中電聯(lián)標準-儲能用鋰離子電池內短路測試方法

ICSXX.XXXFXXT/CECT/CECFORMTEXTXXXXX—FORMTEXT201FORMTEXT?????儲能用鋰離子電池內短路測試方法（征求意見稿）FORMTEXT201X-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布FORMTEXT201X-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實施FORMTEXT中國電力企業(yè)聯(lián)合會???發(fā)布鋰離子儲能電池內短路測試方法范圍本標準規(guī)定了鋰離子儲能電池內短路測試方法。本標準適用于軟包鋰離子儲能電池，包括但不限于磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、鈦酸鋰電池等多種類型。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是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。GB31241-2014便攜式電子產品用鋰離子電池和電池組安全要求GB/T31485-2015電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法IEC62133-2Secondarycellsandbatteriescontainingalkalineorothernon-acidelectrolytes–Safetyrequirementsforportablesealedsecondarycells,andforbatteriesmadefromthem,foruseinportableapplications–Part2:Lithiumsystems本標準所用方法為專利CN104078717A電池內短路的測試裝置及觸發(fā)方法、CN205539296U電池內短路測試裝置所述。術語和定義對本標準中用到的術語給予解釋。鋰離子電池lithiumioncell含有鋰離子的直接將化學能轉化為電能的基本單元裝置，包括電極、隔膜、電解質、外殼和端子，并作為電源使用的組合體。爆炸explosion電池外殼猛烈破碎，伴隨劇烈響聲，且有主要成分（固體物質）拋射出來。起火fire電池任何部位發(fā)生持續(xù)燃燒（持續(xù)時間長于1s），火花及拉弧不屬于燃燒。漏液leakage蓄電池內部液體泄漏到電池客體外部。觸發(fā)元件triggercomponent植入電池內部的可控觸發(fā)內短路的金屬元件。試驗條件環(huán)境條件試驗應在溫度為25±5℃，相對濕度為15%~90%，大氣壓力86~106kPa的環(huán)境中進行。本標準所提到的室溫，是指25±2℃。試驗設備該標準對電壓、電流、尺寸、質量等的測量設備無特殊要求，滿足4.2.1的準確度要求即可；對溫度的測量方法如4.2.2所述；對測試所需的防爆型溫箱要求如4.2.3所述。測量儀器、儀表準確度測量儀器、儀表準確度的要求如下：電壓測量裝置：不低于0.5級。電流測量裝置：不低于0.5級。時間測量裝置：±0.1%。尺寸測量裝置：±0.1%。質量測量裝置：±0.1%。測試過程中，控制值（實際值）和目標值之間的誤差要求如下：電壓：±1%。電流：±1%。溫度測量方法采用熱電偶法來測量電池的表面溫度。測試中，至少布置三個測試熱電偶，分別位于觸發(fā)元件上方、下方及對側表面幾何中心，其他位置根據實際情況布置熱電偶，選取溫度最高點作為試驗判定依據。如圖1所示為以某款軟包鋰離子電池為例的熱電偶布置圖。熱電偶參考布置圖注：測試中，為了保證測量數據的全面性，熱電偶所能測量的最高溫度應在500℃及以上，溫度數據記錄間隔應在1s及以內，測量準確度±0.5℃。防爆型溫箱該標準要求使用防爆型溫箱，溫度控制范圍涵蓋+20~+150℃，溫度偏差≤±2℃，正常升溫時間+20~+150℃小于45分鐘，內箱尺寸依據所測試鋰離子電池大小而定，對于大容量鋰離子電池，推薦大于1000*1000*850mm（長*寬*高）。溫箱需配備觀察窗，進行試驗現象的觀察。試驗步驟樣品準備樣品要求測試需要正極材料-負極材料內短路電池6節(jié)，鋁-負極材料內短路電池6節(jié)。具體內短路電池樣品準備見規(guī)范性附錄A，包括觸發(fā)元件的制作加工、內短路電池的再加工等。先對正極材料-負極材料內短路電池進行測試，若6節(jié)均未觸發(fā)內短路，則擴展到12節(jié)電池；后進行鋁-負極材料內短路電池的測試。預充電室溫下，將內短路電池單體先以1C（A）電流放至企業(yè)技術條件規(guī)定的放電終止電壓，擱置1h，然后按照企業(yè)提供的充電方法進行充電至滿電狀態(tài)。若企業(yè)未提供充電方法，則按照如下方法充電：以1C（A）電流恒流充電至企業(yè)技術條件中規(guī)定的充電終止電壓后轉恒壓充電，至充電電流下降至0.05C（A）時停止充電，充電后擱置1h。測量裝置布置在內短路電池單體上布置電壓測量裝置，要求見4.2.1節(jié)；布置溫度測量裝置，要求見4.2.2節(jié)。熱箱加熱預熱將空載溫箱設置為25℃，保持10分鐘后，將布置了測量裝置的內短路電池轉移至熱箱內，將電池垂直放置或水平放置（觸發(fā)元件側向上），準備加熱。加熱將溫箱設置為90℃加熱，內短路發(fā)生后停止加熱，直至電池表面溫度下降為環(huán)境溫度后結束測試。內短路的判定依據為電池電壓相較初始電壓下降超過100mV。若持續(xù)加熱45分鐘后仍未出現內短路現象，則停止加熱。將內短路電池取出過程避免對觸發(fā)元件進行擠壓，以免意外發(fā)生。記錄測試全過程的電壓與溫度變化，并觀察內短路發(fā)生后的試驗現象，是否有泄漏、起火、爆炸等，并記錄。注：全試驗過程需穿戴防護裝置，務必注意試驗安全。試驗結果處理根據試驗時記錄的電壓、溫度以及試驗現象進行內短路危險程度判定，如表1所示，將危險程度分為I、II、III三個等級，分別對應不危險、一般危險、比較危險。內短路危險程度判定危險程度電壓溫度現象I電壓未下降到0V溫度上升在50℃以內電池無泄漏、起火、爆炸II電壓可能下降到0V溫度上升在150℃以內電池脹氣，有泄漏，無起火、爆炸III電壓下降到0V溫度上升超過150℃電池泄漏、起火、爆炸

（規(guī)范性附錄）

內短路測試樣品準備A.1記憶合金觸發(fā)元件的設計與加工A.1.1記憶合金觸發(fā)元件的材料測試中使用的觸發(fā)元件使用鎳鈦記憶合金材料，具體材料成分、性能如表2所示：記憶合金材料成分（at%）Ni-50.85O+N≤0.045C-0.007H-0.0009Ti-其余相變溫度（℃）40±3屈服應力（MPa）≥470拉伸極限應力（MPa）≥1390延伸率≥12%A.1.2記憶合金觸發(fā)元件的設計記憶合金觸發(fā)元件設計如圖2所示為測試中使用的記憶合金觸發(fā)元件，厚度為0.2±0.03mm，其余尺寸如圖所示，公差在±5%以內。低溫時，觸發(fā)元件保持平面；高溫時，在兩側矩形的支撐下，尖端翹起，用于刺穿電池隔膜。試驗時，將觸發(fā)元件放置在電池卷芯內，對電池進行加熱，使觸發(fā)元件達到相變溫度，尖端將翹起刺穿隔膜，造成內短路。A.1.3記憶合金元件的加工線切割應用線切割技術對記憶合金薄板進行加工，具體形狀、尺寸要求見A1.2節(jié)。加熱定型使用鑷子、鉗子等工具將觸發(fā)元件的尖端翹起約120°并固定，使用400~450℃的熱風槍加熱約1分鐘，使尖端定型。將加熱定型后的觸發(fā)元件復原，并在100℃的熱風槍下檢查是否會順利變形，若尖端翹起角度不足需重新加工。注意區(qū)分標記尖端翹起側。酸洗清潔將加熱定型后的觸發(fā)元件，置于濃鹽酸中超聲波清洗器酸洗1分鐘。A.2電池再加工A.2.1觸發(fā)元件植入在電池卷芯生產制作的過程中，將觸發(fā)元件植入到卷芯內，具體步驟如下：得到卷繞后入殼前的干電芯，在環(huán)境溫度為20±5℃，露點溫度低于-25℃的干燥房或手套箱中拆解。將觸發(fā)元件按照如圖3、4所示放置在卷芯的中央，圖3所示為正極材-負極材料類型內短路電池，圖4所示為鋁-負極材料類型內短路電池，注意將觸發(fā)元件尖端翹起側朝向隔膜。正極材料-負極材料內短路電池鋁-負極材料內短路電池將卷芯再次纏繞，注意保持隔膜平整及緊繃，該步驟可參考IEC62133-2。A.2.2電池塑封、化成按照企業(yè)生產要求正常完成電池入殼、注液、化成過程。過程中注意試驗安全，避免在生產過程中觸發(fā)內短路造成危險。A.3常見問題及處理方法A.3.1觸發(fā)失敗觸發(fā)失敗可能有如下幾個常見原因：觸發(fā)元件加工不合格，尖端翹起角度不夠。卷芯預緊程度較低，隔膜存在褶皺等。處理方法：測試前檢車觸發(fā)元件是否合格。提高卷芯的預緊程度?？紤]增加外部夾具以提高觸發(fā)成功率。目錄TOC\o"1-5"\h\z\u前言 II1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14試驗條件 25試驗步驟 36試驗結果處理 3附錄A（規(guī)范性附錄）內短路測試樣品準備 5前??言本部分按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則編寫。本部分由全國電力儲能標準化技術委員會提出并歸口。本部分主要起草單位：本部分參與起草單位：本部分主要起草人：本部分為首次制定。本部分在執(zhí)行過程中的意見或建議反饋至中國電力企業(yè)聯(lián)合會標準化管理中心（北京市白廣路二條一號，100761）。目錄TOC\o"1-5"\h\z\u前言 II1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14試驗條件 25試驗步驟 36試驗結果處理 3