电池全科医院 | 从充电宝安全看电池安全测试及来料检测的必要性

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最近，多款充电宝因电池安全隐患被大批量召回的消息引发广泛关注。近日，民航局发布紧急通知，明确从6月28号起禁止旅客携带没有3C标识、3C标识不清晰、被召回型号或批次的充电宝乘坐境内航班。

民航对于充电宝新规的出台，本质上是基于多起安全事故对锂电池风险管理的一次系统性升级，多次充电宝事故体现出的根本原因，是充电宝电芯的本身缺陷未能被及时发现。

3C认证之外，安全测试频次是关键防线

提到电池产品的安全，大家首先会想到3C认证。作为国家强制性安全认证，3C确实是一道重要门槛，但仅仅依靠认证远远不够。电池安全隐患可能出现在生产、运输、使用等多个环节，尤其四大主材作为电池的核心部件，其品质稳定性和一致性直接决定了终端产品的安全系数。目前赛科检测配备了全套电池安全测试能力：

电池来料检测，终端安全的第一道窗口

赛科检测聚焦电池安全领域，其中两大核心能力——电池来料检测与电池失效分析，分别服务于产品制造的前端风险预防和后端问题诊断：

设计参数解析：通过拆解电芯，逐层剖析材料配方、结构设计，还原生产工艺细节，帮助客户深入了解竞品优势或自身产品短板。

分析的逻辑为由外到内，分析顺序与电芯制程工序完全相反，从外壳→电芯→材料，逐步解析。

（外壳拆解）

分析目的：帮助了解电池的结构设计、尺寸参数、零部件定位，电芯工艺、材料配方等，以便辅助电芯失效分析，寻找失效原因点，或者为研发新样品做基础骨架，确定研发起始点。

（部分分析图纸）

这些分析具有诸多意义，但同时其分析门槛也相对较高，具体难点及关键点集中在以下三个方向：

人员要求

此项需要操作者对电芯材料体系熟悉，对电池生产全流程极度熟悉，一只方壳解析程序有约150项测试，最多可达近400项参数，故对人员专业要求极高；

（部分拆解参数）

完善的测试体系

想要全项的对电池进行分析，需要具备完备的材料-电芯-模组评价体系，需要精通配方体系，才有全项解析的可能性。

（配方解析）

重构能力

解析从来不是单独的拆分测量，而更多的是在于数据重现，很多微观层面的设计，如掺杂、导电剂混合、包覆等等，均不是简单的参数可以表征出来，只有完成完整的参数收集，并且有完善的重现机制，才能重现被解析物的完整设计及参数，而重新能力也是对解析结果的最好评估。

如导电剂的定量分析：现在导电剂的分析难度极大，其原因是导电剂易受其他碳材料的干扰（如碳包覆、粘结剂主链），而此类组分添加量极低且材料性能稳定，基本不具备单独分离能力，故单独或一些简单联用的能谱、光谱、质谱等均无法有效测试，针对于此类物质只能整块进行三维重构，通过纳米级分割来计算其具体分布及含量。

（三维成分分割）

对比分析：针对不同电芯，从容量、内阻、循环寿命、安全性等多维度进行横向对比，为采购决策和工艺优化提供数据支撑。

样品成分分析主要目的为确认原料或产品一致性，其难点多为细节对比；从表观来看，由于有COA和IQC检，分析物各项指标基本一致，通过常规规格书规定的指标和常规测试无法分别产品或材料的区别，故分析中要求拆分各项常规指标，进行更深层的分析（如隔膜透气值，实际此项指标是由孔隙率、孔径、孔径分布、迂曲度等多指标组合的表观指标）。

案例展示

数据结果显示：样品1、2均为LCO正极材料，两款材料高度一致，但结果显示样品2实际是掺Ti改性料。

失效分析：当电芯出现短路、鼓胀、容量骤降等问题时，我们的技术团队会通过扫描电镜、X射线衍射、热成像等手段，精准定位失效点，追溯问题根源，避免同类问题重复发生。

目前，这套能力已为多家主机厂在不同批次电芯的评价中提供了关键帮助。

失效分析具有非常重要的意义，对于异常改进、产品失效责任判定、事故调查均有非常大的影响。但实际应用中，得益于企业质量管控水平的不断提高，绝大多数不良品均在制程中就已被排除，事后失效方向面临着越多越多的疑难问题，以目前的案例经验，绝大多数失效电池各项指标均在规格范围内，甚至不是接近上下限这种明显异常，而是多项指标轻微偏差，涉及到的检测设备之广，挖掘深度之深，对于生产企业负担极大，故失效分析的挑战也越来越大；

无论是研发失效还是事后调查，失效分析树起了极其重要的作用；常见方式为通过失效结果确定失控点，反推潜在诱因，最后确定相关异常链路，从而进行失效原因排查，排查方式大框架为无损→电性能→拆解界面→材料→解析验证，关键项目需要做大数据模型与预警，以预防后续相关异常。

无损分析

大多数案例，失效电池数据都非常有限，故常用到无损分析方法，在不破坏电池本身的情况下收集大致数据为后续原因寻找指明大致方向，常用的方法有CT、超声及部分工况不激进的电性能测试。

（超声析锂）

电性能分析

以辅助为主，电性能可以标定电池电性能指标，并获取大量电池表观数据，但需要注意的是电性能只是表观数据，无论是何种异常，最终的失效点一定是落在设计缺陷、材料问题、使用方法这三者之一。

（容量偏差）

拆解

对于失效而言，拆解是至关重要的一步，界面信息可以反映出大多数案例失效的具体方向，直接确定了后续材料测试的具体项目，相应的异常电池拆解也具有极大的拆解风险，此处操作和判断就非常依赖失效工程师的经验。

（满幅析锂）

解析验证

解析验证为失效分析中最容易忽视的环节，实际上大多数案例在找到问题点后基本已解决实际需求，注意相关注意事项即可，但实际上失效分析中最有价值的部分反而是在于解析验证部分。

解析验证揭示的运行和反应原理无一例外，均是大众经验里被忽视或者不看重的部分，在对于锂电池研究过程中此类问题往往是最具有研究价值的，此类机理的应用非常重要，如在仿真模型中最好搭建的是大众经验涵盖的部分，反而不易被关注到的点往往对于模型的准确率起了至关重要的作用。建立详细、深度、多场耦合的电池仿真模型，能够揭示诸多潜在的失效风险和设计问题，完善电池开发应用方案。

电池制造缺陷研究

电池生产过程中引入的缺陷问题是其自发失效的关键诱因，赛科检测团队针对多种缺陷问题开展研究分析。形成了完整的业务体系，包含缺陷形式分析-缺陷植入复现-电池表征测试-缺陷机理分析-异常信号显化特征分析-检测方法设计多个环节，充分发挥团队的电池测试、表征分析、建模仿真、数据分析能力，已为多个客户提供缺陷问题解决方案。团队在缺陷问题研究深度及广度上位于领域前沿，总结形成了内短及析锂的两条关键路径，并提出了创新性的检测方案。