鋰離子電池 (LIB) 是復(fù)雜的電化學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)，是數(shù)十個(gè)國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)的主題。在此常見(jiàn)問(wèn)題解答中，我們將討論 LIB 安全的關(guān)鍵環(huán)境方面，回顧鋰離子電池常見(jiàn)的安全標(biāo)準(zhǔn)，并考慮使用定制電池測(cè)試室來(lái)保障測(cè)試人員的安全。

許多LIB的安全問(wèn)題是因?yàn)檫@些設(shè)備對(duì)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(nèi)運(yùn)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(xué)反應(yīng)和快速的離子遷移電解質(zhì)和電極。在這種情況下，副反應(yīng)變得嚴(yán)重，導(dǎo)致容量快速衰減。

在高于80°C的溫度下，電池開(kāi)始受到損壞，任何高于130°C的溫度都會(huì)導(dǎo)致電池的組成部分熔化并可能引發(fā)火災(zāi)。

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

低溫會(huì)導(dǎo)致電池性能不佳并可能造成損壞，但通常不會(huì)造成安全隱患。然而，過(guò)度充電(過(guò)高的電壓)會(huì)導(dǎo)致陰極分解和電解液氧化，這是一個(gè)安全問(wèn)題。過(guò)放電(電壓過(guò)低)會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極上的固體電解質(zhì)界面 (SEI) 分解，并可能導(dǎo)致銅箔氧化，進(jìn)一步損壞電池。

除了與電壓和溫度相關(guān)的操作和環(huán)境問(wèn)題外，機(jī)械損壞還可能導(dǎo)致LIB出現(xiàn)安全問(wèn)題。鑒于這些擔(dān)憂(yōu)，LIB的安全標(biāo)準(zhǔn)也同樣廣泛。

鋰離子電池常見(jiàn)的五個(gè)安全標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，是測(cè)試含有堿性或非酸性電解質(zhì)的二次電池和電池的安全要求。它用于測(cè)試便攜式電子產(chǎn)品和其他應(yīng)用中使用的LIB。IEC 62133 解決了可能威脅消費(fèi)者和環(huán)境的化學(xué)和電氣危害以及振動(dòng)和沖擊等機(jī)械問(wèn)題。

UN/DOT38.3(也稱(chēng)為 T1-T8 測(cè)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(yùn)輸安全測(cè)試。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)包括八項(xiàng)測(cè)試 (T1 – T8)，均側(cè)重于特定的運(yùn)輸危險(xiǎn)。UN/DOT 38.3 是一個(gè)自我認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，不需要獨(dú)立的第三方測(cè)試，但使用第三方測(cè)試實(shí)驗(yàn)室是常見(jiàn)的，以減少發(fā)生事故時(shí)的訴訟風(fēng)險(xiǎn)。

鋰電池的幾個(gè)公用包裝及安全運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)(表1)，如：

(1)UN3090鋰金屬電池，作為組件運(yùn)輸

(2)UN3480，LIB，作為組件運(yùn)輸

(3)UN3091，在設(shè)備中運(yùn)輸或與設(shè)備一起包裝的鋰金屬電池

(4)UN3481，LIB在設(shè)備中運(yùn)輸或與設(shè)備一起包裝。

表1：許多類(lèi)型的鋰電池被認(rèn)為是危險(xiǎn)材料，在運(yùn)輸時(shí)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(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了LIB 在電子和其他工業(yè)應(yīng)用中的安全應(yīng)用要求。IEC62619標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試要求適用于靜止和動(dòng)力應(yīng)用。

固定應(yīng)用包括電信、不間斷電源 (UPS)、電能存儲(chǔ)系統(tǒng)、公用事業(yè)開(kāi)關(guān)、應(yīng)急電源和類(lèi)似應(yīng)用。動(dòng)力應(yīng)用包括叉車(chē)、高爾夫球車(chē)、自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛 (AGV)、鐵路和船舶——不包括公路車(chē)輛。

UL1642是鋰電池安全的UL標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)要求。

UL1642涵蓋：

(1)、技術(shù)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(guò)5.0克的電池將根據(jù)其是否符合要求(如適用)進(jìn)行判斷，并進(jìn)行額外的測(cè)試和檢查，以確定電池是否可用于其預(yù)期用途。

(2)、用戶(hù)可更換的鋰電池，每個(gè)電化學(xué)電池中金屬鋰含量不超過(guò)4.0克(0.13 盎司)，金屬鋰含量不超過(guò)1.0 克(0.04 盎司)。超過(guò)4.0克的電池或超過(guò)1.0克鋰的電池需要進(jìn)一步檢查和測(cè)試，以確定電池或電池是否可以用于其預(yù)期用途。

UL1642不涵蓋因攝入鋰電池而導(dǎo)致的毒性風(fēng)險(xiǎn)，或因電池?fù)p壞或切開(kāi)而導(dǎo)致接觸金屬鋰的風(fēng)險(xiǎn)。

UL2580x是UL電動(dòng)汽車(chē)電池安全標(biāo)準(zhǔn)，由多項(xiàng)測(cè)試組成，包括：

大電流電池短路：在充滿(mǎn)電的樣品上運(yùn)行。使用≤ 20mΩ 的總電路電阻將樣品短路?；鸹c(diǎn)火檢測(cè)樣品中存在可燃濃度的氣體，并且沒(méi)有爆炸或火災(zāi)的跡象。此外，蒸汽不會(huì)通過(guò)指定的通風(fēng)口或系統(tǒng)排放到外部。不會(huì)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(cè)試后仍可運(yùn)行，則它將按照制造商的規(guī)范進(jìn)行充電和放電循環(huán)?？梢詫?duì)子組件而不是整個(gè)電能存儲(chǔ)組件 (EESA) 執(zhí)行短路測(cè)試。

電池?cái)D壓：在充滿(mǎn)電的樣品上運(yùn)行并模擬車(chē)輛碰撞對(duì) EESA 完整性的影響。與短路測(cè)試一樣，火花點(diǎn)火檢測(cè)樣品內(nèi)是否存在可燃濃度的氣體，并且不會(huì)有爆炸或火災(zāi)的跡象。不會(huì)釋放有毒氣體。

電池單元擠壓(垂直)：在充滿(mǎn)電的樣品上運(yùn)行。擠壓試驗(yàn)中施加的力必須限制在電池重量的 1000 倍。與壓碎測(cè)試一樣，火花點(diǎn)火檢測(cè)樣品內(nèi)是否存在可燃濃度的氣體，并且不會(huì)有爆炸或火災(zāi)的跡象。不會(huì)釋放有毒氣體。

LIB測(cè)試室

安全測(cè)試 LIB 本質(zhì)上是一種危險(xiǎn)活動(dòng)。由于深度放電、短路、高溫和不同類(lèi)型的機(jī)械濫用，很可能會(huì)發(fā)生脫氣、火災(zāi)或爆炸。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的 LIB 測(cè)試和存儲(chǔ)室，以減輕對(duì)人員造成傷害的可能性。一個(gè)例子是一個(gè)步入式的90分鐘防火室，具有內(nèi)部和外部防火保護(hù)，可用作測(cè)試室或存儲(chǔ) LIB(圖 2)。

旨在保護(hù)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(shí)平衡內(nèi)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(fēng)。

c、注入惰性氣體以幫助控制危險(xiǎn)反應(yīng)或火災(zāi)的能力。

d、火災(zāi)傳感器，用于警告發(fā)展中的火災(zāi)和集成滅火裝置。

e、額外的氣體傳感器用于識(shí)別除氣，并根據(jù)需要放置更多傳感器和信號(hào)繼電器的位置。

圖2：用于處理 LIB 的步入式測(cè)試和儲(chǔ)藏室。

總之，鋰離子電池中的鋰金屬含量意味著它們對(duì)電池供電系統(tǒng)的用戶(hù)構(gòu)成潛在危害。LIB安全隱患包括放電過(guò)深、短路、高溫和機(jī)械濫用。鋰離子電池有幾十個(gè)國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。本文介紹的鋰離子電池五個(gè)常見(jiàn)的安全標(biāo)準(zhǔn)，以及指定 LIB 測(cè)試室時(shí)的一些基本注意事項(xiàng)。