顾正建，严 媛

( 1.无锡市产品质量监督检验院，江苏 无锡 214028； 2.国家轻型电动车及电池产品质量监督检验中心，江苏 无锡 214028 )

近年来，国内外加快了锂离子电池相关标准的制、修订，使得锂离子电池的应用更科学、更安全，也更高效[1]。国际电工委员会(IEC)是主要的锂离子电池国际标准制、修订机构。在锂离子电池电性能方面，含碱性或非酸性电解液的蓄电池和蓄电池组分技术委员会(IEC/SC21A)于2011年发布了IEC 61960∶2011《含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 便携式产品用锂蓄电池和电池组》[2]，适用范围为便携式产品。为适应锂离子电池行业的发展，IEC/SC21A于2014年发布了IEC 62620∶2014《含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 工业设备用锂蓄电池和电池组》[3]，适用范围为固定式设备(如电力储能系统、不间断电源UPS等)和活动式设备(如轨道车辆、牵引运输车、高尔夫车等，但不包括道路车辆)。该标准的发布有利于与IEC 61960∶2011更好地衔接与组合，覆盖使用于更广泛领域的锂离子电池。

本文作者重点对两部标准型号命名和试验项目的异同进行对比分析。

1 型号命名对比分析

IEC 61960∶2011中，电池命名形式为：A1A2A3N2/N3/N4，电池组命名形式为：N1A1A2A3N2/N3/N4-N5。其中A1为负极体系：I代表锂离子，L代表金属锂或锂合金；A2为正极体系：C代表钴基(Co)，N代表镍基(Ni)，M代表锰基(Mn)，V代表钒基(V)，T代表钛基(Ti)；A3为电池的形状：R代表圆柱形，P代表方形；N1为电池组中串联的电池数量；N2为最大直径(R电池)或最大厚度(P电池)；N3为最大宽度(P电池)，若为R电池，N3省略；N4为最大高度；N5为电池组中并联的电池数量。IEC 62620∶2014中，电池命名形式为：A1A2A3/N2/N3/N4/A4/TLTH/NC，电池组命名形式为：A1A2A3/N2/N3/N4/[S1]A4/TLTH/NC，其中A1为负极体系：I代表碳基，T代表钛基，X代表其他；A2为正极体系：C代表钴基(Co)，F代表铁基(Fe)，Fp代表磷酸铁基，N代表镍基(Ni)，M代表锰基(Mn)，Mp代表磷酸锰基，V代表钒基(V)，X代表其他；A3为电池的形状：R代表圆柱形，P代表方形(包括铝塑膜封装的电池)；A4为电池的倍率特性：S代表极低倍率放电型(只针对电池组)，E代表低倍率放电型，M代表中等倍率放电型，H代表高倍率放电型；N2为最大直径(R电池)或最大厚度(P电池)；N3为最大宽度(P电池)，若为R电池，N3省略；N4为最大高度；TL、TH分别表示最低和最高放电温度等级；NC为500次循环后所测容量与额定容量的比值；[S1]为电池组串并联构造形式。

对比两部标准，IEC 61960∶2011利用锂离子、金属锂或锂合金表示负极材料体系，而IEC 62620∶2014则利用更符合实际的负极材料体系(碳基、钛基及其他材料)；正极方面，由于工业设备相对便携式产品用锂离子电池会出现更多的正极材料体系，IEC 62620∶2014增加了铁基、磷酸铁基、磷酸锰基及其他材料，省略了钛基体系的表示方法(原因是钛基材料的电位较低，基本已被用于负极材料)；IEC 62620∶2014还增加了电池及电池组的倍率放电特性、放电高低温温度等级、循环能力等在命名上的表现形式，以适应工业设备用锂离子电池的需要；此外，在电池组串并联形式方面，IEC 61960∶2011利用首尾数字代号表示；IEC 62620∶2014则利用集中体现的构造形式。形状、尺寸方面两部标准的表示方法基本相同。

2 试验项目对比分析

表1中列出了IEC 61960∶2011与IEC 62620∶2014关于电池及电池组检测的测试项目。

表1 IEC 61960∶2011与IEC 62620∶2014测试项目对比

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

IEC61960∶2011IEC62620∶2014电池电池组电池(块)电池组20℃放电容量25℃放电性能-20℃放电容量低温放电性能20℃高倍率放电容量可允许的高倍率电流荷电保持和恢复能力-交流内阻-直流内阻荷电保持和恢复能力交流内阻-直流内阻循环耐久性循环耐久性贮存后荷电恢复能力长期荷电寿命(恒压耐久性)-静电放电-

在工业设备应用领域，为了增加电池容量，常出现电池单体并联后使用的情况，因此在测试对象上，IEC 62620∶2014增加了电池块(Cell block)。电池块的定义为电池单体并联而成的组合体，可以包括或者不包括保护装置和监测电路。两部标准的试验项目分别为9项和8项。考察内容上，IEC 61960∶2011比IEC 62620∶2014多了静电放电测试项目，其余8个测试项目与IEC 62620∶2014相似，但在试验方法上，根据适用领域的不同，存在不少差异。

2.1 额定容量定义

额定容量定义为在规定条件下测得，并由制造商标称的电池或电池组的容量。IEC 61960∶2011定义为C5，IEC 62620∶2014定义为Cn(n为电池或电池组的放电小时数)，对于E、M、H放电类型的电池，n为5；对于S放电类型的电池，n为8、10、20或240。由于IEC 62620∶2014可应用于电力储能、UPS及轨道车辆等储能及动力电池领域，放电率类型的可选择性，增强了标准适用面。用户在选择使用时可根据自身产品的应用环境进行放电率类型选取和标识。

2.2 常温放电性能

IEC 61960∶2011与IEC 62620∶2014在常温放电性能的环境温度要求上不同。IEC 61960∶2011各项测试的常温环境温度均为(20±5) ℃，IEC 62620∶2014则为(25±5) ℃。在试验内容上，IEC 62620∶2014将倍率放电能力也放入常温放电性能考核，如表2所示。此外，IEC 61960∶2011可以进行4次循环，有一次达到100%C5即可；IEC 62620∶2014则可以进行5次循环，有一次达到技术要求可停止试验，可适当增加产品合格的几率。

表2 IEC 62620∶2014中25 ℃常温放电性能

2.3 低温放电性能

IEC 62620∶2014与IEC 61960∶2011相比，变化较大。IEC 61960∶2011根据便携式产品的应用场景，明确定义低温放电性能在-20 ℃下考核，电池或电池组在(-20±2) ℃条件下，以0.2ItA恒流放电至放电终止电压时，放电容量应不低于30%C5。IEC 62620∶2014根据固定式设备及活动式设备应用场景的差异化，没有明确规定低温放电性能的考核温度，而是提出“目标”测试温度的概念。电池低温放电性能测试时，温度以10 ℃为梯度变化，如10 ℃、0 ℃、-10 ℃和-20 ℃。制造商提出的温度，必须在“目标”测试温度基础上加10 ℃的范围内，如测试温度为-27 ℃，制造商给出的温度最好为-20 ℃。具体放电率和技术要求如表3所示。

表3 IEC 62620∶2014中低温放电性能

Table3Discharge performance at low temperature of IEC 62620∶2014

放电电流/A最低放电容量SEMH1/nIt70%Cn0.2It70%C570%C570%C51.0It-70%C570%C55.0It--70%C5

2.4 高倍率放电性能

两部标准对项目的试验目的不同。IEC 61960∶2011仅评估电池或电池组在高倍率下(1C倍率)的放电性能，对于电池而言，放电容量应不低于额定容量的70%；对于电池组，放电容量应不低于额定容量的60%。IEC 62620∶2014评估M、H型电池(块)、电池组可允许的高倍率电流，M型最低恒电流倍率为6ItA，H型最低恒电流倍率为20ItA。技术要求为无熔断、电池(块)或电池组壳体不应变形和漏液，电压在放电过程中应没有突变；在以可允许的高倍率电流放电后，0.2It放电容量应不低于额定容量的95%。这一项目更注重电池使用的安全性，高倍率放电性能已纳入常温放电性能项目内考核。对于高倍率放电，试验环境温度也有所不同。

2.5 荷电保持及恢复

两部标准在该项目上，除环境温度不同外，其余试验方法基本一致。在测试对象上，IEC 61960∶2011针对电池和电池组，IEC 62620∶2014只针对电池(块)。在技术要求上，IEC 62620∶2014更加严格，荷电保持容量应不低于额定容量的85%，荷电恢复容量不得低于额定容量的90%；IEC 61960∶2011要求相对较低，对于电池荷电保持容量应不低于额定容量的70%，荷电恢复容量不得低于额定容量的85%；对于电池组，荷电保持容量应不低于额定容量的60%，荷电恢复容量不得低于额定容量的85%。

2.6 内阻

内阻是评估锂离子电池性能的重要指标。目前，锂离子电池内阻测试的方法很多[4-6]，主要有交流内阻[4]、直流内阻[5]和电化学阻抗谱(EIS)测试[6]等方法。

两部标准均采用了交流内阻法和直流内阻法。交流内阻反映了电池静态时的状态，能够保证电池性能完好，且测量过程快速，不用脱机就可在线检测内阻，但不能看出内阻在不同频率下的变化。直流内阻反映了电池工作时，电流在电池内部受到的阻力，可直接反映电池工作时的性能。

在交流内阻的项目上，两部标准除了环境温度不同，其余试验方法基本一致。在试验对象上，IEC 61960∶2011交流内阻只针对电池组，而IEC 62620∶2014交流内阻的测试对象只能是电池(块)。

在直流内阻的项目上，两部标准除了环境温度不同，试验方法的相关参数也存在差异。在测试对象上，IEC 61960∶2011直流内阻只针对电池组，而IEC 62620∶2014直流内阻的测试对象，既可以是电池(块)，也可以是电池组。在试验参数上，IEC 61960∶2011的适用范围为便携式产品，因此明确规定两次放电电流，I1=0.2ItA、I2=1.0ItA；而IEC 62620∶2014适用范围为固定式设备或活动式设备，根据固定式设备及活动式设备倍率放电能力的差异化，规定不同的放电电流，具体电流值和技术要求如表4所示。

表4 IEC 62620∶2014中测量直流内阻的恒定放电电流

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

放电电流放电类型SEMHI1≥1/5nItA0.04ItA0.2ItA1.0ItAI2≥1/5nItA≥0.2ItA≥1.0ItA≥5.0ItA

此外，一般电池容量越小，内阻越大。由于便携式产品用锂离子电池较固定式设备及活动式设备用的容量小，内阻较大。IEC 61960∶2011规定的两次放电时间较IEC 62620∶2014规定的时间短(分别为10 s、1 s)，在较短的时间内，足以测试出电池的电压降；IEC 62620∶2014两次放电时间都有所延长，分别为(30±0.1) s、(5.0±0.1) s。固定式设备及活动式设备用锂离子电池容量大、内阻小，较长的放电时间能更准确地测出电池的电压降。

EIS测试法可以在不损坏电池特性的情况下，实现在线监测，与交流内阻法和直流内阻法相比，具有明显的优点[7]：①对噪声的抗干扰能力强，能用于噪声成分较大的环境中；②采用小交流扰动信号，即使长时间作用在电池两端，也不会给电池带来破坏；③测量得到的EIS是内阻变化和相位变化的乘积，其变化比电池的内阻变化更明显，测量更加简单、结果更精确；④EIS测试法不仅可获得直流内阻分量、极化内阻分量，还可检测出电池内阻成分的变化规律，可对电池进行评估和优化管理。有鉴于此，在对IEC 61960与IEC 62620进行修订时，应建议考虑加入EIS测试法。

2.7 循环耐久性

两部标准对环境温度的要求不同。在试验参数上，IEC 61960∶2011的放电电流为0.2ItA，若加速评估电池寿命，放电电流可设为0.5ItA；IEC 62620∶2014的放电电流为1/nItA，若加速评估电池寿命，可根据电池的倍率放电能力的差异化，规定不同的放电电流。E型电池用0.5ItA，M型和H型电池可以用1.0ItA。在技术要求上，IEC 62620∶2014比IEC 61960∶2011更严格。IEC 62620∶2014要求电池(块)或电池组在进行500次循环后，所测得的容量应不低于额定容量的60%；IEC 61960∶2011要求则相对较低，对于电池，要求在400次循环后容量不低于额定容量的60%，对于电池组，要求在300次循环后容量不低于额定容量的60%。

2.8 贮存恒压耐久性

两部标准在恒压耐久性的测试方法上大致相同，但试验具体参数上存在较多差异。首先，电池充电、恒压保持和放电的环境温度要求不同。IEC 61960∶2011要求电池在(20±5) ℃下充电，在(40±2) ℃下恒压保存，在(20±5) ℃下放电；IEC 62620∶2014要求电池在目标测试温度下充电，在目标测试温度下电池恒压保存，在(25±5) ℃下放电。其次，电池荷电状态不同，IEC 61960∶2011要求电池荷电状态为50%，IEC 62620∶2014要求电池荷电状态为100%。第三，技术要求不同，两者相较而言，IEC 62620∶2014标准更严谨、严格。IEC 61960∶2011要求电池恒压耐久90 d后，将电池按照企业要求充至满电状态，电池静置1～4 h，静置结束后，放电电流为0.2ItA，测试得到的放电容量与额定容量的比值不低于50%，恒压耐久后的电池可重复做5次充电放电过程；IEC 62620∶2014要求电池恒压耐久90 d后，静置8～16 h，静置结束后，将电池放电，放电电流为1/nItA(S型电池，n=8、10、20和240；E、M和H型电池，n=5)，测试得到的电池放电容量与额定容量的比值不低于85%。

2.9 静电放电性能

静电放电(ESD)是一种常见的近场危害源，在放电过程中，有时会形成高电压和瞬时大电流，放电电流波形的上升时间可小于1 ns，形成静电放电电磁脉冲，并产生频谱很宽的电磁辐射场，会对半导体器件及电子设备(系统)造成直接和间接干扰或损伤[8]。ESD抗扰度试验和静电放电的防护研究，一直是工业发达国家十分重视的研究课题。

两部标准在静电放电性能的测试项目有所不同。IEC 61960∶2011有静电放电性能测试项目，包括4 kV接触式放电和8 kV空气放电，因为应用对象是便携式产品(便携式产品易接触到放电源)。IEC 62620∶2014没有该项性能测试，因为应用对象主要是固定式设备，固定式设备相比便携式产品不易接触到静电放电源。为了提高固定式设备的安全性，避免特殊情况的出现，建议在修订IEC 62620标准时，考虑加入静电放电测试项目。

3 结论

IEC 61960∶2011《含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 便携式产品用锂蓄电池和电池组》通过众多的测试来保障便携式产品用电池、电池组的产品品质和科学使用。IEC 62620∶2014《含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 工业设备用锂蓄电池和电池组》作为固定式设备用电池(块)、电池组和活动式设备用电池(块)、电池组测试标准，有利于与IEC 61960∶2011更好的衔接与组合，覆盖更多领域的锂离子电池。分析得知，IEC 61960∶2011和IEC 62620∶2014在测试对象和项目设置上总体比较一致，但在具体项目的测试条件上存在不少差异。由于IEC 61960∶2011的测试对象是便携式产品用锂离子电池，测试参数相对固定；IEC 62620∶2014测试对象是固定式和活动式设备用锂离子电池，该标准根据电池使用场景的实际情况，提出了不同的测试参数。在技术要求方面，IEC 62620∶2014较IEC 61960∶2011更为严苛，这也保证了固定式和活动式设备的锂离子电池使用寿命一般比便携式产品更长的要求。

[1] 何鹏林.锂离子电池国际标准制修订动态[J].标准与应用，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] 陈颖平.直流内阻测试法在蓄电池监测系统中的应用[J].云南电业，2003，9(2)：36-39.

[5] 李芳培，毛建国，沈峘，etal.基于交流阻抗法的蓄电池内阻测量[J].重庆工学院学报，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.