警告 : 下面所做的试验都是在极端条件下进行的。只是用来说明某种情况,绝不可理解为这些方法可在实际中应用。如果在应用或试验中有的要求超过电池资料表中所给出的标准,必须事先征得 Tadiran 的批准方可进行。
5.2.1 总则
电池的安全方面在生产中必须尽早考虑,让用户感到在使用时有安全感。或是明确警告电池禁止存放在某些环境下,因为那可能造成某些危害。
Tadiran 电池的设计安全,无爆炸隐患。之所以能够如此,是因为考虑到了充分利用如下几个方面的因素:
高热量扩散介质
有限的反应区域
有限的短路电流(结果带来有限的温度上升)
根据作业的需要装有透气装置
UL 安全标准中的 UL-1642- 锂电池标准规定了有关锂电池的规范要求。这类锂电池在实际应用中,技术人员或用户就可以直接替换。 UL-1642 锂电池标准还规定了电池必须安全规范使用的试验条件。在下面的安全报告里即包括了一些试验。这些试验条件在性质上比 UL 安全标准要求的还要严格。
图 5.2-1 通过 X- 射线拍摄的穿刺电池照片 短路电流( A )
5.2.2 安全试验
Tadiran圆柱型和薄片型锂电池已经经过了如下的安全试验(包括有透气孔和不带透气孔电池):
穿刺试验( 5.2.3 )
挤压试验( 4.2.4 )
在 25 0 C 温度环境下的短路试验( 5.2.5 )
在 72 0 C 温度环境下的短路试验( 5.2.6 )
加热试验, 150 0 C ( 5.2.7 )
渗漏试验( 5.2.8 )
强行放电试验( 5.2.9 )
放电电池的充电试验( 5.2.10 )
满容量电池的充电试验( 5.2.11 )
只适用于有透气孔的电池:
火焰焚烧试验( 5.2.12 )
燃火接触试验( 5.2.13 )
安全性能试验( 5.2.14 )
时间(小时)
图 5.2-2 绝热电池短路的温度电流形势图
5.2.3 穿刺试验
(包括对满容量电池和放电电池)
试验条件:环境温度: 25 o C ;相对湿度: 70% 。
试验描述:用压力使直径为 4 毫米的钉子穿过电池,钉子与电池竖轴成垂直角(见图 5.2-1 )。在这种情况下对电池再观察 24 小时。
观察结果:在穿刺处有轻微的电解质渗漏 — 没有电解质喷出或“嘶嘶”冒出的现象发生,证明电池内部缺少压力。电池没有膨胀。电池被短路并对温度上升情况进行了记录。
5.2.4 挤压试验
(包括对满容量电池和放电电池)
适用文件: UL-1642 第 12 节。
试验条件:环境温度: 25 o C ;相对湿度: 70% 。
试验描述:对每一块电池按垂直于其竖轴的方向进行挤压(受压面积为 32x32 毫米)。对其中的两个阶段进行观察。第一阶段为挤压深度达正常电池直径的 30% 时;第二阶段为电池被完全挤扁时。
观察结果:在第一阶段:电池短路,没有爆炸或电解质流出现象;在第二阶段,电池短路,电解质漏出,但没有爆炸。
5.2.5 在 +25oC 温度环境下进行的短路试验
适用文件: UL-1642 第 10 节, MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.10 节。
试验描述:将镍片点焊到电池两端。电池短路 24 小时,其有效电阻约为 0.005 Ω 。在短路试验的 24 小时内,对电池进行观察记录。
观察结果(见图 5.2-2 , D 号电池):电池短路 30 秒钟后,其电压降到接近于零。最大短路电流为 6A 。在电池底部和封盖上有轻微的膨胀。电池直径没有变化;没有着火或爆炸。
5.2.6 在 +72oC 温度环境下进行的短路试验
适用文件: UL-1642 第 10 节。
试验描述:将镍片点焊到电池两端。电池在 72 o C 温度环境下存放 16 小时。让电池短路,其有效电阻约为 0.005 Ω,在 72 o C+2 o C 温度环境下再存放 24 小时。在短路试验的 24 小时内,对电池进行观察记录。
观察结果( D 型电池):电池短路 30 秒钟后,其电压降到接近于零。最大短路电流为 6A 。在电池底部有膨胀现象。没有着火或爆炸。在有气孔的电池上,透气孔张开。
5.2.7 加热试验( +150oC )
适用文件: UL-1642 第 11 节。
试验描述:在试验前和试验后对电池的尺寸和重量进行记录。电池放在温度为 150 o C+5 o C 的炉内 3 个小时。在这期间每 10 分钟对电池开路电压进行记录一次。观察结果:电池顶部和底部有膨胀现象发生。电池直径没有变化;没有电解质渗漏。图 5.2-3 显示了电池在炉内时开路电压的变化情况。在有透气孔的电池上,透气孔张开。
5.2.8 渗漏试验
适用文件: MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.13 节。
试验描述:电池放在 55 o C 温度环境下 7 天,然后放在室温环境下一段时间,使其稳定。接下来称其重量,再把电池放在 55 o C 温度环境下 21 天,再放在室温下使其稳定,然后再进行称重。记录两次的重量差别。
观察结果:重量损失不超过电池内亚硫酰氯总重量的 0.005% ;看不到有任何腐蚀痕迹。
5.2.9 强行放电试验
适用文件: MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.13.1 节, UL-1642 第 17 节。
试验描述:电池以额定电流放电至端电压为 0V 。然后电池以如下高电流强行放电 12 小时。
时间(分钟)
图 5.2-3 高温( +150 o C )下的开路电压曲线图
型号 |
mA |
型号 |
mA |
BEL |
10 |
AA |
60 |
1∕10D |
33 |
C |
120 |
1/6D |
33 |
D |
200 |
1/2AA |
33 |
DD |
400 |
观察结果( D 号电池):在使用压力电流时,电压立刻会向相反方向转变, 3 个小时后达到负峰值,为 -8.0V ,接着电压稳定在 -6.0V ,而且在该项试验结束前一直如此(见图 5.2-4 )。试验结束时电池温度大约为 70 o C 。没有电解质渗漏;电池尺寸和重量没有变化。
5.2.10 对放电电池的充电试验
适用文件: UL-1642 第 18 节。
试验描述:在试验前后对电池的尺寸和重量进行测量。电池以额定放电电流完全放电至端电压为 0V 。然后电池以如下高电流充电 12 小时。
时间(小时)
图 5.2-4 强行放电电压曲线图
型号 |
MA |
型号 |
mA |
BEL |
10 |
AA |
60 |
1∕10D |
33 |
C |
120 |
1/6D |
33 |
D |
200 |
1/2AA |
33 |
DD |
400 |
在试验过程中对电池电压进行记录。在充电结束时对电池温度进行测量。
观察结果( D 型电池):在充电的一开始,电池电压升到 5.0V ,然后逐渐下降,最后稳定在 3.7V 。该电压一直持续到试验结束。电池温度在充电 12 小时后达到最高值 53 o C 。试验结束时,没有发现电池在重量和尺寸上有任何的变化;亦没有电解质渗漏。
5.2.11 满容量电池的充电试验
适用文件: UL-1642 第 18 节。
试验描述:在试验前后对电池的尺寸和重量进行测量。然后电池以如下高电流充电 12 小时。
型号 |
MA |
型号 |
mA |
BEL |
10 |
AA |
60 |
1∕10D |
33 |
C |
120 |
1/6D |
33 |
D |
200 |
1/2AA |
33 |
DD |
400 |
在试验过程中对电池电压进行记录。在试验前后对电池温度进行测量。
观察结果( D 型电池):在充电的一开始,电池电压升到 4.0V ,而且在整个试验过程中,电压一直保持在这个水平。在充电结束时,电池温度达到最高值 +62 o C 。在试验结束时,没有发现电池有尺寸和重量上的变化;没有电解质渗漏。
5.2.12 火焰焚烧电池试验(只对有透气孔的电池)
适用文件: MIL-B-49461 ( ER )第 4.8.20 节。
试验描述:电池在 540-580 o C 高温的明火上焚烧。
观察结果: 1 分钟后,电池透气孔开始排气。没有发生爆炸。
5.2.13 燃火接触试验(只对有透气孔的电池)
适用文件: UL-1642 第 19 节。
试验描述:将每块要做试验的电池固定到钢丝网上,然后放到实验室用的 Meeker 燃气炉上。将电池加热破坏(通过燃烧锂即可证明这种情况)。
观察结果:没有火花、火焰亦没有固体物喷出。没有爆炸现象发生。
5.2.13 安全性能试验(只对有透气孔的电池)
适用文件: MIL-B-49461 第 4.8.10 节。
试验描述:电池在 85-90 o C 温度环境下放 16 小时,记录下透气孔的变化情况。然后将电池放在 150 o C 的高温环境下 16 小时,亦记录下透气孔的变化情况。
观察结果:在开始的 16 小时,电池没有排气,但在第二个 16 小时后,所有电池都有排气现象出现。没有出现爆炸现象。 |