破坏性检测固态电池表现相当的好-EDN 电子技术设计

 近日业内有厂商推出了一种石墨烯全固态防爆电池，相比传统液态电解液锂离子电池，固态电池有着高能量密度、低重量、充放性能强劲等优势。

早些年，户外电源原本仅用于政企应急电力储备与特种行业抗灾抢险，近来随着越来越火爆自驾游露营，让户外电源走入了普通用户视野，户外电源基本盘越做越大，当然也迎来一波加速换代革新。

除了充放电性能外，户外电源电芯也是重要的一环，电池架构发展至今常见的仍然是液态电解液的锂离子电池为主，近日充电头网发现业内有厂商推出了一种石墨烯全固态防爆电池，相比传统液态电解液锂离子电池，固态电池有着高能量密度、低重量、充放性能强劲等优势。

固态电池介绍

充电头网已经拿到这块石墨烯全固态防爆电池，外观采用软性封装，区别于常见的圆柱形钢壳电芯、方形大单体，整体上更像是大尺寸的手机电池。传统锂离子电池内部使用了液态电解液，石墨烯全固态防爆电池其内部电解质为固态材质组成，且因为没有电解液，封装后体积重量也更有优势。

软包电池体顶部是两片极耳，它们是将电芯中的正负极引出的金属导体，一般采用铝、镍组成。极耳的宽度可以直接看出电池性能，石墨烯全固态防爆电池拥有宽大的极耳，方便焊接更多的焊点，支持传输更大的电流。

实测单片石墨烯全固态防爆电池三围尺寸为 183.85mm * 87.7mm * 10.85mm，重量约 418.6g，放在手上呈厚实的片状。

铭牌参数方面，产品名称为“石墨烯全固态防爆电池”，单电芯容量达到 31Ah，电池内阻 ≤ 1.2mΩ，质量比能量 > 280Wh/kg。单片容量就能达到 31000mAh，拥有非常低的内阻，放电性能强劲。

其能量密度达到 280Wh/kg 以上，而目前常见的能量型锂离子电池能量密度一般在 200-260Wh/kg 之间，而动力型则一般少于 100Wh/kg，可见固态电池的储能密度已超越业界水平。

石墨烯全固态防爆电池内阻为 1.21mΩ，内阻极低，代表其放电性能十分优异。

穿刺测试

石墨烯全固态防爆电池除了拥有更高的能量密度与充放电性能外，其安全性也是远超于使用液态电解液的传统锂离子电池。为了展示该特性，充电头网对石墨烯全固态防爆电池策划了一次“破坏性”实验，包含穿刺、裁剪两个项目。

测试环境介绍，使用万用表连接电池正负极全程展示电池电压，通过三根金属尖锐物品穿刺的方式完全贯穿电池，热成像仪全程拍摄电池温度，架设多个机位拍摄视频与照片。

破坏性测试开始前，石墨烯全固态防爆电池表面温度与环境温度接近，为 27.9°C。

破坏性测试开始前，石墨烯全固态防爆电池电压为 3.98V。

使用锤子将第一根尖锐金属物直接钉入电池体进行穿刺破坏试验，直至金属完全穿透整块电池。

从热成像仪屏幕中可以看到，红色是穿刺被破坏的位置，温度为 42.5°C，穿刺附近 1cm 的电池表面温度为 30.7°C。

从万用表里可以看到，钉入第一根尖锐金属后，电池电压为 3.96V。

继续钉入第二根尖锐金属物，同样是完全穿透电池。

钉入第二根金属尖锐物后，热成像仪里可以看到，电池本体发热源变成了两处，第二根钉入处温度不明显，第一根钉入处温度则下降至 39.4°C。

钉入两根金属尖锐物后，万用表测量电池电压为 3.95V。

继续顶入第三根金属尖锐物。

钉入第三根金属尖锐物后，钉入处温度开始缓慢上升，约 2 分钟后温度到达峰值不再上升，此时使用热成像仪拍摄，可以看到第三根钉入处峰值温度为 61.5°C，也是本次破坏性测试录取的最高温度，随后温度开始下降。

钉入第三根金属尖锐物后，万用表显示电池电压为 3.91V。

拔除所有钉子，将电池静置 3 分钟后录得电压为 3.93V。

拔除所有钉子，将电池静置 3 分钟后录得最高温度为 44.1°C，可见发热在持续下降，第一、第二个钉入处已几乎没发热现象，热成像仪里只看到第三个钉入处的发热。

裁剪测试

裁剪测试环境介绍，将石墨烯全固态防爆电池固定在支架上，万用表连接电池正负极全程展示电池电压，再使用热成像仪拍摄电池温度，架设多个机位拍摄视频与照片。

破坏性测试开始前，石墨烯全固态防爆电池表面温度与环境温度接近，为 27.4°C。

破坏性测试开始前，石墨烯全固态防爆电池电压为 3.22V。

使用剪刀直接对电池本体进行裁切破坏。

剪切过程中，可以看到热成像仪中出现了三个温度数据，白色 27.9°C 是电池本体温度；绿色是环境温度 26.3°C；而红色则是金属剪刀的刀身温度为 35.2°C。测试过程中石墨烯全固态防爆电池与未破坏时温度没什么变化。

裁剪过程中，电压下降至 3.12V 左右。

完全切断电池体后，电池电压为 3.14V 左右。

热成像仪拍摄完全切断后的石墨烯全固态防爆电池横截面，最高温度为 31.4°C。

完全被切断后的电池体横截面微距图，与传统电池结构同样是多层卷绕堆叠而成。

松开裁剪出来的小角部分，可以看到并没有传统电池的液体电解液，未渗出液体。

破坏性测试小结：

经过穿刺试验可以看到，石墨烯全固态防爆电池即使遭遇金属尖锐物刺入这种破坏性入侵时，也能保持安全稳定状态，发热轻微，在数分钟内发热会下降。整个破坏性测试过程中，石墨烯全固态防爆电池无冒烟、起火现象，也没出现热失控。与传统液体电解液锂离子电芯破坏后即会热失控导致冒烟甚至起火爆炸完全不同，具备更高的安全性。

严寒高温测试

大家应该听说过，锂离子电池对温度十分敏感，要避免严寒与高温环境中使用与存放，使用快速温变试验箱这种专业仪器来设定环境温度，将石墨烯全固态防爆电池处于极端气温后，看看有什么变化。

测试开始前，石墨烯全固态防爆电池电压为 3.99V。

将石墨烯全固态防爆电池放入快速温变试验箱。

快速温变试验箱达到零下 30°C 极低温度，开始计时，电池在快速温变试验箱内放置 12 小时后取出。取出后在常温下静置12小时，恢复室温后，再进行高温测试。

快速温变试验箱快速温变试验箱达到 70°C 高温，开始计时，电池放置 12 小时后再取出，在常温下放置 1 小时，然后进行放电测试。

经过低温、高温储存实验后进行充放电测试，报告显示，放电倍率为 1C 也就是 31A 的电流，深度为 4.0V - 2.0V，放出电量 25.995Ah、87.966Wh。放电结束后，静止 1 小时再进行充电测试。充电电压 4.0V，电流为 1C 也就是 31A，采用 CCCV 算法进行充电，截止电流 0.62A。充入电量 24.919Ah、93.622Wh。

严寒高温测试小结：

测试可见，石墨烯全固态防爆电池在零下 30°C 极低温度、70°C 高温的极端环境下存放，仍能正常使用。这个极端温度实验后，全固态电池并未出现膨胀、鼓泡，形态和实验前一样。反观传统的半固态电池、液态电池，在极端温度实验后，很大几率会出现形态上的变化。

充电头网总结

随着露营与自驾游兴起，户外电源即将全面进入消费者家庭，安全性始终是个最关键的底线指标。固态电池进入户外电源领域，依赖于固态电池高能量密度、高放电性能的优势，户外电源的体积与重量将进一步缩减，为消费者打造出更便携、更易于存放的新一代移动储能产品。

安全方面，测试中可见石墨烯全固态防爆电池在遭遇穿刺、剪切等破坏性特殊情境时，全程始终没有出现起火、冒烟、爆炸等现象。另外，在严寒与高温的恶劣场景中，石墨烯全固态防爆电池也能正常使用，贴合户外电源的应用需求，有着更高安全规格。

固态电池能量密度更高、充放电性能更强，循环寿命也更长，还拥有更安全的特性，希望固态电池能早日大规模量产，并进入到各种储能设备中，让消费者用的放心无后顾之忧。

责编：Ricardo

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