测试标准
GB 31241-2022 §7
测试设备
Maccor Series 4000
测试项目
18项
判定依据
不起火不爆炸
1测试概述
电池芯测试是对锂离子电池单体（Cell）进行电气性能、安全性能与可靠性性能的型式试验。其目的在于评估单体电池在正常使用、可预见的误使用以及运输、存储过程中的安全性，是电池组、电池包及整机电池系统设计验证的基础环节。
锂离子电池芯因能量密度高、含易燃电解液，在过充、过放、短路、高温、机械损伤等异常工况下存在热失控、起火、爆炸风险。GB 31241-2022《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全技术规范》规定了电池芯须通过 6类18项 安全测试，涵盖容量与循环、环境安全、机械安全及电气安全。IEC 62133-2 为国际对应标准，UN 38.3 则是航空运输必须通过的安全测试序列。
测试目的
- 验证电池芯额定容量与循环寿命满足规格要求（500次循环后容量保持率≥80%）
- 验证电池芯在过充、过放、外部短路等电气异常下不起火、不爆炸、不漏液
- 验证电池芯在 130℃/10min 热滥用条件下不发生热失控
- 验证电池芯在挤压(13kN)、针刺、重物冲击等机械滥用下的安全裕度
- 为电池包 BMS 保护策略制定、单体选型与电池组并串组合提供依据
- 满足 UN 38.3 锂电池航空运输安全准入要求
2标准要求
GB 31241-2022 §7电池芯样品应从完成化成的合格品中随机抽取，数量满足各试验项目要求。样品在测试前应在 20±5℃ 环境中静置不少于 1 小时。所有安全测试项目均要求不起火、不爆炸、不漏液。容量测试应在 20±5℃ 环境下进行，0.2C 放电容量不低于额定容量。
IEC 62133-2:2017针对便携式密封二次锂电池芯的安全要求，与 GB 31241 内容基本对应，但部分测试参数（如挤压半径、热滥用温度保持时间）存在差异。出口产品须同时满足两个标准。
UN 38.3《关于危险货物运输的建议书 试验和标准手册》第38.3节，规定锂电池航空运输前须通过 T.1~T.8 共8项测试，含高度模拟、热循环、振动、冲击、外部短路、冲击/重物、过充电、强制放电。
电池芯安全测试项目矩阵
| 分类 | 测试项目 | 测试条件 | 判定要求 |
|---|---|---|---|
| 容量测试 | 0.2C 放电容量 | 20±5℃，0.2C 恒流放电至截止电压 | ≥额定容量 |
| 1C 放电容量 | 20±5℃，1C 恒流放电至截止电压 | ≥额定容量90% | |
| 循环寿命 | 500次循环 | 20±5℃，0.5C充/0.5C放 | 容量保持率≥80% |
| 电气安全 | 过充电 | 1.5C 恒流充至10V或达到额定容量250% | 不起火不爆炸 |
| 过放/强制放电 | 0V 反接放电至 -0.5V | 不起火不爆炸 | |
| 外部短路 | 20±5℃，80mΩ 外阻短路 | 不起火不爆炸 | |
| 高温短路 | 55±2℃，80mΩ 外阻短路 | 不起火不爆炸 | |
| 环境安全 | 热滥用 | (130±2)℃ 保持10min | 不起火不爆炸 |
| 温度循环 | -40℃~75℃ 各30min×10次 | 不漏液不起火 | |
| 低气压 | 11.6kPa 模拟海拔15240m | 不起火不爆炸 | |
| 机械安全 | 挤压 | 13kN 圆柱半径75mm 模具 | 不起火不爆炸 |
| 针刺 | φ3~8mm 钢针 20~40mm/s | 不起火不爆炸 | |
| 重物冲击 | 9.1kg 重物从610mm高度落下 | 不起火不爆炸 |
3设备要求
🔋电池循环测试系统
型号：Maccor Series 4000
通道：32通道独立控制
电压范围：0~6V 精度±0.05%
电流范围：0~5A 精度±0.05%
采样率：100Hz
通道：32通道独立控制
电压范围：0~6V 精度±0.05%
电流范围：0~5A 精度±0.05%
采样率：100Hz
🔥高温试验箱
型号：ESPEC PH-201H
温区：RT+10~200℃
精度：±2℃
用途：热滥用130℃试验
温区：RT+10~200℃
精度：±2℃
用途：热滥用130℃试验
🔨电池挤压针刺试验机
型号：晨诺 CN-JYC-20T
最大压力：20kN 可设定
挤压模具：圆柱半径75mm
针刺行程：0~200mm 速度可调
最大压力：20kN 可设定
挤压模具：圆柱半径75mm
针刺行程：0~200mm 速度可调
💥重物冲击试验机
型号：BY-106A
重锤质量：9.1kg
落差：610mm
冲击面：φ15.8mm 钢棒
重锤质量：9.1kg
落差：610mm
冲击面：φ15.8mm 钢棒
❄高低温试验箱
型号：ESPEC SH-641
温区：-70~150℃
用途：温度循环 -40~75℃
温区：-70~150℃
用途：温度循环 -40~75℃
🌡温度数据采集仪
型号：横河 MX100
通道：30通道 K型热电偶
精度：±0.5℃
用途：样品表面温度监测
通道：30通道 K型热电偶
精度：±0.5℃
用途：样品表面温度监测
📉低气压试验箱
型号：GD-DQ-100
气压范围：常压~1kPa
用途：UN38.3 高度模拟
气压范围：常压~1kPa
用途：UN38.3 高度模拟
📐短路测试装置
型号：定制电阻箱
外阻：80±20mΩ
温度区：20℃/55℃ 双区
外阻：80±20mΩ
温度区：20℃/55℃ 双区
4测试步骤
样品预处理与化成验证
从生产批次中随机抽取电池芯样品，核对型号规格、容量、电压参数。样品应在 20±5℃ 环境中静置 ≥1h，使内部电化学状态稳定。记录样品编号、生产日期、初始开路电压 OCV 和内阻 IR。
0.2C / 1C 容量标定
按
0.2C 恒流恒压充电至上限电压（如 4.20±0.05V），截止电流 0.02C，静置 30min。然后分别以 0.2C 和 1C 恒流放电至截止电压（如 2.75V），记录放电容量。0.2C 容量应 ≥额定容量。循环寿命测试
以
0.5C 恒流恒压充电至上限电压，静置 30min；以 0.5C 恒流放电至截止电压，静置 30min；记为1次循环。连续循环 500次，每50次测量0.2C容量，绘制容量保持率曲线，500次后保持率应 ≥80%。过充电测试
样品完全放电后，按
1.5C 恒流充电，直至达到 10V 或 充入额定容量250%（先到为准）。监测样品表面温度、电压、是否鼓胀、漏液、起火、爆炸。试验应在安全防护箱内进行。过放与强制放电
将满电样品以
0.2C 恒流放电至 0V，继续反向充电至 -0.5V，保持 1 小时。观察是否起火、爆炸、漏液。该项测试模拟电池组中单体被反向充电的极端工况。外部短路测试
样品满电后在
20±5℃ 与 55±2℃ 两种环境温度下，连接 80±20mΩ 外阻进行短路，持续至样品温度降至比峰值低 20℃ 或保持 24h。记录最大电流、峰值温度。热滥用测试
将满电样品置于高温试验箱中，以
5±2℃/min 速率升温至 (130±2)℃，保持 10min 后冷却。监测样品温度、形变、是否起火爆炸。机械滥用测试
依次进行：① 挤压：13kN 半径75mm 模具压至电压突降 1/3 或压力达到；② 针刺：φ5mm 钢针垂直穿透样品中心；③ 重物冲击：9.1kg 重物自610mm自由落下冲击钢棒。每项观察是否起火爆炸。
5测试指导书 (SOP)
作业前准备
- 核对样品铭牌：型号、额定容量、标称电压、充电上限电压、放电截止电压
- 检查样品外观：无鼓胀、无漏液、无锈蚀、无机械损伤，端子清洁
- 校验充放电设备：Maccor 4000 进行通道电压/电流自检，精度 ±0.05%
- 校验温度记录仪：MX100 与标准温度计在 0℃/100℃ 比对，误差 ≤0.5℃
- 检查安全防护：防爆箱、烟感报警、灭火器材（CO₂/干粉）、排风系统完好
安全注意事项
⚠
危险：过充、短路、针刺、热滥用等测试存在起火爆炸风险，必须佩戴防护面罩、阻燃手套、防护服。所有安全测试必须在防爆箱内进行，箱内配备自动灭火装置和烟感联动切断。试验人员撤离至安全距离后方可启动测试。
!
警告：热滥用升温速率须严格控制为 5±2℃/min，速率过快将导致结果误判。样品温度达到 130℃ 后须保持 10min 整，期间严禁打开箱门。针刺测试中钢针必须穿透电池芯，否则结果无效。
ℹ
提示：循环寿命测试周期长（500次约需60-90天），建议采用多通道并行测试提高效率。每50次循环应做一次0.2C容量验证，绘制容量-循环次数曲线，作为电池寿命模型依据。
操作规程
- 样品核对、外观检查、编号记录，静置1小时后测初始OCV/IR
- 0.2C 与 1C 容量标定，验证样品合格性
- 500次循环寿命测试，每50次测0.2C容量
- 安全测试序列：过充 → 过放 → 短路（20℃/55℃）→ 热滥用
- 机械滥用序列：挤压 → 针刺 → 重物冲击（每项独立样品）
- 每项测试连续监测温度、电压、电流、形变，数据自动记录
- 测试结束观察样品 24h，确认无延发起火爆炸
- 填写测试记录表，判定合格性，编制测试报告归档
6测试大纲
| 序号 | 测试项目 | 测试条件 | 参数值 | 判定要求 | 样品数 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.2C放电容量 | 20±5℃，恒流放电 | 0.2C 至截止电压 | ≥额定容量 | 5 |
| 2 | 1C放电容量 | 20±5℃，恒流放电 | 1C 至截止电压 | ≥额定容量90% | 5 |
| 3 | 循环寿命 | 20±5℃，0.5C充放 | 500次循环 | 容量保持率≥80% | 3 |
| 4 | 过充电 | 20±5℃，1.5C恒流 | 10V 或 250% 容量 | 不起火不爆炸 | 5 |
| 5 | 过放/强制放电 | 20±5℃，0.2C | 放电至0V，反充至-0.5V | 不起火不爆炸 | 5 |
| 6 | 常温外部短路 | 20±5℃ | 80mΩ 外阻 | 不起火不爆炸 | 5 |
| 7 | 高温外部短路 | 55±2℃ | 80mΩ 外阻 | 不起火不爆炸 | 5 |
| 8 | 热滥用 | 升温5℃/min | 130±2℃ × 10min | 不起火不爆炸 | 5 |
| 9 | 温度循环 | -40~75℃ | 各30min × 10次 | 不漏液不起火 | 5 |
| 10 | 低气压 | 常温 | 11.6kPa × 6h | 不起火不爆炸 | 5 |
| 11 | 挤压 | 常温 | 13kN R75模具 | 不起火不爆炸 | 5 |
| 12 | 针刺 | 常温 | φ5mm 钢针 20mm/s | 不起火不爆炸 | 5 |
| 13 | 重物冲击 | 常温 | 9.1kg × 610mm | 不起火不爆炸 | 5 |
7测试报告
电池芯安全测试报告
报告编号：__________ 日期：__________
测试数据
| 测试项目 | 测试条件 | 实测值 | 峰值温度(℃) | 限值要求 | 结果 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.2C放电容量 | 20±5℃，0.2C | __mAh | — | ≥额定容量 | □合格 |
| 1C放电容量 | 20±5℃，1C | __mAh | — | ≥90%额定 | □合格 |
| 500次循环容量保持率 | 0.5C充放 | __% | — | ≥80% | □合格 |
| 过充电 | 1.5C 至10V | __V / __% | __ | 不起火不爆炸 | □合格 |
| 过放/强制放电 | 0.2C 至 -0.5V | __V | __ | 不起火不爆炸 | □合格 |
| 常温短路 | 20℃，80mΩ | __A峰值 | __ | 不起火不爆炸 | □合格 |
| 高温短路 | 55℃，80mΩ | __A峰值 | __ | 不起火不爆炸 | □合格 |
| 热滥用 | 130℃×10min | __℃峰值 | __ | 不起火不爆炸 | □合格 |
| 挤压 | 13kN R75 | __kN | __ | 不起火不爆炸 | □合格 |
| 针刺 | φ5mm 钢针 | 穿透 | __ | 不起火不爆炸 | □合格 |
| 重物冲击 | 9.1kg×610mm | — | __ | 不起火不爆炸 | □合格 |
测试结论
判定结果
□ 合格
判定结果
□ 不合格
备注
__________
8判定标准
| 项目 | 限值 | 判定依据 |
|---|---|---|
| 0.2C放电容量 | ≥额定容量 (mAh) | GB 31241-2022 §7.2.1 |
| 1C放电容量 | ≥额定容量 90% | GB 31241-2022 §7.2.2 |
| 500次循环容量保持率 | ≥80% | GB 31241-2022 §7.3 |
| 过充电安全 | 不起火、不爆炸 | GB 31241-2022 §7.4.1 |
| 过放/强制放电 | 不起火、不爆炸 | GB 31241-2022 §7.4.2 |
| 常温外部短路 | 不起火、不爆炸 | GB 31241-2022 §7.5.1 |
| 高温外部短路 | 不起火、不爆炸 | GB 31241-2022 §7.5.2 |
| 热滥用 (130℃) | 不起火、不爆炸 | GB 31241-2022 §7.6.1 |
| 温度循环 | 不漏液、不起火、不爆炸 | GB 31241-2022 §7.6.2 |
| 挤压 (13kN) | 不起火、不爆炸 | GB 31241-2022 §7.7.1 |
| 针刺 | 不起火、不爆炸 | GB 31241-2022 §7.7.2 |
| 重物冲击 | 不起火、不爆炸 | GB 31241-2022 §7.7.3 |
★
判定原则：所有项目均通过判定为合格。任一安全项目出现起火、爆炸、漏液即判定不合格，需分析根因（如电解液配方、隔膜厚度、极片设计）后重新送样。容量项目允许有合理公差，但循环寿命必须达到 500次 ≥80% 的硬指标。
ℹ
UN 38.3 补充：出口运输的电池芯须额外通过 T.1~T.8 共8项测试，含高度模拟(11.6kPa)、热循环、振动(7~200Hz)、冲击(150g)、外短路、重物冲击、过充电、强制放电。同一组样品须按顺序连续通过8项测试方可出具运输合格证明。