电力储能用固态锂离子电池安全要求及试验方法（征求意见稿）

T/CECXXXXX—2020T/CECXXXXX—2020T/CECCCICS 27.180 T/CECCCCCSF19中国电力标准T/CECFORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXT     电力储能用固态锂离子电池单体安全要求及试验方法SafetyrequirementsandtestmethodsofsolidstatelithiumionbatteriesforpowerenergystorageFORMTEXT点击此处添加与国际标准一致性程度的标识（征求意见稿）FORMTEXT     FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施电力储能用固态锂离子电池单体安全要求及试验方法范围本文件规定了电力储能用固态锂离子电池单体单体安全要求和试验方法。本文件适用于电力储能用固态锂离子电池单体单体。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T36276电力储能用锂离子电池GB38031电动汽车动力蓄电池安全要求GJB2374A锂电池安全要求术语和定义固态锂离子电池solidstatelithiumionbattery电解质形态为固态的锂离子电池。符号下列符号适用于本文件：n：额定充电小时率，其数值等于额定充电能量/额定充电功率，并应从下列数值中选取：8、4、2、1、0.5、0.25。n’：额定放电小时率，其数值等于电池的额定放电能量/额定放电功率，并应从下列数值中选取：8、4、2、1、0.5、0.25。Cicn：n小时率初始充电容量，单位为A·h。Cidn’：n’小时率初始放电容量，单位为A·h。Crcn：n小时率额定充电容量，单位为A·h。Crdn’:：n’小时率额定放电容量，单位为A·h。Eicn：n小时率初始充电能量，单位为W··h。Eidn’：n’小时率初始放电能量，单位为W·h。Ercn：n小时率额定充电能量，单位为W··h。Erdn’：n’小时率额定放电能量，单位为W·h。Prcn：n小时率额定充电功率，单位为W。Prdn’：n’小时率额定放电功率，单位为W。Wgc：基于初始充电能量的质量能量密度，单位为W·h/kg。Wgd：基于初始放电能量的质量能量密度，单位为W·h/kg。Wvc：基于初始充电能量的体积能量密度，单位为W·h/L。Wvd：基于初始放电能量的体积能量密度，单位为W·h/L。基本规定除另有规定外，试验应在相对湿度≤90%、大气压力为86kPa～106kPa、温度为（25±5）℃的环境中进行；试验场地应具备完善的消防和应急措施；试验场地应配备试验所需的工具、试验装置、防护用品等；试验人员应经过培训，熟悉试验设备，具备相关知识和技能，试验前做好安全措施；试验装置应符合GB/T36276相关条款要求。安全要求6.1基本性能要求6.1.1外观要求外观应无变形及裂纹，表面应干燥、平整无毛刺、无外伤、无污物，且标识正确、清晰。6.1.2极性要求端子极性标识应正确、清晰。6.1.3外形尺寸及质量要求外形尺寸、质量应与固态锂离子电池单体单体技术规格数据一致。6.1.4初始充放电能量要求固态锂离子电池单体初始充放电能量应符合下列要求：初始充电能量不小于额定充电能量；初始放电能量不小于额定放电能量；能量效率不小于92%；试验样品的初始充电能量的极差平均值不大于初始充电能量平均值的6%；试验样品的初始放电能量的极差平均值不大于初始充电能量平均值的6%；6.2安全性能要求6.2.1过充电将固态锂离子电池单体充电至电压达到充电终止电压的1.5倍或充电时间达到1h，不应冒烟、起火、爆炸。6.2.2过放电将固态锂离子电池单体放电至时间达到90min或电压达到0V，不应冒烟、起火、爆炸。6.2.3短路将固态锂离子电池单体正、负极经外部短路10min，不应冒烟、起火、爆炸。6.2.4挤压将固态锂离子电池单体挤压至电压达到0V或变形量达到50%或挤压力达到（150±5）kN，不应冒烟、起火、爆炸。6.2.5低气压将固态锂离子电池单体在低气压环境中静置6h后再进行初始充放电能量试验，低气压静置后固态锂离子电池单体不应冒烟、起火、爆炸，初始充电能量不小于额定充电能量，初始放电能量不小于额定放电能量，能量效率不小于92%。6.2.6高温热箱将固态锂离子电池单体以5℃/min的速率由环境温度升至（150±2）℃并保持30min，不应冒烟、起火、爆炸。6.2.7热失控触发固态锂离子电池单体达到热失控的判定条件，不应起火、爆炸6.2.8温度循环将固态锂离子电池单体进行10次温度循环后，不应冒烟、起火、爆炸。6.2.9火焰燃烧在火焰上方150mm～200mm处燃烧固态锂离子电池单体130s，不应爆炸。6.2.10跌落将固态锂离子电池单体单体的正极或负极端子朝下从1.5m高度处自由跌落到水泥表面上1次，不应冒烟、起火、爆炸。6.2.11重物冲击将9.1kg的铁锤从（610±25）mm高度自由跌落在固态锂离子电池单体中部横放的钢棒上，不应冒烟、起火、爆炸。试验方法7.1试验准备7.1.1初始化充电固态锂离子电池单体的初始化充电应按照下列步骤进行：在（25±2）℃下搁置5h；以Prdn’恒功率放电至电池单体的放电终止电压，静置30min；c）以Prcn恒功率充电至电池单体的充电终止电压，静置30min。7.1.2初始化放电固态锂离子电池单体的初始化放电应按照下列步骤进行：在（25±2）℃下搁置5h；以Prcn恒功率充电至电池单体的充电终止电压，静置30min；以Prdn’恒功率放电至电池单体的放电终止电压，静置30min。7.1.3试验数据记录试验数据记录应符合下列要求：a)试验开始前，应参见附录A表A.1固态锂离子电池单体技术规格数据记录表记录试验样品信息；b)试验过程中，除另有规定外，试验装置设定的数据采样周期不应大于预估的每个试验步骤的充电或放电时间的1%；c)试验结束时，应记录试验的过程数据和结果数据。7.2试验步骤7.2.1基本性能试验7.2.1.1外观检验固态锂离子电池单体外观检验按照下列步骤进行：a）在良好的光线条件下，用目测法检验固态锂离子电池单体的外观；b）记录检验结果。7.2.1.2极性检测固态锂离子电池单体极性检测按照下列步骤进行：a）用电压表检测固态锂离子电池单体的极性；b）记录检测结果。7.2.1.3外形尺寸和质量测量固态锂离子电池单体外形尺寸和质量测量按照下列步骤进行：a）用量具和衡器测量固态锂离子电池单体单体的外形尺寸及质量；b）记录测量结果。7.2.1.4初始充放电能量试验在（25±2）℃下，固态锂离子电池单体初始充放电能量试验按照下列步骤进行：a）固态锂离子电池单体初始化放电；b）固态锂离子电池单体以Prcn恒功率充电至电池单体的充电终止电压，静置30min；c）固态锂离子电池单体以Prdn’恒功率放电至电池单体的放电终止电压，静置30min；d）重复步骤b）～c）2次，以3次试验的均值作为结果；e）参见附录A表A.2记录步骤b)、c)的初始充电能量、初始放电能量、充电时间、放电时间、所有测试样本初始充电能量的极差、所有测试样本初始放电能量的极差、初始充电容量、初始放电容量；计算质量能量密度、体积能量密度、能量效率、初始充电能量的极差平均值占所有测试样本初始充电能量平均值的百分比、初始放电能量的极差平均值占所有测试样本初始放电能量平均值的百分比。7.2.2安全性能试验7.2.2.1过充电试验固态锂离子电池单体过充电试验按照下列步骤进行：固态锂离子电池单体初始化充电；b）固态锂离子电池单体以恒流方式充电至电压达到充电终止电压的1.5倍或充电时间达到1h时停止充电，充电电流取1Crcn与产品的最大持续充电电流两者中的较小值；c)观察1h；记录是否有膨胀、冒烟、起火、爆炸现象。7.2.2.2过放电试验固态锂离子电池单体过放电试验按照下列步骤进行：固态锂离子电池单体初始化充电；b）固态锂离子电池单体以恒流方式放电至时间达到90min或电压达到0V时停止放电，放电电流取1Crdn’与产品的最大持续放电电流两者中的较小值；c)观察1h；d)记录是否有膨胀、冒烟、起火、爆炸现象。7.2.2.3短路试验固态锂离子电池单体短路试验按照下列步骤进行：固态锂离子电池单体初始化充电；将固态锂离子电池单体正、负极经外部短路10min，外部线路电阻应小于5mΩ；c）观察1h；d）记录是否有膨胀、冒烟、起火、爆炸现象。7.2.2.4挤压试验固态锂离子电池单体挤压试验按照下列步骤进行：固态锂离子电池单体初始化充电；按下列条件试验：挤压方向：垂直于固态锂离子电池单体极板方向施压（参见图1）；挤压板形式：半径为75mm的半圆柱体，半圆柱体的长度（L）大于被挤压电池的尺寸；挤压速度：(5±1)mm/s；挤压程度：电压达到0V或变形量达到50%或挤压力达到（150±5）kN时停止挤压；保持10min。c）观察1h；d)记录是否有膨胀、冒烟、起火、爆炸现象。电池单体挤压板和挤压示意图7.2.2.5低气压试验固态锂离子电池单体低气压试验按照下列步骤进行：固态锂离子电池单体初始化充电；b）将固态锂离子电池单体放入低气压箱中，将气压调节至11.6kPa，温度为（25±5）℃，静置6h；c）观察1h；d）记录是否有膨胀、冒烟、起火、爆炸现象；对固态锂离子电池单体进行初始充放电能量试验，参见附录A表A.2记录初始充电能量、初始放电能量、充电时间、放电时间、初始充电容量、初始放电容量；计算能量效率。7.2.2.6高温热箱试验固态锂离子电池单体加热试验按照下列步骤进行：固态锂离子电池单体初始化充电；将固态锂离子电池单体放入加热试验箱，以5℃/min的速率由环境温度升至（150±2）℃，并保持此温度30min后停止加热；c）观察1h；d）记录是否有膨胀、冒烟、起火、爆炸现象。7.2.2.7热失控试验a)试验步骤固态锂离子电池单体热失控试验按照下列步骤进行：1)固态锂离子电池单体初始化充电后，再用1Crcn恒流继续充电12min；2)启动加热装置，并以其最大功率对测试对象持续加热，加热装置加热功率应符合表1的规定。加热装置的尺寸规格不应大于电池单体的被加热面；安装温度监测器，监测点温度传感器布置在远离热传导的一侧，即安装在加热装置的对侧(参见图2)，温度数据的采样间隔不应大于1s，准确度应为±2℃，温度传感器尖端的直径应小于1mm；3）当发生热失控或监测点温度达到300℃时，停止触发，关闭加热装置；4）记录试验结果。b）热失控判定方法1）监测点温度达到电池的保护温度；2）至少有三个连续监测点的温升速率≥1℃/s；3）1）+2）发生时，判定固态锂离子电池单体发生热失控；4）加热过程中及加热结束1h内，如果发生起火、爆炸现象，试验应终止并判定为发生热失控。加热装置功率选择测试对象能量EWh加热装置最大功率WE<10030～300100≤E<400300～1000400≤E<800300～2000E≥800>600硬壳及软包电池圆柱形电池-I圆柱形电池-II加热装置加热装置(电阻丝)温度监测器连接热失控试验加热示意图7.2.2.8温度循环固态锂离子电池单体温度循环试验按照下列步骤进行：a）固态锂离子电池单体初始化充电；b）放入温箱中，温度按照表2和图3进行调节，循环10次；温度循环试验一个循环的温度和时间温度（℃）时间（min）累计时间（min）温度变化率（℃/min）25000-40606013/12-40901500256021013/1285903002/385110410025704806/7温度循环试验示意图c)观察1h。d)记录是否有膨胀、冒烟、起火、爆炸现象。7.2.2.9火焰燃烧固态锂离子电池单体火焰燃烧试验按照下列步骤进行：a）固态锂离子电池单体初始化充电；b）在烷气火焰灯上方150mm～200mm处放置钢丝网，并调节烷气和空气的流量，使钢丝网发出明亮的红色；c)关闭烷气火焰灯，将试样置于钢丝网上。为防止固态锂离子电池单体样品在试验过程中脱离钢丝网，可用1～2mm根铁丝将之固定，或将固态锂离子电池单体样品悬挂于烷气火焰灯上方。然后在最短的时间内调节好烷气火焰灯，使火焰灼烧电池单体样品130s；d)观察1h；e)记录是否有爆炸现象。7.2.2.10跌落试验固态锂离子电池单体跌落试验按照下列步骤进行：固态锂离子电池单体初始化充电；将固态锂离子电池单体的正极或负极端子朝下从1.5m高度处自由跌落到水泥表面上1次；观察1h；记录是否有膨胀、冒烟、起火、爆炸现象。7.2.2.11重物冲击固态锂离子电池单体重物冲击试验按照下列步骤进行：固态锂离子电池单体初始化充电；b）将试样放置于水泥地面上，在固态锂离子电池单体的中部横放一根长度大于样品尺寸、直径为15.8mm的钢棒，使9.1kg的铁锤从（610±25）mm高度自由跌落在钢棒上。圆柱形或矩形固态锂离子电池单体在经受重物撞击时，其纵轴应平行于平板，并垂直于放在试样上中部位置的钢棒的纵轴。矩形固态锂离子电池单体样品还应绕其纵轴旋转90°以保证其宽、窄两面均经受重物撞击。c)观察1h；d）记录是否有膨胀、冒烟、起火、爆炸现象。附录A（资料性）记录表格A.1固态锂离子电池单体技术规格数据记录参见表A.1。固态锂离子电池单体技术规格数据记录表项目符号单位数值额定充电小时率n额定放电小时率n’n小时率额定充电功率PrcnWn’小时率额定放电功率Prdn’Wn小时率额定充电能量ErcnWhn’小时率额定放电能量Erdn’Whn小时率额定充电容量CrcnAhn’小时率额定放电容量Crdn’Ah标称电压V充电终止电压V放电终止电压V充电告警电压V放电告警电压V充电保护电压V放电保护电压V告警温度℃保护温度℃最