電力儲能用固態(tài)鋰離子電池安全要求及試驗方法

T/CECXXXXX—2020ⅡT/CECXXXXX—XXXXⅠT/CECCCICS27.180 T/CECCCCCSF19中國電力企業(yè)聯(lián)合會標準T/CECFORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXT?????電力儲能用固態(tài)鋰離子電池單體安全要求及試驗方法SafetyrequirementsandtestmethodsofsolidstatelithiumionbatteriesforpowerenergystorageFORMTEXT點擊此處添加與國際標準一致性程度的標識（征求意見稿）FORMTEXT?????FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實施FORMTEXT中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布電力儲能用固態(tài)鋰離子電池單體安全要求及試驗方法范圍本文件規(guī)定了電力儲能用固態(tài)鋰離子電池單體單體安全要求和試驗方法。本文件適用于電力儲能用固態(tài)鋰離子電池單體單體。規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T36276電力儲能用鋰離子電池GB38031電動汽車動力蓄電池安全要求GJB2374A鋰電池安全要求術語和定義固態(tài)鋰離子電池solidstatelithiumionbattery電解質形態(tài)為固態(tài)的鋰離子電池。符號下列符號適用于本文件：n：額定充電小時率，其數(shù)值等于額定充電能量/額定充電功率，并應從下列數(shù)值中選?。?、4、2、1、0.5、0.25。n’：額定放電小時率，其數(shù)值等于電池的額定放電能量/額定放電功率，并應從下列數(shù)值中選?。?、4、2、1、0.5、0.25。Cicn：n小時率初始充電容量，單位為A·h。Cidn’：n’小時率初始放電容量，單位為A·h。Crcn：n小時率額定充電容量，單位為A·h。Crdn’:：n’小時率額定放電容量，單位為A·h。Eicn：n小時率初始充電能量，單位為W··h。Eidn’：n’小時率初始放電能量，單位為W·h。Ercn：n小時率額定充電能量，單位為W··h。Erdn’：n’小時率額定放電能量，單位為W·h。Prcn：n小時率額定充電功率，單位為W。Prdn’：n’小時率額定放電功率，單位為W。Wgc：基于初始充電能量的質量能量密度，單位為W·h/kg。Wgd：基于初始放電能量的質量能量密度，單位為W·h/kg。Wvc：基于初始充電能量的體積能量密度，單位為W·h/L。Wvd：基于初始放電能量的體積能量密度，單位為W·h/L。基本規(guī)定除另有規(guī)定外，試驗應在相對濕度≤90%、大氣壓力為86kPa～106kPa、溫度為（25±5）℃的環(huán)境中進行；試驗場地應具備完善的消防和應急措施；試驗場地應配備試驗所需的工具、試驗裝置、防護用品等；試驗人員應經(jīng)過培訓，熟悉試驗設備，具備相關知識和技能，試驗前做好安全措施；試驗裝置應符合GB/T36276相關條款要求。安全要求6.1基本性能要求6.1.1外觀要求外觀應無變形及裂紋，表面應干燥、平整無毛刺、無外傷、無污物，且標識正確、清晰。6.1.2極性要求端子極性標識應正確、清晰。6.1.3外形尺寸及質量要求外形尺寸、質量應與固態(tài)鋰離子電池單體單體技術規(guī)格數(shù)據(jù)一致。6.1.4初始充放電能量要求固態(tài)鋰離子電池單體初始充放電能量應符合下列要求：初始充電能量不小于額定充電能量；初始放電能量不小于額定放電能量；能量效率不小于92%；試驗樣品的初始充電能量的極差平均值不大于初始充電能量平均值的6%；試驗樣品的初始放電能量的極差平均值不大于初始充電能量平均值的6%；6.2安全性能要求6.2.1過充電將固態(tài)鋰離子電池單體充電至電壓達到充電終止電壓的1.5倍或充電時間達到1h，不應冒煙、起火、爆炸。6.2.2過放電將固態(tài)鋰離子電池單體放電至時間達到90min或電壓達到0V，不應冒煙、起火、爆炸。6.2.3短路將固態(tài)鋰離子電池單體正、負極經(jīng)外部短路10min，不應冒煙、起火、爆炸。6.2.4擠壓將固態(tài)鋰離子電池單體擠壓至電壓達到0V或變形量達到50%或擠壓力達到（150±5）kN，不應冒煙、起火、爆炸。6.2.5低氣壓將固態(tài)鋰離子電池單體在低氣壓環(huán)境中靜置6h后再進行初始充放電能量試驗，低氣壓靜置后固態(tài)鋰離子電池單體不應冒煙、起火、爆炸，初始充電能量不小于額定充電能量，初始放電能量不小于額定放電能量，能量效率不小于92%。6.2.6高溫熱箱將固態(tài)鋰離子電池單體以5℃/min的速率由環(huán)境溫度升至（150±2）℃并保持30min，不應冒煙、起火、爆炸。6.2.7熱失控觸發(fā)固態(tài)鋰離子電池單體達到熱失控的判定條件，不應起火、爆炸6.2.8溫度循環(huán)將固態(tài)鋰離子電池單體進行10次溫度循環(huán)后，不應冒煙、起火、爆炸。6.2.9火焰燃燒在火焰上方150mm～200mm處燃燒固態(tài)鋰離子電池單體130s，不應爆炸。6.2.10跌落將固態(tài)鋰離子電池單體單體的正極或負極端子朝下從1.5m高度處自由跌落到水泥表面上1次，不應冒煙、起火、爆炸。6.2.11重物沖擊將9.1kg的鐵錘從（610±25）mm高度自由跌落在固態(tài)鋰離子電池單體中部橫放的鋼棒上，不應冒煙、起火、爆炸。試驗方法7.1試驗準備7.1.1初始化充電固態(tài)鋰離子電池單體的初始化充電應按照下列步驟進行：在（25±2）℃下擱置5h；以Prdn’恒功率放電至電池單體的放電終止電壓，靜置30min；c）以Prcn恒功率充電至電池單體的充電終止電壓，靜置30min。7.1.2初始化放電固態(tài)鋰離子電池單體的初始化放電應按照下列步驟進行：在（25±2）℃下擱置5h；以Prcn恒功率充電至電池單體的充電終止電壓，靜置30min；以Prdn’恒功率放電至電池單體的放電終止電壓，靜置30min。7.1.3試驗數(shù)據(jù)記錄試驗數(shù)據(jù)記錄應符合下列要求：a)試驗開始前，應參見附錄A表A.1固態(tài)鋰離子電池單體技術規(guī)格數(shù)據(jù)記錄表記錄試驗樣品信息；b)試驗過程中，除另有規(guī)定外，試驗裝置設定的數(shù)據(jù)采樣周期不應大于預估的每個試驗步驟的充電或放電時間的1%；c)試驗結束時，應記錄試驗的過程數(shù)據(jù)和結果數(shù)據(jù)。7.2試驗步驟7.2.1基本性能試驗7.2.1.1外觀檢驗固態(tài)鋰離子電池單體外觀檢驗按照下列步驟進行：a）在良好的光線條件下，用目測法檢驗固態(tài)鋰離子電池單體的外觀；b）記錄檢驗結果。7.2.1.2極性檢測固態(tài)鋰離子電池單體極性檢測按照下列步驟進行：a）用電壓表檢測固態(tài)鋰離子電池單體的極性；b）記錄檢測結果。7.2.1.3外形尺寸和質量測量固態(tài)鋰離子電池單體外形尺寸和質量測量按照下列步驟進行：a）用量具和衡器測量固態(tài)鋰離子電池單體單體的外形尺寸及質量；b）記錄測量結果。7.2.1.4初始充放電能量試驗在（25±2）℃下，固態(tài)鋰離子電池單體初始充放電能量試驗按照下列步驟進行：a）固態(tài)鋰離子電池單體初始化放電；b）固態(tài)鋰離子電池單體以Prcn恒功率充電至電池單體的充電終止電壓，靜置30min；c）固態(tài)鋰離子電池單體以Prdn’恒功率放電至電池單體的放電終止電壓，靜置30min；d）重復步驟b）～c）2次，以3次試驗的均值作為結果；e）參見附錄A表A.2記錄步驟b)、c)的初始充電能量、初始放電能量、充電時間、放電時間、所有測試樣本初始充電能量的極差、所有測試樣本初始放電能量的極差、初始充電容量、初始放電容量；計算質量能量密度、體積能量密度、能量效率、初始充電能量的極差平均值占所有測試樣本初始充電能量平均值的百分比、初始放電能量的極差平均值占所有測試樣本初始放電能量平均值的百分比。7.2.2安全性能試驗7.2.2.1過充電試驗固態(tài)鋰離子電池單體過充電試驗按照下列步驟進行：固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；b）固態(tài)鋰離子電池單體以恒流方式充電至電壓達到充電終止電壓的1.5倍或充電時間達到1h時停止充電，充電電流取1Crcn與產(chǎn)品的最大持續(xù)充電電流兩者中的較小值；c)觀察1h；記錄是否有膨脹、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。7.2.2.2過放電試驗固態(tài)鋰離子電池單體過放電試驗按照下列步驟進行：固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；b）固態(tài)鋰離子電池單體以恒流方式放電至時間達到90min或電壓達到0V時停止放電，放電電流取1Crdn’與產(chǎn)品的最大持續(xù)放電電流兩者中的較小值；c)觀察1h；d)記錄是否有膨脹、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。7.2.2.3短路試驗固態(tài)鋰離子電池單體短路試驗按照下列步驟進行：固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；將固態(tài)鋰離子電池單體正、負極經(jīng)外部短路10min，外部線路電阻應小于5mΩ；c）觀察1h；d）記錄是否有膨脹、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。7.2.2.4擠壓試驗固態(tài)鋰離子電池單體擠壓試驗按照下列步驟進行：固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；按下列條件試驗：擠壓方向：垂直于固態(tài)鋰離子電池單體極板方向施壓（參見圖1）；擠壓板形式：半徑為75mm的半圓柱體，半圓柱體的長度（L）大于被擠壓電池的尺寸；擠壓速度：(5±1)mm/s；擠壓程度：電壓達到0V或變形量達到50%或擠壓力達到（150±5）kN時停止擠壓；保持10min。c）觀察1h；d)記錄是否有膨脹、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。電池單體擠壓板和擠壓示意圖7.2.2.5低氣壓試驗固態(tài)鋰離子電池單體低氣壓試驗按照下列步驟進行：固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；b）將固態(tài)鋰離子電池單體放入低氣壓箱中，將氣壓調節(jié)至11.6kPa，溫度為（25±5）℃，靜置6h；c）觀察1h；d）記錄是否有膨脹、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象；對固態(tài)鋰離子電池單體進行初始充放電能量試驗，參見附錄A表A.2記錄初始充電能量、初始放電能量、充電時間、放電時間、初始充電容量、初始放電容量；計算能量效率。7.2.2.6高溫熱箱試驗固態(tài)鋰離子電池單體加熱試驗按照下列步驟進行：固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；將固態(tài)鋰離子電池單體放入加熱試驗箱，以5℃/min的速率由環(huán)境溫度升至（150±2）℃，并保持此溫度30min后停止加熱；c）觀察1h；d）記錄是否有膨脹、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。7.2.2.7熱失控試驗a)試驗步驟固態(tài)鋰離子電池單體熱失控試驗按照下列步驟進行：1)固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電后，再用1Crcn恒流繼續(xù)充電12min；2)啟動加熱裝置，并以其最大功率對測試對象持續(xù)加熱，加熱裝置加熱功率應符合表1的規(guī)定。加熱裝置的尺寸規(guī)格不應大于電池單體的被加熱面；安裝溫度監(jiān)測器，監(jiān)測點溫度傳感器布置在遠離熱傳導的一側，即安裝在加熱裝置的對側(參見圖2)，溫度數(shù)據(jù)的采樣間隔不應大于1s，準確度應為±2℃，溫度傳感器尖端的直徑應小于1mm；3）當發(fā)生熱失控或監(jiān)測點溫度達到300℃時，停止觸發(fā)，關閉加熱裝置；4）記錄試驗結果。b）熱失控判定方法1）監(jiān)測點溫度達到電池的保護溫度；2）至少有三個連續(xù)監(jiān)測點的溫升速率≥1℃/s；3）1）+2）發(fā)生時，判定固態(tài)鋰離子電池單體發(fā)生熱失控；4）加熱過程中及加熱結束1h內，如果發(fā)生起火、爆炸現(xiàn)象，試驗應終止并判定為發(fā)生熱失控。加熱裝置功率選擇測試對象能量EWh加熱裝置最大功率WE<10030～300100≤E<400300～1000400≤E<800300～2000E≥800>600硬殼及軟包電池圓柱形電池-I圓柱形電池-II加熱裝置加熱裝置(電阻絲)溫度監(jiān)測器連接熱失控試驗加熱示意圖7.2.2.8溫度循環(huán)固態(tài)鋰離子電池單體溫度循環(huán)試驗按照下列步驟進行：a）固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；b）放入溫箱中，溫度按照表2和圖3進行調節(jié)，循環(huán)10次；溫度循環(huán)試驗一個循環(huán)的溫度和時間溫度（℃）時間（min）累計時間（min）溫度變化率（℃/min）25000-40606013/12-40901500256021013/1285903002/385110410025704806/7溫度循環(huán)試驗示意圖c)觀察1h。d)記錄是否有膨脹、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。7.2.2.9火焰燃燒固態(tài)鋰離子電池單體火焰燃燒試驗按照下列步驟進行：a）固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；b）在烷氣火焰燈上方150mm～200mm處放置鋼絲網(wǎng)，并調節(jié)烷氣和空氣的流量，使鋼絲網(wǎng)發(fā)出明亮的紅色；c)關閉烷氣火焰燈，將試樣置于鋼絲網(wǎng)上。為防止固態(tài)鋰離子電池單體樣品在試驗過程中脫離鋼絲網(wǎng)，可用1～2mm根鐵絲將之固定，或將固態(tài)鋰離子電池單體樣品懸掛于烷氣火焰燈上方。然后在最短的時間內調節(jié)好烷氣火焰燈，使火焰灼燒電池單體樣品130s；d)觀察1h；e)記錄是否有爆炸現(xiàn)象。7.2.2.10跌落試驗固態(tài)鋰離子電池單體跌落試驗按照下列步驟進行：固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；將固態(tài)鋰離子電池單體的正極或負極端子朝下從1.5m高度處自由跌落到水泥表面上1次；觀察1h；記錄是否有膨脹、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。7.2.2.11重物沖擊固態(tài)鋰離子電池單體重物沖擊試驗按照下列步驟進行：固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；b）將試樣放置于水泥地面上，在固態(tài)鋰離子電池單體的中部橫放一根長度大于樣品尺寸、直徑為15.8mm的鋼棒，使9.1kg的鐵錘從（610±25）mm高度自由跌落在鋼棒上。圓柱形或矩形固態(tài)鋰離子電池單體在經(jīng)受重物撞擊時，其縱軸應平行于平板，并垂直于放在試樣上中部位置的鋼棒的縱軸。矩形固態(tài)鋰離子電池單體樣品還應繞其縱軸旋轉90°以保證其寬、窄兩面均經(jīng)受重物撞擊。c)觀察1h；d）記錄是否有膨脹、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。附錄A（資料性）記錄表格A.1固態(tài)鋰離子電池單體技術規(guī)格數(shù)據(jù)記錄參見表A.1。固態(tài)鋰離子電池單體技術規(guī)格數(shù)據(jù)記錄表項目符號單位數(shù)值額定充電小時率n額定放電小時率n’n小時率額定充電功率PrcnWn’小時率額定放電功率Prdn’Wn小時率額定充電能量ErcnWhn’小時率額定放電能量Erdn’Whn小時率額定充電容量CrcnAhn’小時率額定放電容量Crdn’Ah標稱電壓V充電終止電壓V放電終止電壓V充電告警電壓V放電告警電壓V充電保護電壓V放電保護電壓V告警溫度℃保護溫度℃最大持續(xù)充電電流A最大持續(xù)放電電