过充测试的核心目的是考察电芯在异常充电条件（超出充电截止电压）下的安全性能。 国家标准 GB/T 36276-2023 和 GB/T 44265-2024 中均有关于电芯的过充测试，测试要求完成初始化充电后，以 Prc / Unom 恒流充电至电压达到其充电截止电压的 1.5 倍或时间达到 1h，要求不起火不爆炸，非常考验电池的安全性能。

本文我们将分析、对比锂离子电芯（磷酸铁锂）和钠离子电芯的过充测试过程及结果，总结两种类型的电芯耐过充 测试的能力。下表是选取的两种测试电芯的参数以及测试设定的参数。

第一阶段—静置

-该阶段为电芯初始化充电后的静置阶段，过程中电压，温度基本没变。

第二阶段—过充电

-对于锂离子电芯，使用 157A 电流恒流充电，充电开始到结束经历约 1640 秒。开始充电时，短时间内电压从 3.4V 升到 4.4V，之后很长时间维持该电压基本不变，直到 1600 秒后快速上升达到 5.475V 截止。温度从室温升到 75℃左右，升温幅度 50℃，平均温升速率为 0.031℃/s，电芯外观无变化。 对于钠离子电芯，由于采用的横坐标时间间隔不同，变化速率表现较为明显，但总体的变化趋势与锂离子电芯是一 致的。采用 85A 电流充电，充电时间约 2960 秒。电压从开始充电快速上升后又缓慢上升，超过 5.07V 后开始下降， 到 3100 秒时又快速增长到 5.25V 截止。温度从室温升到 101℃，此时已达到整个测试中最高温度，升温幅度 78℃， 平均温升速率为 0.026℃/s。

分析：过充电测试前，电芯已充满电，故电芯正极材料内能正常脱嵌的锂或钠离子已完全脱出，并嵌入到负极层中。 而过充引发的电池副反应，首先是过量的金属离子嵌入负极，在负极表面会生长枝晶，其次是过量的离子从正极脱出， 引起正极结构坍塌，放出热量和释放出氧气。氧气会加速电解液的分解，导致电池内部压力不断升高，一定程度后 冲开电池的安全阀，电解液喷出。 从电化学原理上讲，在过充电开始后，电极上的非法拉第过程占比将大大增加，此时电芯相当于电容器，在正、负 极片上积聚的电荷将导致电极电势发生偏移，即出现浓度极化。也可以认为，过充电过程中，所有法拉第过程都属 于去极化反应，消耗电极上的电荷，减缓电荷的积累。 在过充电流下，电芯电压由以下几部分构成：①满电态下正、 负极的平衡电极电势之差；②极化内阻所占分压 ( 主要为电荷积累造成的浓度极化 )；③欧姆内阻所占分压。 将过充阶段分为Ⅰ～Ⅳ四个阶段，用符号 ★ 或 分隔，如图所示。

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第三阶段—静置

-此阶段已停止充电。对于钠离子电芯，电压快速下降到电压 3.35V 左右，温度也随着充电的结束缓慢下降，不起火 不爆炸，外壳完整，测试后电芯还能正常充放电。 对于锂离子电芯，此时电压先以缓慢速度下降到 4V。之后由于过量的 Li+ 从正极脱出，引起正极结构坍塌，放出大 量热量和释放出氧，电芯以更快的速率放电到 0V。释放的氧气会加速电解液的分解，导致电芯内部压力不断升高， 而后从防爆阀处破裂，电解液喷出，后续无法再进行充放电。温度上升也呈现出先缓慢后迅速增长的趋势，直到试 验结束时温度还在迅速增长。

总结：

在过充电初期（达到临界点前），钠离子和锂离子电池表现出相似的趋势：电压变化速率取决于电荷积累与消耗的差值， 对电芯结构影响轻微，正极完好、无明显发热、电压温度变化正常。然而，当充电至 1.5 倍截止电压后，两者表现迥异：

1.钠离子电池：表现正常，外壳完好，后续仍可正常充放电。

2.锂离子电池：温度快速上升超过 180℃，隔膜融化，正负极短路。大电流的快速放电使得电池温度不断升高， 内部压力骤升、最终导致防爆阀开启、电解液喷出，电池完全失效，丧失充放电及自修复能力。

尽管基于单个电芯对比可能存在偶然性，但此结果总体上表明钠离子电池在过充电条件下的安全性优于锂离子电池。返回搜狐，查看更多