回路由兩個MOSFET（U2）和一個控制IC（U1）外加一些

4、阻容元件構成。控制IC負責監(jiān)測電池電壓與回路電流，并控制兩個MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開關作用，分別控制著充電回路與放電回路的導通與關斷，該電路具有過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能. 7常見的鋰電池8二 鋰電池目標市場1 國際標準與認證：CB體系（IEC 62133標準）國際認證標準IEC 62133對于電池(Battery Pack)與電池芯(Battery Cell)的導入時程：目前電池芯廠普遍采用的認證標準UL1642，隨著國際電工協(xié)會IECEE 決議文 ACAG/1398/DSH的決議，將逐步展開IEC 62133的導入行動，不再直接接受UL1642的測

5、試結果。換言之，可預期的將來，歐規(guī)認證單位，如TUV、VDE、Semko、Nemko、Fimko、Demko等，也將跟隨IEC 62133的導入，采取相同的認證策略。以下是電池的導入行程。2019年5月1日前：可以完全接收UL1642的測試報告，不需要額外評估。2019年5月1日起到2019年5月1日：部分接受UL1642的測試報告，需要評估IEC62133與UL1642的差異。2019年5月1日以后：僅接受符合IEC62133的電池芯9二 鋰電池目標市場2 中國市場 CQC認證 GB/T 18287 環(huán)保要求： 橙色標志10二 鋰電池目標市場3 美國市場 UL 認證： UL 1642 針對電

6、芯，UL 2054針對電池包鋰電池運輸?shù)陌踩螅║N38.3和1.2米跌落測試）電池相關環(huán)保法規(guī)（美國電池指令）主要測試鉛和汞的含量。11二 鋰電池目標市場歐盟市場：電池指令：2019/66/EC Pb:40PPM, Cd:20PPM, Hg:5PPM.WEEE指令 報廢的電子電氣設備指令ROHS REACH法規(guī) REACH是歐盟法規(guī)化學品的注冊、評估、授權和限制2019年6月1日起實施的化學品監(jiān)管體系EMC 檢測 （貼CE標識）運輸途中的安全要求UN38.3 EN 6228112二 鋰電池目標市場日本市場 PSE認證 標準JIS8712和J8714執(zhí)行日期：2019年11月20日13各國電

7、池認證介紹1. UN38.3確保航空運輸安全，并滿足客戶對含鋰電池貨物的運輸需求，根據(jù)國際航協(xié)危險物品規(guī)則的相關規(guī)定，制定出可充電型鋰電池操作規(guī)范，即UN38.3（UNDOT）的測試。 根據(jù)民航規(guī)章要求，航空公司和機場貨物收運部門應對鋰電池進行運輸文件審查，最重要的是每種型號的鋰電池UN38.3安全檢測報告。該報告可由民航指定的第三方檢測機構，也可由具備檢測能力的電池生產(chǎn)廠家提供。如不能提供此項檢測報告，民航將禁止鋰電池進行航空運輸. UN38.3是指在聯(lián)合國針對危險品運輸專門制定的聯(lián)合國危險物品運輸試驗和標準手冊的第3部分38. 3款，即要求鋰電池運輸前，必須要通過高度模擬、高低溫循環(huán)、振動

8、試驗、沖擊試驗、 55外短路、擠壓或撞擊試驗、過充電試驗、強制放電試驗，才能保證鋰電池運輸安全。如果鋰電池與設備沒有安裝在一起，則還須通過1.2米自由跌落試驗。 14各國電池認證介紹UN38.3適用產(chǎn)品范圍：1. 各種動力鋰二次電池（如動力車用電池、電動道路車車用電池、電動工具用電池、混合動力車用電池等） 2. 各種手機電池（如鋰離子電池、鋰聚合物電池等） 3. 各種小型二次電池（如筆記本電腦電池、數(shù)碼相機電池、攝像機電池、各種圓柱型電池、 無線通訊電池、便攜式DVD電池、CD和MP3播放器電池等） 4. 各種一次電池（如鋰錳電池等） 15各國電池認證介紹UN38.3測試項目：T.1 高度模擬

9、試驗 在壓力11.6kPa，溫度205的條件下。 T.2 熱測試 在752和-402的條件下進行高低溫沖擊試驗，在極限溫度中存放時間6h，高低溫轉換時間30min，沖擊10次，室溫（205）存放24h。注：第六次修訂版本將“752”更改為“722”，第六次修訂版于2019年1月生效。T.3 振動試驗 15min內(nèi)從7Hz至200Hz完成一次往復對數(shù)掃頻正弦振動，3h內(nèi)完成三維方向12次振動； 對數(shù)掃頻為：從7赫茲開始保持1gn的最大加速度直到頻率達到18赫茲。然后將振幅保持在0.8毫米 （總偏移1.6毫米）并增加頻率直到最大加速度達到8gn（頻率約為50赫茲）。將最大加速度保持在8gn直到頻率

10、增加到200赫茲。 16T.4 沖擊試驗 150g、6ms或50g、11ms半正弦沖擊，每個安裝方向進行3次，總共18次； T.5 外短路試驗 在552、外電阻0.1條件下短路，短路時間持續(xù)到電池溫度回到552后1h。 T.6 碰撞試驗 9.1kg重物自612.5cm高處落于放有15.8mm圓棒的電池上，檢測電池表面溫度。 注：第六次修訂版將T.6測試更新如下：T.6 碰撞/擠壓碰撞（適用于直徑大于20mm的圓柱形電池）9.1kg重物自612.5cm高處落于放有15.8mm圓棒的電池上，檢測電池表面溫度。擠壓（適用于棱柱形、袋裝、硬幣/紐扣電池和直徑不超過20mm的圓柱形電池）以一個13KN的

11、力擠壓電池兩個平行最寬的面。第六次修訂版于2019年1月生效。T.7 過充電試驗在2倍的最大連續(xù)充電電流和2倍的最大充電電壓條件下，對電池過充24h。 T.8 強制放電試驗 電池串連12V直流電源，以最大放電電流進行強制放電。 判定測試合格標準：T.1 - T.4 無質量丟失，無滲漏，無排氣，無解體，無破裂，無著火，開路電壓不低于測試前的90%T.5 T.6 表面溫度不超過170，測試6小時內(nèi)無解體，無破裂，無著火T.7 T.8 測試7天內(nèi)無解體，無著火 17各國電池認證介紹2 CE/CB, EN/IEC 62133標準適用范圍本標準規(guī)定了含堿性或非酸性電解液的便攜式密封二次電池單體和電池（組

12、）（不同于鈕扣型電池），在預定用途和可預見濫用情況下的安全性能的要求和測試方法。 18測試項目/test items：Continuous low-rate charging Vibration Moulded case stress at high ambient temperature Temperature cycling External short circuit Free fall Mechanical shock (crash hazard) Thermal abuse Crushing of cells Low pressure Overcharge for lithium systems Force