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技術(shù)文章

為啥鋰電池測(cè)試一定要用冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)?普通高低溫箱替代不了嗎?

點(diǎn)擊次數(shù):63 發(fā)布時(shí)間:2025-7-8

在鋰電池的研發(fā)與生產(chǎn)過(guò)程中,可靠性測(cè)試是保障其性能與安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中,溫度沖擊測(cè)試作為模擬環(huán)境的核心項(xiàng)目,對(duì)設(shè)備提出了嚴(yán)苛要求。本文將深入解析:為何鋰電池測(cè)試必須使用冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī),而普通高低溫箱難以勝任這一任務(wù)。

一、鋰電池的 “溫度敏感基因" 與測(cè)試剛需

鋰電池的電化學(xué)特性使其對(duì)溫度變化極為敏感。在充放電過(guò)程中,電芯內(nèi)部會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),溫度波動(dòng)不僅影響容量、循環(huán)壽命等性能指標(biāo),更可能引發(fā)熱失控等安全隱患。例如:

  • 低溫環(huán)境下,電解液離子傳導(dǎo)速率下降,電池容量會(huì)驟降 30% 以上,甚至出現(xiàn)充放電困難;

  • 高溫環(huán)境會(huì)加速電極材料老化,導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大,循環(huán)壽命縮短 50% 以上;

  • 溫差沖擊(如從 - 40℃驟升至 85℃)可能引發(fā)隔膜收縮、電解液分解,甚至造成電芯短路。

因此,鋰電池必須通過(guò)嚴(yán)格的溫度沖擊測(cè)試,驗(yàn)證其在溫差下的穩(wěn)定性。這一測(cè)試并非簡(jiǎn)單的高低溫耐受實(shí)驗(yàn),而是要模擬實(shí)際使用中的 “驟變場(chǎng)景"—— 如冬季電動(dòng)汽車露天停放后突然啟動(dòng)、手機(jī)從空調(diào)房進(jìn)入高溫戶外等,這種快速溫差對(duì)電池的損傷遠(yuǎn)大于緩慢的溫度變化。

二、冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)的核心優(yōu)勢(shì):模擬 “極速溫差"

冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)初衷,就是為了復(fù)現(xiàn)這種 “極速溫差" 場(chǎng)景,其核心優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)方面:

1. 溫度沖擊速率:超越普通設(shè)備的 “驟變能力"

普通高低溫箱的溫度變化速率通常為 1-5℃/min,且多為 “階梯式升溫 / 降溫",無(wú)法模擬真實(shí)環(huán)境中的快速溫差。而冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)的溫度沖擊速率可達(dá) 10-20℃/s(如從 - 55℃切換至 125℃僅需 10 秒),能瞬間將電池置于溫度環(huán)境中,精準(zhǔn)捕捉電芯在驟變瞬間的性能變化 —— 這正是鋰電池最容易出現(xiàn)隱患的 “危險(xiǎn)時(shí)刻"。

2. 雙區(qū) / 三區(qū)結(jié)構(gòu):實(shí)現(xiàn)無(wú)緩沖切換

冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)采用獨(dú)立的高溫區(qū)(如 60-200℃)、低溫區(qū)(如 - 70-0℃)和測(cè)試區(qū)設(shè)計(jì)。測(cè)試時(shí),樣品通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在高低溫區(qū)之間快速轉(zhuǎn)移(轉(zhuǎn)換時(shí)間≤5 秒),全程無(wú)過(guò)渡緩沖,直接暴露在溫差中。這種設(shè)計(jì)模擬了電池在實(shí)際使用中的 “斷崖式" 溫度變化,而普通高低溫箱的單腔體結(jié)構(gòu)只能緩慢調(diào)節(jié)溫度,無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種 “無(wú)緩沖沖擊"。

3. 精準(zhǔn)控溫與循環(huán)穩(wěn)定性

在鋰電池測(cè)試中,溫度沖擊需要進(jìn)行數(shù)十甚至上百次循環(huán)(如 IEC 標(biāo)準(zhǔn)要求的 100 次循環(huán))。冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)的控溫精度可達(dá) ±0.5℃,且在多次循環(huán)后仍能保持穩(wěn)定,確保每次沖擊的條件一致,測(cè)試數(shù)據(jù)具有可重復(fù)性。而普通高低溫箱在長(zhǎng)期高低溫切換中,易出現(xiàn)溫度波動(dòng)過(guò)大、控溫漂移等問(wèn)題,導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真。

三、普通高低溫箱的 “先天缺陷"

普通高低溫箱的設(shè)計(jì)定位是 “穩(wěn)態(tài)溫度測(cè)試",而非 “動(dòng)態(tài)溫差沖擊",其局限性主要體現(xiàn)在:

  1. 升溫降溫速率不足:無(wú)法模擬真實(shí)場(chǎng)景中的極速溫差,只能驗(yàn)證電池在緩慢溫度變化下的性能,難以暴露潛在的安全隱患。例如,某款鋰電池在普通高低溫箱中經(jīng)歷 - 40℃至 85℃的緩慢循環(huán)測(cè)試時(shí)表現(xiàn)正常,但在冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)的極速溫差下,30 次循環(huán)后就出現(xiàn)了隔膜破裂現(xiàn)象。

  2. 溫度均勻性差:?jiǎn)吻惑w結(jié)構(gòu)在溫度調(diào)節(jié)過(guò)程中,箱內(nèi)不同位置的溫差可能超過(guò) ±5℃,導(dǎo)致電池各部位受熱 / 受冷不均,測(cè)試結(jié)果失去代表性。

  3. 缺乏沖擊循環(huán)的可靠性:長(zhǎng)期頻繁的高低溫切換會(huì)導(dǎo)致普通高低溫箱的壓縮機(jī)、加熱器等部件損耗加速,設(shè)備故障率是冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)的 3-5 倍,無(wú)法滿足鋰電池大批量測(cè)試的需求。

四、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 “硬性要求"

國(guó)際與國(guó)內(nèi)的鋰電池測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),早已明確將冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)列為指定設(shè)備。例如:

  • IEC 62133:要求鋰電池在 - 40℃±2℃與 70℃±2℃之間進(jìn)行 10 次循環(huán)沖擊,轉(zhuǎn)換時(shí)間≤3 分鐘,普通高低溫箱無(wú)法達(dá)到這一速率;

  • UN38.3:模擬運(yùn)輸環(huán)境的溫度沖擊測(cè)試,要求從 - 40℃驟升至 55℃,且每次沖擊保持 2 小時(shí),重復(fù) 10 次,只有冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)能夠穩(wěn)定完成;

  • GB/T 31485:動(dòng)力電池測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中,明確規(guī)定溫度沖擊的轉(zhuǎn)換時(shí)間需≤5 分鐘,沖擊速率≥5℃/min,這一指標(biāo)遠(yuǎn)超普通高低溫箱的性能上限。

這些標(biāo)準(zhǔn)的制定,正是基于鋰電池在溫差下的安全風(fēng)險(xiǎn) —— 若使用普通高低溫箱替代,可能導(dǎo)致不合格產(chǎn)品流入市場(chǎng),埋下安全隱患。



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