鋰離子電池常見的安全標準是什么?

鋰離子電池 (LIB) 是復雜的電化學和機械系統(tǒng)，是數(shù)十個國際安全標準的主題。在此常見問題解答中，我們將討論 LIB 安全的關鍵環(huán)境方面，回顧鋰離子電池常見的安全標準，并考慮使用定制電池測試室來保障測試人員的安全。

許多LIB的安全問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(xiàn)出更好的倍率能力，這是由于更快的電化學反應和快速的離子遷移電解質和電極。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，電池開始受到損壞，任何高于130°C的溫度都會導致電池的組成部分熔化并可能引發(fā)火災。

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

低溫會導致電池性能不佳并可能造成損壞，但通常不會造成安全隱患。然而，過度充電(過高的電壓)會導致陰極分解和電解液氧化，這是一個安全問題。過放電(電壓過低)會導致陽極上的固體電解質界面 (SEI) 分解，并可能導致銅箔氧化，進一步損壞電池。

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

鋰離子電池常見的五個安全標準是：

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)境的化學和電氣危害以及振動和沖擊等機械問題。

UN/DOT38.3(也稱為 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驗室是常見的，以減少發(fā)生事故時的訴訟風險。

鋰電池的幾個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。

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

IEC62619涵蓋了二次鋰電池和電池組的安全標準，規(guī)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力應用。

固定應用包括電信、不間斷電源 (UPS)、電能存儲系統(tǒng)、公用事業(yè)開關、應急電源和類似應用。動力應用包括叉車、高爾夫球車、自動引導車輛 (AGV)、鐵路和船舶——不包括公路車輛。

UL1642是鋰電池安全的UL標準，規(guī)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5.0克的電池將根據(jù)其是否符合要求(如適用)進行判斷，并進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)、用戶可更換的鋰電池，每個電化學電池中金屬鋰含量不超過4.0克(0.13 盎司)，金屬鋰含量不超過1.0 克(0.04 盎司)。超過4.0克的電池或超過1.0克鋰的電池需要進一步檢查和測試，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險，或因電池損壞或切開而導致接觸金屬鋰的風險。

UL2580x是UL電動汽車電池安全標準，由多項測試組成，包括：

大電流電池短路：在充滿電的樣品上運行。使用≤ 20mΩ 的總電路電阻將樣品短路。火花點火檢測樣品中存在可燃濃度的氣體，并且沒有爆炸或火災的跡象。此外，蒸汽不會通過指定的通風口或系統(tǒng)排放到外部。不會有外殼破裂或可觀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(guī)范進行充電和放電循環(huán)?？梢詫ψ咏M件而不是整個電能存儲組件 (EESA) 執(zhí)行短路測試。

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

電池單元擠壓(垂直)：在充滿電的樣品上運行。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，火花點火檢測樣品內是否存在可燃濃度的氣體，并且不會有爆炸或火災的跡象。不會釋放有毒氣體。

LIB測試室

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

已經(jīng)開發(fā)了專門設計的 LIB 測試和存儲室，以減輕對人員造成傷害的可能性。一個例子是一個步入式的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。

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(jù)需要放置更多傳感器和信號繼電器的位置。

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它們對電池供電系統(tǒng)的用戶構成潛在危害。LIB安全隱患包括放電過深、短路、高溫和機械濫用。鋰離子電池有幾十個國際安全標準和設計要求。本文介紹的鋰離子電池五個常見的安全標準，以及指定 LIB 測試室時的一些基本注意事項。