電力儲(chǔ)能用固態(tài)鋰離子電池安全要求及試驗(yàn)方法（征求意見稿）

T/CECXXXXX—2020T/CECXXXXX—2020T/CECCCICS?27.180 T/CECCCCCSF19中國電力標(biāo)準(zhǔn)T/CECFORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXT?????電力儲(chǔ)能用固態(tài)鋰離子電池單體安全要求及試驗(yàn)方法SafetyrequirementsandtestmethodsofsolidstatelithiumionbatteriesforpowerenergystorageFORMTEXT點(diǎn)擊此處添加與國際標(biāo)準(zhǔn)一致性程度的標(biāo)識(shí)（征求意見稿）FORMTEXT?????FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實(shí)施電力儲(chǔ)能用固態(tài)鋰離子電池單體安全要求及試驗(yàn)方法范圍本文件規(guī)定了電力儲(chǔ)能用固態(tài)鋰離子電池單體單體安全要求和試驗(yàn)方法。本文件適用于電力儲(chǔ)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(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(duì)應(yīng)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(chǔ)能用鋰離子電池GB38031電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池安全要求GJB2374A鋰電池安全要求術(shù)語和定義固態(tài)鋰離子電池solidstatelithiumionbattery電解質(zhì)形態(tài)為固態(tài)的鋰離子電池。符號(hào)下列符號(hào)適用于本文件：n：額定充電小時(shí)率，其數(shù)值等于額定充電能量/額定充電功率，并應(yīng)從下列數(shù)值中選取：8、4、2、1、0.5、0.25。n’：額定放電小時(shí)率，其數(shù)值等于電池的額定放電能量/額定放電功率，并應(yīng)從下列數(shù)值中選?。?、4、2、1、0.5、0.25。Cicn：n小時(shí)率初始充電容量，單位為A·h。Cidn’：n’小時(shí)率初始放電容量，單位為A·h。Crcn：n小時(shí)率額定充電容量，單位為A·h。Crdn’:：n’小時(shí)率額定放電容量，單位為A·h。Eicn：n小時(shí)率初始充電能量，單位為W··h。Eidn’：n’小時(shí)率初始放電能量，單位為W·h。Ercn：n小時(shí)率額定充電能量，單位為W··h。Erdn’：n’小時(shí)率額定放電能量，單位為W·h。Prcn：n小時(shí)率額定充電功率，單位為W。Prdn’：n’小時(shí)率額定放電功率，單位為W。Wgc：基于初始充電能量的質(zhì)量能量密度，單位為W·h/kg。Wgd：基于初始放電能量的質(zhì)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(yàn)應(yīng)在相對(duì)濕度≤90%、大氣壓力為86kPa～106kPa、溫度為（25±5）℃的環(huán)境中進(jìn)行；試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)具備完善的消防和應(yīng)急措施；試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)配備試驗(yàn)所需的工具、試驗(yàn)裝置、防護(hù)用品等；試驗(yàn)人員應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)，熟悉試驗(yàn)設(shè)備，具備相關(guān)知識(shí)和技能，試驗(yàn)前做好安全措施；試驗(yàn)裝置應(yīng)符合GB/T36276相關(guān)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(yīng)無變形及裂紋，表面應(yīng)干燥、平整無毛刺、無外傷、無污物，且標(biāo)識(shí)正確、清晰。6.1.2極性要求端子極性標(biāo)識(shí)應(yīng)正確、清晰。6.1.3外形尺寸及質(zhì)量要求外形尺寸、質(zhì)量應(yīng)與固態(tài)鋰離子電池單體單體技術(shù)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(yīng)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(yàn)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(yàn)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(dá)到充電終止電壓的1.5倍或充電時(shí)間達(dá)到1h，不應(yīng)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?xí)r間達(dá)到90min或電壓達(dá)到0V，不應(yīng)冒煙、起火、爆炸。6.2.3短路將固態(tài)鋰離子電池單體正、負(fù)極經(jīng)外部短路10min，不應(yīng)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(dá)到0V或變形量達(dá)到50%或擠壓力達(dá)到（150±5）kN，不應(yīng)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(jìn)行初始充放電能量試驗(yàn)，低氣壓靜置后固態(tài)鋰離子電池單體不應(yīng)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?zé)嵯鋵⒐虘B(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(yīng)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(dá)到熱失控的判定條件，不應(yīng)起火、爆炸6.2.8溫度循環(huán)將固態(tài)鋰離子電池單體進(jìn)行10次溫度循環(huán)后，不應(yīng)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(yīng)冒煙、起火、爆炸。試驗(yàn)方法7.1試驗(yàn)準(zhǔn)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(yīng)按照下列步驟進(jìn)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(yīng)按照下列步驟進(jìn)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(yàn)數(shù)據(jù)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄應(yīng)符合下列要求：a)試驗(yàn)開始前，應(yīng)參見附錄A表A.1固態(tài)鋰離子電池單體技術(shù)規(guī)格數(shù)據(jù)記錄表記錄試驗(yàn)樣品信息；b)試驗(yàn)過程中，除另有規(guī)定外，試驗(yàn)裝置設(shè)定的數(shù)據(jù)采樣周期不應(yīng)大于預(yù)估的每個(gè)試驗(yàn)步驟的充電或放電時(shí)間的1%；c)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)記錄試驗(yàn)的過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)。7.2試驗(yàn)步驟7.2.1基本性能試驗(yàn)7.2.1.1外觀檢驗(yàn)固態(tài)鋰離子電池單體外觀檢驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)行：a）在良好的光線條件下，用目測(cè)法檢驗(yàn)固態(tài)鋰離子電池單體的外觀；b）記錄檢驗(yàn)結(jié)果。7.2.1.2極性檢測(cè)固態(tài)鋰離子電池單體極性檢測(cè)按照下列步驟進(jìn)行：a）用電壓表檢測(cè)固態(tài)鋰離子電池單體的極性；b）記錄檢測(cè)結(jié)果。7.2.1.3外形尺寸和質(zhì)量測(cè)量固態(tài)鋰離子電池單體外形尺寸和質(zhì)量測(cè)量按照下列步驟進(jìn)行：a）用量具和衡器測(cè)量固態(tài)鋰離子電池單體單體的外形尺寸及質(zhì)量；b）記錄測(cè)量結(jié)果。7.2.1.4初始充放電能量試驗(yàn)在（25±2）℃下，固態(tài)鋰離子電池單體初始充放電能量試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)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(fù)步驟b）～c）2次，以3次試驗(yàn)的均值作為結(jié)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(shí)間、放電時(shí)間、所有測(cè)試樣本初始充電能量的極差、所有測(cè)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(jì)算質(zhì)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(cè)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(cè)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(yàn)7.2.2.1過充電試驗(yàn)固態(tài)鋰離子電池單體過充電試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)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(dá)到充電終止電壓的1.5倍或充電時(shí)間達(dá)到1h時(shí)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(yàn)固態(tài)鋰離子電池單體過放電試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)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?xí)r間達(dá)到90min或電壓達(dá)到0V時(shí)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(yàn)固態(tài)鋰離子電池單體短路試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)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(fù)極經(jīng)外部短路10min，外部線路電阻應(yīng)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(yàn)固態(tài)鋰離子電池單體擠壓試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)行：固態(tài)鋰離子電池單體初始化充電；按下列條件試驗(yàn)：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(zhǎng)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(dá)到0V或變形量達(dá)到50%或擠壓力達(dá)到（150±5）kN時(shí)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(yàn)固態(tài)鋰離子電池單體低氣壓試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)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(diào)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(duì)固態(tài)鋰離子電池單體進(jìn)行初始充放電能量試驗(yàn)，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(shí)間、放電時(shí)間、初始充電容量、初始放電容量；計(jì)算能量效率。7.2.2.6高溫?zé)嵯湓囼?yàn)固態(tài)鋰離子電池單體加熱試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)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(yàn)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(yàn)a)試驗(yàn)步驟固態(tài)鋰離子電池單體熱失控試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)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(dòng)加熱裝置，并以其最大功率對(duì)測(cè)試對(duì)象持續(xù)加熱，加熱裝置加熱功率應(yīng)符合表1的規(guī)定。加熱裝置的尺寸規(guī)格不應(yīng)大于電池單體的被加熱面；安裝溫度監(jiān)測(cè)器，監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度傳感器布置在遠(yuǎn)離熱傳導(dǎo)的一側(cè)，即安裝在加熱裝置的對(duì)側(cè)(參見圖2)，溫度數(shù)據(jù)的采樣間隔不應(yīng)大于1s，準(zhǔn)確度應(yīng)為±2℃，溫度傳感器尖端的直徑應(yīng)小于1mm；3）當(dāng)發(fā)生熱失控或監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度達(dá)到300℃時(shí)，停止觸發(fā)，關(guān)閉加熱裝置；4）記錄試驗(yàn)結(jié)果。b）熱失控判定方法1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度達(dá)到電池的保護(hù)溫度；2）至少有三個(gè)連續(xù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫升速率≥1℃/s；3）1）+2）發(fā)生時(shí)，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(jié)束1h內(nèi)，如果發(fā)生起火、爆炸現(xiàn)象，試驗(yàn)應(yīng)終止并判定為發(fā)生熱失控。加熱裝置功率選擇測(cè)試對(duì)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(cè)器連接熱失控試驗(yàn)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(yàn)按照下列步驟進(jìn)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(jìn)行調(diào)節(jié)，循環(huán)10次；溫度循環(huán)試驗(yàn)一個(gè)循環(huán)的溫度和時(shí)間溫度（℃）時(shí)間（min）累計(jì)時(shí)間（min）溫度變化率（℃/min）25000-40606013/12-40901500256021013/1285903002/385110410025704806/7溫度循環(huán)試驗(yàn)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(yàn)按照下列步驟進(jìn)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(diào)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(guān)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(yàn)過程中脫離鋼絲網(wǎng)，可用1～2mm根鐵絲將之固定，或?qū)⒐虘B(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(shí)間內(nèi)調(diào)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(yàn)固態(tài)鋰離子電池單體跌落試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)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(fù)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(yàn)按照下列步驟進(jìn)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(zhǎng)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(shí)，其縱軸應(yīng)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(yīng)繞其縱軸旋轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)規(guī)格數(shù)據(jù)記錄表項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值額定充電小時(shí)率n額定放電小時(shí)率n’n小時(shí)率額定充電功率PrcnWn’小時(shí)率額定放電功率Prdn’Wn小時(shí)率額定充電能量ErcnWhn’小時(shí)率額定放電能量Erdn’Whn小時(shí)率額定充電容量CrcnAhn’小時(shí)率額定放電容量Crdn’Ah標(biāo)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(hù)電壓V放電保護(hù)電壓V告警溫度℃保護(hù)溫度℃最