IEC 628132025 用于电气和电子设备的锂离子电容器 - 电气特性的测试方法标准立项发展报告

用于电气和电子设备的锂离子电容器——电气特性的测试方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:LithiumIonCapacitorsforUseinElectricandElectronicEquipment–TestMethodsforElectricalCharacteristics摘要随着全球能源结构转型与电子设备高功率化、小型化趋势的加速演进，锂离子电容器（LithiumIonCapacitor，简称LIC）作为一类兼具超级电容器高功率密度与锂离子电池高能量密度优势的新型储能器件，近年来在智能电网、轨道交通、便携式电子设备及工业备用电源等领域的应用日益广泛。然而，由于缺乏统一的国际测试标准，各制造商和检测机构在电容值、内阻、能量密度、循环寿命等关键电气特性的评价方法上存在显著差异，严重制约了产品的性能对比、质量管控与国际市场流通。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2025年1月正式发布IEC62813:2025《用于电气和电子设备的锂离子电容器——电气特性的测试方法》，成为全球首个专门针对锂离子电容器电气特性测试的通用国际标准。本标准系统规定了术语定义、测试条件、测试电路、试验程序及结果报告要求，涵盖电容、等效串联电阻（ESR）、自放电特性、温度特性等核心电参数测试方法，并明确了各项试验的精度等级与不确定度评估原则。本报告的编写旨在全面阐述IEC62813:2025的立项背景、技术内容、制定过程及其行业影响，以期为我国锂离子电容器产业的标准应用、产品研发和国际对标提供参考。标准发布将对统一全球锂离子电容器测试评价体系、促进产品质量提升与国际贸易便利化产生深远影响。关键词：锂离子电容器；测试方法；电气特性；国际电工委员会；标准化；储能器件Keywords:Lithiumioncapacitor;Testmethod;Electricalcharacteristics;IEC;Standardization;Energystoragedevice1.引言1.1锂离子电容器的技术概述锂离子电容器是一种介于传统双电层电容器（EDLC）与锂离子电池之间的新型储能器件，其负电极采用预嵌锂的碳类材料，正电极采用活性炭材料，通过锂离子在负极材料体相中的嵌入/脱出反应与阴离子在正极表面的吸附/脱附过程的协同作用实现能量存储。该技术路线赋予了锂离子电容器独特的工作特性：在能量密度方面，其体积能量密度可达传统双电层电容器的2~4倍，能够满足系统对储能器件小型化的需求；在功率特性方面，其仍保留电容器固有的高功率输出能力，可在数秒至数十秒内完成充放电；在服役寿命方面，其循环寿命可达数万次以上，显著优于二次电池。此外，锂离子电容器还具有宽的工作温度范围（通常为-30℃至+70℃）和较低的自放电率，尤其适合在严苛环境下提供短时功率支撑和能量缓冲。1.2标准化需求的提出尽管锂离子电容器技术发展迅速，市场出货量逐年攀升，但其标准化进程却明显滞后于产业发展需求。在IEC62813:2025发布之前，国际上缺乏一项专门针对锂离子电容器电气特性测试的统一标准。已有的IEC62391系列标准适用于电化学电容器（主要针对双电层电容器），其对电容、内阻等参数的测试条件（如充电电压、测试频率、温度范围等）不完全适用于锂离子电容器的特殊工作机理。同时，锂离子电容器在测试过程中涉及预嵌锂状态的初始设定、恒流-恒压（CC-CV）充电策略的确定、直流内阻与交流内阻的区分测量等特殊问题，均无法从现有标准中找到明确的技术依据。这种标准缺位的局面带来了多重负面影响。首先，各制造商采用不同的测试方法和条件，导致同一型号产品在不同检测机构得到的参数结果缺乏可比性；其次，用户单位在进行产品选型和系统设计时缺乏统一的性能评价依据，增加了技术风险；再次，国际贸易中因测试方法不一致引发的质量争议时有发生，抬高了交易成本。因此，制定一项统一的锂离子电容器电气特性测试方法国际标准，已成为产业界、检测机构和终端用户的共同呼声。2.标准编制背景与工作过程2.1国际电工委员会的标准化工作框架国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）是全球最具权威性的国际电工电子领域标准化组织，其制定的IEC国际标准涵盖了电气工程、电子技术、信息通信等广泛领域。在电容器标准化领域，IEC下设的技术委员会IEC/TC40（电容器和电阻器技术委员会）负责电容器和电阻器的术语、测试方法、性能要求和安全要求的标准化工作。TC40的分技术委员会SC40WG23（超电容工作组）专门关注高性能电容器和超电容相关标准制修订，IEC62813:2025便是该工作组在锂离子电容器领域取得的最新成果。近年来，IEC/TC40高度关注新能源与储能领域的标准化需求，先后发布了IEC62391系列（电化学电容器）、IEC62576（混合动力电动车辆用双层电容器）等多项标准，形成了覆盖超级电容器和电化学电容器的标准框架。然而，锂离子电容器因其独特的技术特性，既不完全等同于双电层电容器，也不同于传统的电化学电容器体系，需要制定专门的测试方法标准。2.2IEC62813标准的制定历程IEC62813标准的制定工作始于2015年前后。随着锂离子电容器技术成熟度提升和市场规模扩大，日本、韩国等锂离子电容器主要生产国家的国家委员会率先在新工作项目提案（NP）中提出了制定锂离子电容器电气特性测试方法国际标准的建议。该提案经IEC/TC40全体成员投票通过后，正式立项编号为62813。项目立项后，SC40WG23工作组组建了由中国、日本、韩国、德国、美国等国家的专家参与的起草团队。起草过程经历了以下关键阶段：-2016年至2017年：工作组对全球主要锂离子电容器制造商（包括JMEnergy、TaiyoYuden、VINATech等）的现行测试方法进行系统调研，梳理了各企业在电容测量、内阻测量、温度特性测试等方面的技术实践，形成了标准技术框架草案。-2017年至2019年：起草团队针对核心技术问题——包括预嵌锂状态对测试结果的影响、直流内阻与交流内阻的等效性、恒流-恒压充电策略的标准化等——组织了多轮比对试验（round-robintest），邀请多个独立实验室对同一批样品按照拟定的测试方法进行测量，以验证方案的可行性和可重复性。比对试验结果表明，按照标准草案规定的测试条件和程序，各实验室间的测试结果差异可以控制在合理范围内，证明该测试方法具有良好的复现性和可操作性。-2019年至2023年：标准草案经过多次委员会草案（CD）和国际标准草案（DIS）投票，各成员国围绕测试电压范围的界定、充放电倍率的标准化设置、试验报告格式的统一性等问题提出了大量建设性修改意见，工作组逐条进行了处理和回应。-2024年：最终国际标准草案（FDIS）获得通过，标准文本进入编辑出版阶段。-2025年1月17日：IEC62813:2025正式出版发布，成为全球锂离子电容器测试领域的首份IEC国际标准。2.3标准的法律定位与推荐性质需要说明的是，IEC标准属于自愿性国际标准，不具有强制约束力。但作为由IEC这一权威国际标准化组织发布的标准，IEC62813:2025具有重要的参考和指引作用，各国往往在制定本国标准或采购技术规范时加以引用。在中国，国家标准化管理委员会鼓励积极采用国际标准，IEC62813发布后，其技术内容有望被转化为我国国家标准（GB/T），从而促进国内锂离子电容器产品测试方法与全球接轨。3.标准主要内容解析3.1标准的适用范围与一般要求IEC62813:2025适用于用于电气和电子设备的锂离子电容器，其标称电压通常不超过一定阈值，适用于直流电路应用场景。标准明确了以下适用范围界定：一方面，标准适用于单体锂离子电容器（cell），同时也涵盖由多个单体通过串联或并联方式组成的锂离子电容器模组（module），但模组的测试条件需根据电路拓扑进行适当调整；另一方面，标准不适用于锂离子电池——两者的测试方法存在本质差异，尽管它们的材料体系部分相似，但工作机理和性能指标评价体系不同。在规范性引用文件方面，标准主要引用了IEC62391-1（电化学电容器——第1部分：总规范）和IEC62391-2（电化学电容器——第2部分：电气试验方法）中的相关条款，并在此基础上针对锂离子电容器的特殊要求进行了拓展和补充。3.2术语定义的规范化标准在第3章对一系列核心术语进行了明确界定，其定义充分考虑到了锂离子电容器的技术特征：-额定电容（Ratedcapacitance）：在标准规定的基准测试条件下，锂离子电容器在指定电压区间内进行恒流放电时，按放电容量与放电电压变化量的比值计算得到的电容量。需要指出的是，与双电层电容器的线性放电特性不同，锂离子电容器的放电曲线因负极锂嵌入反应的存在而呈现一定的非线性特征，因此标准的测试方法在计算中采用了等效线性化的处理方法。-等效串联电阻（EquivalentSeriesResistance，ESR）：标准分别规定了直流等效串联电阻（DC-ESR）和交流等效串联电阻（AC-ESR）两种测量方法。DC-ESR通过特定电流脉冲下电压突变量与电流的比值进行测定，AC-ESR则采用特定频率（通常为1kHz）下的交流阻抗测量方法。两种方法从不同角度反映电容器的内阻特性，在系统设计中具有不同的参考意义。-额定电压（Ratedvoltage）：指锂离子电容器在规定的温度范围内可以连续施加的最高直流电压值。由于锂离子电容器的负极电位与正极电位受锂嵌脱状态差异的影响，其工作电压窗口的设计需考虑电解液的电化学稳定窗口及负极材料的嵌锂电位范围，防止析锂和电解液分解等安全问题。-预嵌锂状态（Pre-lithiationstate）：指锂离子电容器在出厂前于负电极中预先嵌入的锂离子数量相对于负极理论可嵌锂容量的比例。预嵌锂状态对本征性能测试结果有显著影响，标准对此给予了特别关注。3.3测试条件与环境要求为了保证测试结果的准确性和可比性，标准对试验环境条件进行了严格规定：-标准环境条件：基准环境温度为（23±2）℃，相对湿度为45%~75%，大气压力为86kPa~106kPa。对温度敏感型测试项目，要求在恒温恒湿环境中进行，温度波动控制在±1℃以内。-测试前预处理：样品测试前需在标准环境条件下静置适当时间（建议不少于12小时），以确保样品内部温度与环境温度达到平衡。对于在高温或低温测试后的样品，恢复至常温后方可进行后续测试，以避免热应力对测试结果的影响。-测量仪器要求：标准对测量仪器的精度等级提出了具体指标，其中电压测量精度应不低于±0.5%，电流测量精度应不低于±0.5%，时间测量精度应不低于±0.1%，电容测量精度要求视具体方法确定。同时要求所有仪器均需在校准有效期内。3.4关键测试方法的技术要点（1）电容测试电容测试分为恒定电流放电法和恒定功率放电法两种，其中恒定电流放电法为基准仲裁方法。测试程序如下：-以标准规定的恒定电流对电容器进行充电，充电过程采用恒流-恒压（CC-CV）方式：先以恒定电流充电至额定电压，再在额定电压下恒压充电至电流降至规定截止值（例如0.05C或制造商规定的电流阈值）；-静置规定时间（如30min），使电容器内部达到电化学平衡状态；-以规定的恒定电流（通常取额定放电电流值）放电至规定的截止电压；-根据放电过程中的电压-时间曲线，计算放电电压区间内的等效电容值。由于锂离子电容器放电曲线并非完全线性，标准的计算方法采用能量等效或电荷等效原则进行折算，将非线性的电压-时间关系转换为等效线性放电下的电容值。（2）等效串联电阻（ESR）测试DC-ESR测试采用脉冲电流法：在电容器静置于规定电压后，施加一个规定的电流脉冲（通常充电和放电方向各测一次），通过测量电流切换瞬间的电压阶跃变化量ΔV，按公式ESR_DC=ΔV/ΔI计算等效串联电阻值。该方法考察的是电容器在瞬态大电流工况下的电压跌落特征，对功率变换器的母线支撑设计具有直接参考意义。AC-ESR测试采用交流阻抗法：在规定的直流偏置电压下叠加一个规定幅值的交流小信号（频率通常为1kHz），测量交流电压与交流电流的比值。该方法反映了电容器在中高频段下的内阻特性，对于开关电源中电容器的高频纹波抑制能力的评价更为适用。（3）自放电特性测试锂离子电容器的自放电率低于双电层电容器，但仍然是一个不可忽视的性能参数，尤其在长期备用场景下直接影响系统的能量管理策略。标准规定的自放电测试方法为：将电容器充电至额定电压，静置规定时间（如72小时或168小时，根据应用需求选择）后，测量电容器在开路状态下的端电压衰减量，并以单位时间的电压降或电荷损失率进行表征。（4）温度特性测试温度对锂离子电容器的电容值、内阻及寿命特性均有显著影响。标准规定了在高温（如+70℃）和低温（如-30℃）条件下的电容和ESR测试程序，并要求提供与常温基准测试值的对比结果，以表征电容器性能的温度依赖性。温度特性测试结果的统一表示为不同温度下的性能保持率（相对于+23℃基准值的百分比），该指标对于评估电容器在极端温度环境中的适用性至关重要。（5）循环耐久性测试循环寿命是锂离子电容器最核心的考核指标之一。标准规定的循环测试程序为：在额定电压范围内，采用规定的充放电电流（通常采用额定电流或特定倍率电流），按照充-放-静置的循环模式反复进行，定期（如每完成1000次循环）中断测试，测量电容和ESR的变化量，直至电容衰减至初始值的80%（或ESR增大至初始值的200%，以先到者为准）为止，记录总的循环次数。3.5试验报告的要求标准对试验报告的内容提出了规范要求，以确保检测结果的完整性和可追溯性。报告至少应包括以下内容：-样品信息：产品型号、批号、制造日期、制造商信息、样品数量及编号；-测试条件：环境温度、湿度、测量仪器型号及校准信息、测试日期；-电气条件：充放电电流设定值、电压范围、静置时间、测试频率等；-测试结果：各项指标的具体数值，必要时以表格和曲线形式给出完整数据；-测量不确定度：根据相关国际导则（如ISO/IECGuide98-3）对关键测量结果的不确定度进行分析和报告。4.标准技术难点与创新点分析4.1预嵌锂状态对待测性能的影响及标准化处理锂离子电容器中，负极的预嵌锂程度直接影响电容器的初始电压、电容值、内阻以及循环寿命等关键参数。在测试过程中，不同程度的预嵌锂状态可能导致同一电容器的测试结果出现显著偏差。针对这一技术难题，IEC62813在测试预处理阶段统一规定了标准预嵌锂状态的确立方式，即通过对电容器进行受控的充放电循环，使其达到规定的电压状态并保持稳定的电化学平衡。标准还要求制造商在技术资料中明示其推荐的工作电压区间和预嵌锂程度，以便测试方在相应的电压窗口内进行表征。4.2非线性特征参数的评价方法与理想电容器不同，锂离子电容器在充电/放电过程中的电压-电流关系呈现出非线性特征。传统的电容测试方法基于线性放电假设，直接套用于锂离子电容器可能导致明显误差。IEC62813中创新的处理方式是引入能量等效电容和电荷等效电容两种定义方式，根据实际应用需求选择相应的评价指标。测试方法的选取需在标准规定的框架内予以注明，以保证不同实验室和测试机构之间测试结果的可比性。4.3多尺度测试方法体系的构建IEC62813构建了从单体到模组的完整测试方法体系：对于单体样品，规定了详细的参数测试程序和精度要求；对于由多个单体组成的模组，标准给出了针对串并联结构的修正测试规则，包括电压均衡对测试结果的影响评估等。这种多尺度的体系设计使得不同层级的产品均能在统一的技术框架下完成性能评价，兼顾了标准的适用广度与针对性。5