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鋰離子電池常見(jiàn)的安全標準是什么?

鋰離子電池常見(jiàn)的安全標準是什么?

發(fā)布人:Jay 發(fā)布時(shí)間:2022-06-20 瀏覽次數:1879

鋰離子電池 (LIB) 是復雜的電化學(xué)和機械系統,是數十個(gè)國際安全標準的主題。在此常見(jiàn)問(wèn)題解答中,我們將討論 LIB 安全的關(guān)鍵環(huán)境方面,回顧鋰離子電池常見(jiàn)的安全標準,并考慮使用定制電池測試室來(lái)保障測試人員的安全。

許多LIB的安全問(wèn)題是因為這些設備對電壓和溫度敏感。圖1展示了 Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2 (NCM) 電池的行為。在此示例中,電池指定在 -30 至 55°C 的溫度范圍內運行。在高于 55°C(至約 80°C)的溫度下,電池表現出更好的倍率能力,這是由于更快的電化學(xué)反應和快速的離子遷移電解質(zhì)和電極。在這種情況下,副反應變得嚴重,導致容量快速衰減。

在高于80°C的溫度下,電池開(kāi)始受到損壞,任何高于130°C的溫度都會(huì )導致電池的組成部分熔化并可能引發(fā)火災。


工作電壓和溫度是影響鋰電池安全性的兩個(gè)因素

圖 1:工作電壓和溫度是影響鋰電池安全性的兩個(gè)因素。此示例適用于NCM單元。

低溫會(huì )導致電池性能不佳并可能造成損壞,但通常不會(huì )造成安全隱患。然而,過(guò)度充電(過(guò)高的電壓)會(huì )導致陰極分解和電解液氧化,這是一個(gè)安全問(wèn)題。過(guò)放電(電壓過(guò)低)會(huì )導致陽(yáng)極上的固體電解質(zhì)界面 (SEI) 分解,并可能導致銅箔氧化,進(jìn)一步損壞電池。

除了與電壓和溫度相關(guān)的操作和環(huán)境問(wèn)題外,機械損壞還可能導致LIB出現安全問(wèn)題。鑒于這些擔憂(yōu),LIB的安全標準也同樣廣泛。

鋰離子電池常見(jiàn)的五個(gè)安全標準是:

1、IEC62133

2、UN/DOT38.3

3、IEC62619

4、UL1642

5、UL2580

IEC62133是鋰離子電池和電池的安全測試標準,是測試含有堿性或非酸性電解質(zhì)的二次電池和電池的安全要求。它用于測試便攜式電子產(chǎn)品和其他應用中使用的LIB。IEC 62133 解決了可能威脅消費者和環(huán)境的化學(xué)和電氣危害以及振動(dòng)和沖擊等機械問(wèn)題。

UN/DOT38.3(也稱(chēng)為 T1-T8 測試和 UN ST/SG/AC.10/11/Rev. 5)涵蓋所有 LIB、鋰金屬電池和電池的運輸安全測試。測試標準包括八項測試 (T1 – T8),均側重于特定的運輸危險。UN/DOT 38.3 是一個(gè)自我認證標準,不需要獨立的第三方測試,但使用第三方測試實(shí)驗室是常見(jiàn)的,以減少發(fā)生事故時(shí)的訴訟風(fēng)險。

鋰電池的幾個(gè)公用包裝及安全運輸標準(表1),如:

(1)UN3090鋰金屬電池,作為組件運輸

(2)UN3480,LIB,作為組件運輸

(3)UN3091,在設備中運輸或與設備一起包裝的鋰金屬電池

(4)UN3481,LIB在設備中運輸或與設備一起包裝。

鋰電池的幾個(gè)公用包裝及安全運輸標準

表1:許多類(lèi)型的鋰電池被認為是危險材料,在運輸時(shí)需要特殊處理。(圖片:UPS)

IEC62619涵蓋了二次鋰電池和電池組的安全標準,規定了LIB 在電子和其他工業(yè)應用中的安全應用要求。IEC62619標準測試要求適用于靜止和動(dòng)力應用。

固定應用包括電信、不間斷電源 (UPS)、電能存儲系統、公用事業(yè)開(kāi)關(guān)、應急電源和類(lèi)似應用。動(dòng)力應用包括叉車(chē)、高爾夫球車(chē)、自動(dòng)引導車(chē)輛 (AGV)、鐵路和船舶——不包括公路車(chē)輛。

UL1642是鋰電池安全的UL標準,規定了在電子產(chǎn)品中用作電源的一次和二次鋰電池的標準要求。

UL1642涵蓋:

(1)、技術(shù)人員可更換的鋰電池,含有5.0克(0.18 盎司)或更少的金屬鋰。鋰含量超過(guò)5.0克的電池將根據其是否符合要求(如適用)進(jìn)行判斷,并進(jìn)行額外的測試和檢查,以確定電池是否可用于其預期用途。

(2)、用戶(hù)可更換的鋰電池,每個(gè)電化學(xué)電池中金屬鋰含量不超過(guò)4.0克(0.13 盎司),金屬鋰含量不超過(guò)1.0 克(0.04 盎司)。超過(guò)4.0克的電池或超過(guò)1.0克鋰的電池需要進(jìn)一步檢查和測試,以確定電池或電池是否可以用于其預期用途。

UL1642不涵蓋因攝入鋰電池而導致的毒性風(fēng)險,或因電池損壞或切開(kāi)而導致接觸金屬鋰的風(fēng)險。

UL2580x是UL電動(dòng)汽車(chē)電池安全標準,由多項測試組成,包括:

大電流電池短路:在充滿(mǎn)電的樣品上運行。使用≤ 20mΩ 的總電路電阻將樣品短路?;鸹c(diǎn)火檢測樣品中存在可燃濃度的氣體,并且沒(méi)有爆炸或火災的跡象。此外,蒸汽不會(huì )通過(guò)指定的通風(fēng)口或系統排放到外部。不會(huì )有外殼破裂或可觀(guān)察到的電解液泄漏跡象。如果LIB 在短路測試后仍可運行,則它將按照制造商的規范進(jìn)行充電和放電循環(huán)??梢詫ψ咏M件而不是整個(gè)電能存儲組件 (EESA) 執行短路測試。

電池擠壓:在充滿(mǎn)電的樣品上運行并模擬車(chē)輛碰撞對 EESA 完整性的影響。與短路測試一樣,火花點(diǎn)火檢測樣品內是否存在可燃濃度的氣體,并且不會(huì )有爆炸或火災的跡象。不會(huì )釋放有毒氣體。

電池單元擠壓(垂直):在充滿(mǎn)電的樣品上運行。擠壓試驗中施加的力必須限制在電池重量的 1000 倍。與壓碎測試一樣,火花點(diǎn)火檢測樣品內是否存在可燃濃度的氣體,并且不會(huì )有爆炸或火災的跡象。不會(huì )釋放有毒氣體。

LIB測試室

安全測試 LIB 本質(zhì)上是一種危險活動(dòng)。由于深度放電、短路、高溫和不同類(lèi)型的機械濫用,很可能會(huì )發(fā)生脫氣、火災或爆炸。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)設計的 LIB 測試和存儲室,以減輕對人員造成傷害的可能性。一個(gè)例子是一個(gè)步入式的90分鐘防火室,具有內部和外部防火保護,可用作測試室或存儲 LIB(圖 2)。

旨在保護人員和環(huán)境的功能包括:

a、屋頂有減壓表面,以在發(fā)生事故時(shí)平衡內部和外部壓力。

b、用于快速抽取有害或易爆氣體的高性能通風(fēng)。

c、注入惰性氣體以幫助控制危險反應或火災的能力。

d、火災傳感器,用于警告發(fā)展中的火災和集成滅火裝置。

e、額外的氣體傳感器用于識別除氣,并根據需要放置更多傳感器和信號繼電器的位置。

用于處理 LIB 的步入式測試和儲藏室

圖2:用于處理 LIB 的步入式測試和儲藏室。

總之,鋰離子電池中的鋰金屬含量意味著(zhù)它們對電池供電系統的用戶(hù)構成潛在危害。LIB安全隱患包括放電過(guò)深、短路、高溫和機械濫用。鋰離子電池有幾十個(gè)國際安全標準和設計要求。本文介紹的鋰離子電池五個(gè)常見(jiàn)的安全標準,以及指定 LIB 測試室時(shí)的一些基本注意事項。

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