背景

本月，UL 1642發(fā)布了新版修訂。對于袋狀電芯增加了對于重物撞擊試驗的替代方案。具體要求為：容量大于300 mAh的袋狀電芯，如果未通過重物撞擊，可以進(jìn)行14A章節(jié)的圓棒擠壓試驗。

此次修訂是考慮到袋狀電芯無堅硬外殼，進(jìn)行重物撞擊試驗經(jīng)常造成電芯破裂，極片斷裂、碎片飛出等嚴(yán)重?fù)p傷引起失效，而無法有效檢測出袋狀電芯內(nèi)部的設(shè)計缺陷或工藝缺陷造成的內(nèi)短路。而替代試驗圓棒擠壓可以在不強(qiáng)烈損傷電芯整體結(jié)構(gòu)的情況下檢測電芯內(nèi)部可能的缺陷。

試驗流程

• 樣品按制造商推薦的方法完全充電；

• 樣品放置在平面上，在樣品頂部放置直徑為25±1mm的圓鋼棒。棒的邊緣應(yīng)與電芯體的頂部邊緣對齊，縱軸垂直于極耳（圖1）。棒的長度應(yīng)至少比測試樣品每邊寬5mm。對于正負(fù)極耳在相反兩側(cè)的電芯，每一側(cè)極耳都需要測試，每一側(cè)使用不同的樣品；

• 在測試前應(yīng)先按照IEC 61960-3（含堿性或其他非酸性電解質(zhì)的二次電池和電池-便攜式二次鋰電芯和電池-第3部分:棱柱狀和圓柱形鋰二次電芯及其制成的電池）的附錄A要求對于電芯測量厚度（公差±0.1mm）；

• 隨后在圓棒上施加擠壓力，記錄垂直方向的位移（圖2）；壓板的移動速度不得大于0.1 mm/s 。當(dāng)電芯變形量達(dá)到電芯厚度的13±1%時，或壓力達(dá)到表1所示的力時（不同電芯厚度對應(yīng)不同的力值），停止壓板位移并保持30s。試驗結(jié)束；

• 樣品不得爆炸或起火。

試驗解析

擠壓位置選擇：極耳區(qū)域一般是袋狀電芯的安全薄弱區(qū)域，在受到擠壓時，極耳位置承受的應(yīng)力最大。原因有：

a) 厚度分布不均（極耳與周圍活性物質(zhì)厚度不均，導(dǎo)致應(yīng)力分布不均勻）

b) 極耳區(qū)域的焊接痕跡（焊點處與非焊點出應(yīng)力分布）

圓棒的選擇：圓棒直徑為25mm，此數(shù)值的選擇是為了覆蓋電芯內(nèi)整個極耳區(qū)域（尤其覆蓋極耳焊點區(qū)域）；

13±1%變形量：目前市場上最薄的電芯厚度為2mm，由于電池封裝工藝或外殼的影響，壓縮到極耳焊點至少需要8%的型變量，但型變量過大又會直接導(dǎo)致電極開裂。參考IEC 62660-3中擠壓試驗中型變量15%，在此次修訂中選擇了13±1%值。

樣品選擇：需要注意的是，這個試驗只針對沒有通過重物撞擊的袋狀電芯，且容量大于300mAh，需要測試5個樣品。圓柱或棱形電芯，以及通過重物撞擊的袋狀電芯不需要考慮此試驗。

總結(jié)

此次新增的圓棒擠壓試驗，與UL 1642原有的擠壓試驗考察方向不同。原有擠壓試驗是用平板擠壓，且施加恒定的13kN力，無保持時間。適用于各種類型電芯。此試驗考察的是電芯整體（包括外殼）的機(jī)械強(qiáng)度，以及承受剪應(yīng)力的能力。而圓棒擠壓為局部壓痕試驗，壓頭的面積變小會使內(nèi)部應(yīng)力集中，易導(dǎo)致內(nèi)短路。尤其是擠壓位置選擇在極耳焊接的薄弱區(qū)域，更考察電芯的安全性能。

目前GB 31241中針對袋狀電芯的擠壓試驗也采用的此種圓棒方法，MCM已有豐富的測試經(jīng)驗。