电池在正常状态和异常状态下的表现判断锂电池性能的试验方法

 “UL”是世界最著名的安全认证标志之一，它是美国保险商试验所(Underwriter Laboratories Inc.)的简写。UL主要包含的有产品的安全认证和经营安全证明业务，最终目的是使市场得到具有安全水准的商品。

　　作为最重要的性能参数之一，安全性是锂离子电池的核心指标之一。在锂电池日益广泛地应用于动力驱动的情况下，是否通过了UL认证成为辨别和选择动力锂电池的权威依据。

　　UL对于动力锂电池的检测检验集中体现在七个方面的标准上，即壳体、电解质、使用(过流保护)、漏液、机械试验、充放电试验、标识。其中，机械试验和充放电试验是两个核心环节，内容较多。

　　机械试验，即通过机械力及机械力的转化使动力锂电池处于承压状态下，表现出的状态即为机械试验的结果。机械试验也有七个方面的内容：挤压、撞击、加速度、振动、热冲击、热循环测试和高空模拟，合格的动力锂电池经过上述试验应能做到“三不”：不漏液、不起火、不爆炸才是合格的电池产品。此前，引起广泛关注的通用Volt电动汽车起火试验就是在对LG锂电池进行机械试验时发生的。

　　充放电试验，即通过电池在正常状态和异常状态下的表现判断锂电池性能的试验方法。充放电试验也包括五个方面的内容：充放电循环、短路试验、非正常充电测试、强制放电试验、过充。其中，充放电循环是常态试验，要求在25℃下，电芯按照制造商的要求进行充放电循环，循环到容量为初始标称容量的25%时或连续循环90天后终止，样品不出现安全性事件。

　　其余四项为非常态试验，简单来说，就是“三过一短”：过充、过放、过流、短路试验。分别检测动力锂电池耐过度充电、过度放电、大电流以及耐短路的情况，锂电池充电的科学使用是严重影响锂电池寿命的因素

　隔膜是锂离子电池组件中技术含量最高的部分，若能取得隔膜材料的市场优势地位，也就能撬取锂电池市场中较大的利润份额。日本三菱树脂株式会社是全球锂电池隔膜用树脂——PP(聚丙烯)和PE(聚乙烯)的主要供应商之一，去年，公司发布了一款基于PP干法制造的耐热型隔膜产品。

　　通俗地说，隔膜就是一层多孔的塑料薄膜，基本材料包括PP、PE等树脂材料和添加剂，在锂电池中的主要作用就是：当锂离子在电池正负极间穿梭时，使正负极保持绝缘状态，以免造成短路。因此，隔膜的一个很重要的性能指标就是耐热性能，表示耐热性的参数是熔点。目前，全球制造隔膜的厂家以湿法为主，熔点最高纪录是日本东燃化学推出的熔点为170℃的湿法PE锂电池隔膜。

　　这里介绍一下隔膜的湿法与干法制造：这是两种隔膜制造方法。

　　湿法就是使用溶剂和可塑剂拉伸隔膜，然后通过溶剂蒸发形成隔膜微孔(以便锂离子通过)的做法，因为工艺过程中有溶剂蒸发，故称之为湿法。而干法则是只拉伸结晶好的薄膜形成隔膜微孔，因为结晶过的薄膜是一种干燥物品，故称之为干法。虽然目前隔膜制造以湿法为主，但三菱树脂却孜孜以求地开发工序更少，成本更低的干法隔膜，并在去年公布了用干法抽取的熔点高达220℃的隔膜产品

三菱树脂的做法就是在隔膜上涂布高耐热性无机填充物，从而使隔膜在更高的温度下仍然能保持适当的电阻值，阻断电流的通过。

　　此前，采用PP干法制造的熔点纪录也是170℃，也就是说，当锂电池内部温度达到170℃时，涂布在隔膜上的PP开始熔化，从而堵塞隔膜微孔，起到阻断电流、保护电池的作用。但当温度在170℃的基础上再次升高时，比如到了180℃，因为隔膜在170℃的高温下已经被破坏，在没有对隔膜实施保护的情况下，隔膜表现为不可恢复状，这就为电流再次通过隔膜微孔提供了可能性，导致电池在高温下短路。

　　而涂布了耐热无机填充物的隔膜产品，因为有了这种耐热保护，即使PP已经熔化，也仍然能够恢复原状。三菱树脂的耐热型隔膜即使在220℃的高温环境下也能在关断电流后重复关断效果不使电流通过，从而达到安全效果。

　　三菱树脂的锂电池隔膜与干法制备的隔膜产品相比有两个优势：1、单层膜(未涂布耐热涂层)的湿法制备熔点最高能做到170℃，但正常情况下只能做到140℃;而新型隔膜可以做到220℃的熔点。2、湿法制备也可以涂布耐热涂层，但达到相同熔点却要高出40%的成本。这两点对于正在电动汽车上广泛使用的动力锂电池的安全性和经济性很有必要。