鋰離子電池標準IEC 62620∶2014與IEC 61960∶2011對比解析

顧正建，嚴 媛

( 1.無錫市產品質量監督檢驗院，江蘇 無錫 214028； 2.國家輕型電動車及電池產品質量監督檢驗中心，江蘇 無錫 214028 )

近年來，國內外加快了鋰離子電池相關標準的制、修訂，使得鋰離子電池的應用更科學、更安全，也更高效[1]。國際電工委員會(IEC)是主要的鋰離子電池國際標準制、修訂機構。在鋰離子電池電性能方面，含堿性或非酸性電解液的蓄電池和蓄電池組分技術委員會(IEC/SC21A)于2011年發布了IEC 61960∶2011《含堿性或其它非酸性電解質的蓄電池和蓄電池組 便攜式產品用鋰蓄電池和電池組》[2]，適用范圍為便攜式產品。為適應鋰離子電池行業的發展，IEC/SC21A于2014年發布了IEC 62620∶2014《含堿性或其它非酸性電解質的蓄電池和蓄電池組 工業設備用鋰蓄電池和電池組》[3]，適用范圍為固定式設備(如電力儲能系統、不間斷電源UPS等)和活動式設備(如軌道車輛、牽引運輸車、高爾夫車等，但不包括道路車輛)。該標準的發布有利于與IEC 61960∶2011更好地銜接與組合，覆蓋使用于更廣泛領域的鋰離子電池。

本文作者重點對兩部標準型號命名和試驗項目的異同進行對比分析。

1 型號命名對比分析

IEC 61960∶2011中，電池命名形式為：A1A2A3N2/N3/N4，電池組命名形式為：N1A1A2A3N2/N3/N4-N5。其中A1為負極體系：I代表鋰離子，L代表金屬鋰或鋰合金；A2為正極體系：C代表鈷基(Co)，N代表鎳基(Ni)，M代表錳基(Mn)，V代表釩基(V)，T代表鈦基(Ti)；A3為電池的形狀：R代表圓柱形，P代表方形；N1為電池組中串聯的電池數量；N2為最大直徑(R電池)或最大厚度(P電池)；N3為最大寬度(P電池)，若為R電池，N3省略；N4為最大高度；N5為電池組中并聯的電池數量。IEC 62620∶2014中，電池命名形式為：A1A2A3/N2/N3/N4/A4/TLTH/NC，電池組命名形式為：A1A2A3/N2/N3/N4/[S1]A4/TLTH/NC，其中A1為負極體系：I代表碳基，T代表鈦基，X代表其他；A2為正極體系：C代表鈷基(Co)，F代表鐵基(Fe)，Fp代表磷酸鐵基，N代表鎳基(Ni)，M代表錳基(Mn)，Mp代表磷酸錳基，V代表釩基(V)，X代表其他；A3為電池的形狀：R代表圓柱形，P代表方形(包括鋁塑膜封裝的電池)；A4為電池的倍率特性：S代表極低倍率放電型(只針對電池組)，E代表低倍率放電型，M代表中等倍率放電型，H代表高倍率放電型；N2為最大直徑(R電池)或最大厚度(P電池)；N3為最大寬度(P電池)，若為R電池，N3省略；N4為最大高度；TL、TH分別表示最低和最高放電溫度等級；NC為500次循環后所測容量與額定容量的比值；[S1]為電池組串并聯構造形式。

對比兩部標準，IEC 61960∶2011利用鋰離子、金屬鋰或鋰合金表示負極材料體系，而IEC 62620∶2014則利用更符合實際的負極材料體系(碳基、鈦基及其他材料)；正極方面，由于工業設備相對便攜式產品用鋰離子電池會出現更多的正極材料體系，IEC 62620∶2014增加了鐵基、磷酸鐵基、磷酸錳基及其他材料，省略了鈦基體系的表示方法(原因是鈦基材料的電位較低，基本已被用于負極材料)；IEC 62620∶2014還增加了電池及電池組的倍率放電特性、放電高低溫溫度等級、循環能力等在命名上的表現形式，以適應工業設備用鋰離子電池的需要；此外，在電池組串并聯形式方面，IEC 61960∶2011利用首尾數字代號表示；IEC 62620∶2014則利用集中體現的構造形式。形狀、尺寸方面兩部標準的表示方法基本相同。

2 試驗項目對比分析

表1中列出了IEC 61960∶2011與IEC 62620∶2014關于電池及電池組檢測的測試項目。

表1 IEC 61960∶2011與IEC 62620∶2014測試項目對比

Table1Comparison on test items of IEC 61960∶2011 and IEC 62620∶2014

IEC61960∶2011IEC62620∶2014電池電池組電池(塊)電池組20℃放電容量25℃放電性能-20℃放電容量低溫放電性能20℃高倍率放電容量可允許的高倍率電流荷電保持和恢復能力-交流內阻-直流內阻荷電保持和恢復能力交流內阻-直流內阻循環耐久性循環耐久性貯存后荷電恢復能力長期荷電壽命(恒壓耐久性)-靜電放電-

在工業設備應用領域，為了增加電池容量，常出現電池單體并聯后使用的情況，因此在測試對象上，IEC 62620∶2014增加了電池塊(Cell block)。電池塊的定義為電池單體并聯而成的組合體，可以包括或者不包括保護裝置和監測電路。兩部標準的試驗項目分別為9項和8項。考察內容上，IEC 61960∶2011比IEC 62620∶2014多了靜電放電測試項目，其余8個測試項目與IEC 62620∶2014相似，但在試驗方法上，根據適用領域的不同，存在不少差異。

2.1 額定容量定義

額定容量定義為在規定條件下測得，并由制造商標稱的電池或電池組的容量。IEC 61960∶2011定義為C5，IEC 62620∶2014定義為Cn(n為電池或電池組的放電小時數)，對于E、M、H放電類型的電池，n為5；對于S放電類型的電池，n為8、10、20或240。由于IEC 62620∶2014可應用于電力儲能、UPS及軌道車輛等儲能及動力電池領域，放電率類型的可選擇性，增強了標準適用面。用戶在選擇使用時可根據自身產品的應用環境進行放電率類型選取和標識。

2.2 常溫放電性能

IEC 61960∶2011與IEC 62620∶2014在常溫放電性能的環境溫度要求上不同。IEC 61960∶2011各項測試的常溫環境溫度均為(20±5) ℃，IEC 62620∶2014則為(25±5) ℃。在試驗內容上，IEC 62620∶2014將倍率放電能力也放入常溫放電性能考核，如表2所示。此外，IEC 61960∶2011可以進行4次循環，有一次達到100%C5即可；IEC 62620∶2014則可以進行5次循環，有一次達到技術要求可停止試驗，可適當增加產品合格的幾率。

表2 IEC 62620∶2014中25 ℃常溫放電性能

2.3 低溫放電性能

IEC 62620∶2014與IEC 61960∶2011相比，變化較大。IEC 61960∶2011根據便攜式產品的應用場景，明確定義低溫放電性能在-20 ℃下考核，電池或電池組在(-20±2) ℃條件下，以0.2ItA恒流放電至放電終止電壓時，放電容量應不低于30%C5。IEC 62620∶2014根據固定式設備及活動式設備應用場景的差異化，沒有明確規定低溫放電性能的考核溫度，而是提出“目標”測試溫度的概念。電池低溫放電性能測試時，溫度以10 ℃為梯度變化，如10 ℃、0 ℃、-10 ℃和-20 ℃。制造商提出的溫度，必須在“目標”測試溫度基礎上加10 ℃的范圍內，如測試溫度為-27 ℃，制造商給出的溫度最好為-20 ℃。具體放電率和技術要求如表3所示。

表3 IEC 62620∶2014中低溫放電性能

Table3Discharge performance at low temperature of IEC 62620∶2014

放電電流/A最低放電容量SEMH1/nIt70%Cn0.2It70%C570%C570%C51.0It-70%C570%C55.0It--70%C5

2.4 高倍率放電性能

兩部標準對項目的試驗目的不同。IEC 61960∶2011僅評估電池或電池組在高倍率下(1C倍率)的放電性能，對于電池而言，放電容量應不低于額定容量的70%；對于電池組，放電容量應不低于額定容量的60%。IEC 62620∶2014評估M、H型電池(塊)、電池組可允許的高倍率電流，M型最低恒電流倍率為6ItA，H型最低恒電流倍率為20ItA。技術要求為無熔斷、電池(塊)或電池組殼體不應變形和漏液，電壓在放電過程中應沒有突變；在以可允許的高倍率電流放電后，0.2It放電容量應不低于額定容量的95%。這一項目更注重電池使用的安全性，高倍率放電性能已納入常溫放電性能項目內考核。對于高倍率放電，試驗環境溫度也有所不同。

2.5 荷電保持及恢復

兩部標準在該項目上，除環境溫度不同外，其余試驗方法基本一致。在測試對象上，IEC 61960∶2011針對電池和電池組，IEC 62620∶2014只針對電池(塊)。在技術要求上，IEC 62620∶2014更加嚴格，荷電保持容量應不低于額定容量的85%，荷電恢復容量不得低于額定容量的90%；IEC 61960∶2011要求相對較低，對于電池荷電保持容量應不低于額定容量的70%，荷電恢復容量不得低于額定容量的85%；對于電池組，荷電保持容量應不低于額定容量的60%，荷電恢復容量不得低于額定容量的85%。

2.6 內阻

內阻是評估鋰離子電池性能的重要指標。目前，鋰離子電池內阻測試的方法很多[4-6]，主要有交流內阻[4]、直流內阻[5]和電化學阻抗譜(EIS)測試[6]等方法。

兩部標準均采用了交流內阻法和直流內阻法。交流內阻反映了電池靜態時的狀態，能夠保證電池性能完好，且測量過程快速，不用脫機就可在線檢測內阻，但不能看出內阻在不同頻率下的變化。直流內阻反映了電池工作時，電流在電池內部受到的阻力，可直接反映電池工作時的性能。

在交流內阻的項目上，兩部標準除了環境溫度不同，其余試驗方法基本一致。在試驗對象上，IEC 61960∶2011交流內阻只針對電池組，而IEC 62620∶2014交流內阻的測試對象只能是電池(塊)。

在直流內阻的項目上，兩部標準除了環境溫度不同，試驗方法的相關參數也存在差異。在測試對象上，IEC 61960∶2011直流內阻只針對電池組，而IEC 62620∶2014直流內阻的測試對象，既可以是電池(塊)，也可以是電池組。在試驗參數上，IEC 61960∶2011的適用范圍為便攜式產品，因此明確規定兩次放電電流，I1=0.2ItA、I2=1.0ItA；而IEC 62620∶2014適用范圍為固定式設備或活動式設備，根據固定式設備及活動式設備倍率放電能力的差異化，規定不同的放電電流，具體電流值和技術要求如表4所示。

表4 IEC 62620∶2014中測量直流內阻的恒定放電電流

Table4Constant discharge current used for measurement of internal D.C.resistance of IEC 62620∶2014

放電電流放電類型SEMHI1≥1/5nItA0.04ItA0.2ItA1.0ItAI2≥1/5nItA≥0.2ItA≥1.0ItA≥5.0ItA

此外，一般電池容量越小，內阻越大。由于便攜式產品用鋰離子電池較固定式設備及活動式設備用的容量小，內阻較大。IEC 61960∶2011規定的兩次放電時間較IEC 62620∶2014規定的時間短(分別為10 s、1 s)，在較短的時間內，足以測試出電池的電壓降；IEC 62620∶2014兩次放電時間都有所延長，分別為(30±0.1) s、(5.0±0.1) s。固定式設備及活動式設備用鋰離子電池容量大、內阻小，較長的放電時間能更準確地測出電池的電壓降。

EIS測試法可以在不損壞電池特性的情況下，實現在線監測，與交流內阻法和直流內阻法相比，具有明顯的優點[7]：①對噪聲的抗干擾能力強，能用于噪聲成分較大的環境中；②采用小交流擾動信號，即使長時間作用在電池兩端，也不會給電池帶來破壞；③測量得到的EIS是內阻變化和相位變化的乘積，其變化比電池的內阻變化更明顯，測量更加簡單、結果更精確；④EIS測試法不僅可獲得直流內阻分量、極化內阻分量，還可檢測出電池內阻成分的變化規律，可對電池進行評估和優化管理。有鑒于此，在對IEC 61960與IEC 62620進行修訂時，應建議考慮加入EIS測試法。

2.7 循環耐久性

兩部標準對環境溫度的要求不同。在試驗參數上，IEC 61960∶2011的放電電流為0.2ItA，若加速評估電池壽命，放電電流可設為0.5ItA；IEC 62620∶2014的放電電流為1/nItA，若加速評估電池壽命，可根據電池的倍率放電能力的差異化，規定不同的放電電流。E型電池用0.5ItA，M型和H型電池可以用1.0ItA。在技術要求上，IEC 62620∶2014比IEC 61960∶2011更嚴格。IEC 62620∶2014要求電池(塊)或電池組在進行500次循環后，所測得的容量應不低于額定容量的60%；IEC 61960∶2011要求則相對較低，對于電池，要求在400次循環后容量不低于額定容量的60%，對于電池組，要求在300次循環后容量不低于額定容量的60%。

2.8 貯存恒壓耐久性

兩部標準在恒壓耐久性的測試方法上大致相同，但試驗具體參數上存在較多差異。首先，電池充電、恒壓保持和放電的環境溫度要求不同。IEC 61960∶2011要求電池在(20±5) ℃下充電，在(40±2) ℃下恒壓保存，在(20±5) ℃下放電；IEC 62620∶2014要求電池在目標測試溫度下充電，在目標測試溫度下電池恒壓保存，在(25±5) ℃下放電。其次，電池荷電狀態不同，IEC 61960∶2011要求電池荷電狀態為50%，IEC 62620∶2014要求電池荷電狀態為100%。第三，技術要求不同，兩者相較而言，IEC 62620∶2014標準更嚴謹、嚴格。IEC 61960∶2011要求電池恒壓耐久90 d后，將電池按照企業要求充至滿電狀態，電池靜置1～4 h，靜置結束后，放電電流為0.2ItA，測試得到的放電容量與額定容量的比值不低于50%，恒壓耐久后的電池可重復做5次充電放電過程；IEC 62620∶2014要求電池恒壓耐久90 d后，靜置8～16 h，靜置結束后，將電池放電，放電電流為1/nItA(S型電池，n=8、10、20和240；E、M和H型電池，n=5)，測試得到的電池放電容量與額定容量的比值不低于85%。

2.9 靜電放電性能

靜電放電(ESD)是一種常見的近場危害源，在放電過程中，有時會形成高電壓和瞬時大電流，放電電流波形的上升時間可小于1 ns，形成靜電放電電磁脈沖，并產生頻譜很寬的電磁輻射場，會對半導體器件及電子設備(系統)造成直接和間接干擾或損傷[8]。ESD抗擾度試驗和靜電放電的防護研究，一直是工業發達國家十分重視的研究課題。

兩部標準在靜電放電性能的測試項目有所不同。IEC 61960∶2011有靜電放電性能測試項目，包括4 kV接觸式放電和8 kV空氣放電，因為應用對象是便攜式產品(便攜式產品易接觸到放電源)。IEC 62620∶2014沒有該項性能測試，因為應用對象主要是固定式設備，固定式設備相比便攜式產品不易接觸到靜電放電源。為了提高固定式設備的安全性，避免特殊情況的出現，建議在修訂IEC 62620標準時，考慮加入靜電放電測試項目。

3 結論

IEC 61960∶2011《含堿性或其它非酸性電解質的蓄電池和蓄電池組 便攜式產品用鋰蓄電池和電池組》通過眾多的測試來保障便攜式產品用電池、電池組的產品品質和科學使用。IEC 62620∶2014《含堿性或其它非酸性電解質的蓄電池和蓄電池組 工業設備用鋰蓄電池和電池組》作為固定式設備用電池(塊)、電池組和活動式設備用電池(塊)、電池組測試標準，有利于與IEC 61960∶2011更好的銜接與組合，覆蓋更多領域的鋰離子電池。分析得知，IEC 61960∶2011和IEC 62620∶2014在測試對象和項目設置上總體比較一致，但在具體項目的測試條件上存在不少差異。由于IEC 61960∶2011的測試對象是便攜式產品用鋰離子電池，測試參數相對固定；IEC 62620∶2014測試對象是固定式和活動式設備用鋰離子電池，該標準根據電池使用場景的實際情況，提出了不同的測試參數。在技術要求方面，IEC 62620∶2014較IEC 61960∶2011更為嚴苛，這也保證了固定式和活動式設備的鋰離子電池使用壽命一般比便攜式產品更長的要求。

[1] 何鵬林.鋰離子電池國際標準制修訂動態[J].標準與應用，2015，2：21-23.

[2] IEC 61960：2011，Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes-Secondary lithium cells and batteries for portable applications[S].

[3] IEC 62620：2014，Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes-Secondary lithium cells and batteries for use in industrial applications[S].

[4] 陳穎平.直流內阻測試法在蓄電池監測系統中的應用[J].云南電業，2003，9(2)：36-39.

[5] 李芳培，毛建國，沈峘，etal.基于交流阻抗法的蓄電池內阻測量[J].重慶工學院學報，2009，23(9)：23-29.

[6] AURBACH D，MARKOVSKY B，WEISSMAN I，etal.On the correlation between surface chemistry and performance of graphite negative electrodes for Li ion batteries[J].Electrochim Acta，1999，45(1)：67-86.

[7] CAN Y H，WANG Y W.Thermal runaway potential of LiCoO2and Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2batteries determined with adiabatic calorimetry methodology[J].Applied Energy，2012，100：127-131.

[8] YUAN Q Y，LIU S H，WU Y，etal.Experimental research on the characteristics of radiated fields in ESD immunity testing[J].Journal of Ordnance Engineering College，2009，21(1)：34-37.