《电力储能用固态锂离子电池安全要求及试验方法》

ICS27.180

CCSF19

T/CECT/CECXCXXXX—2020

中国电力企业联合会标准

CT/CECXXXXX—XXXX

电力储能用固态锂离子电池单体安全要求及

试验方法

Safetyrequirementsandtestmethodsofsolidstatelithiumionbatteriesforpower

energystorage

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（征求意见稿）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国电力企业联合会发布

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T/CECXXXXX—2020

电力储能用固态锂离子电池单体安全要求及试验方法

1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。

2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

3术语和定义

3.1

固态锂离子电池solidstatelithiumionbattery

电解质形态为固态的锂离子电池。

4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。

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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。

5基本规定

5.1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；

5.2试验场地应具备完善的消防和应急措施；

5.3试验场地应配备试验所需的工具、试验装置、防护用品等；

5.4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；

5.5试验装置应符合GB/T36276相关条款要求。

6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：

a）初始充电能量不小于额定充电能量；

b）初始放电能量不小于额定放电能量；

c）能量效率不小于92%；

d）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%；

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e）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。

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7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：

a)在（25±2）℃下搁置5h；

b)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：

a）在（25±2）℃下搁置5h；

b）以Prcn恒功率充电至电池单体的充电终止电压，静置30min；

c）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

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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：

a)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；

a)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：

a)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：

a)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：

a)固态锂离子电池单体初始化充电；

b)按下列条件试验：

1)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）；

2)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；

3)挤压速度：(5±1)mm/s；

4)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；

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5)保持10min。

c）观察1h；

d)记录是否有膨胀、冒烟、起火、爆炸现象。

图1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：

a)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；

b)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：

a)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；

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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。

表1加热装置功率选择

测试对象能量E加热装置最大功率

WhW

E<10030～300

100≤E<400300～1000

400≤E<800300～2000

E≥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

图2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；

表2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

-40901500

256021013/12

85903002/3

851104100

25704806/7

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图3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：

a)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；

c)观察1h；

d)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：

a）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。

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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。

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PrcnW

n’小时率额定放电功率Prdn’W

n小时率额定充电能量ErcnWh

n’小时率额定放电能量Erdn’Wh

n小时率额定充电容量CrcnAh

n’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℃

最大持续充电电流A

最大持续放电电流A

注：n、n’应从下列数值中选取：8、4、2、1、0.5、0.25。

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A.2固态锂离子电池单体初始充放电能量试验数据记录参见表A.2。

表A.2固态锂离子电池单体初始充放电能量试验数据记录表

项目符号单位试验次数电池1#电池2#电池3#…电池8#

质量kg

质量平均值kg

体积L

体积平均值L

①

②

初始充电能量EicnW·h

③

均值

①

②

充电时间tch

③

均值

①

②

初始放电能量Eidn’W·h

③

均值

①

②

放电时间tdh

③

均值

能量效率=初始放电能量均值

%

/初始充电能量均值×100%

初始充电能量平均值W·h

初始放电能量平均值W·h

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表A.2固态锂离子电池单体初始充放电能量试验数据记录表（续）

项目符号单位试验次数电池1#电池2#电池3#…电池8#

①

初始充电能量极差W·h②

③

①

初始放电能量极差W·h