中电联标准-储能用锂离子电池内短路测试方法

ICSXX.XXXFXXT/CECT/CECFORMTEXTXXXXX—FORMTEXT201FORMTEXT     储能用锂离子电池内短路测试方法（征求意见稿）FORMTEXT201X-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXT201X-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施FORMTEXT中国电力企业联合会   发布锂离子储能电池内短路测试方法范围本标准规定了锂离子储能电池内短路测试方法。本标准适用于软包锂离子储能电池，包括但不限于磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池等多种类型。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB31241-2014便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求GB/T31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法IEC62133-2Secondarycellsandbatteriescontainingalkalineorothernon-acidelectrolytes–Safetyrequirementsforportablesealedsecondarycells,andforbatteriesmadefromthem,foruseinportableapplications–Part2:Lithiumsystems本标准所用方法为专利CN104078717A电池内短路的测试装置及触发方法、CN205539296U电池内短路测试装置所述。术语和定义对本标准中用到的术语给予解释。锂离子电池lithiumioncell含有锂离子的直接将化学能转化为电能的基本单元装置，包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子，并作为电源使用的组合体。爆炸explosion电池外壳猛烈破碎，伴随剧烈响声，且有主要成分（固体物质）抛射出来。起火fire电池任何部位发生持续燃烧（持续时间长于1s），火花及拉弧不属于燃烧。漏液leakage蓄电池内部液体泄漏到电池客体外部。触发元件triggercomponent植入电池内部的可控触发内短路的金属元件。试验条件环境条件试验应在温度为25±5℃，相对湿度为15%~90%，大气压力86~106kPa的环境中进行。本标准所提到的室温，是指25±2℃。试验设备该标准对电压、电流、尺寸、质量等的测量设备无特殊要求，满足4.2.1的准确度要求即可；对温度的测量方法如4.2.2所述；对测试所需的防爆型温箱要求如4.2.3所述。测量仪器、仪表准确度测量仪器、仪表准确度的要求如下：电压测量装置：不低于0.5级。电流测量装置：不低于0.5级。时间测量装置：±0.1%。尺寸测量装置：±0.1%。质量测量装置：±0.1%。测试过程中，控制值（实际值）和目标值之间的误差要求如下：电压：±1%。电流：±1%。温度测量方法采用热电偶法来测量电池的表面温度。测试中，至少布置三个测试热电偶，分别位于触发元件上方、下方及对侧表面几何中心，其他位置根据实际情况布置热电偶，选取温度最高点作为试验判定依据。如图1所示为以某款软包锂离子电池为例的热电偶布置图。热电偶参考布置图注：测试中，为了保证测量数据的全面性，热电偶所能测量的最高温度应在500℃及以上，温度数据记录间隔应在1s及以内，测量准确度±0.5℃。防爆型温箱该标准要求使用防爆型温箱，温度控制范围涵盖+20~+150℃，温度偏差≤±2℃，正常升温时间+20~+150℃小于45分钟，内箱尺寸依据所测试锂离子电池大小而定，对于大容量锂离子电池，推荐大于1000*1000*850mm（长*宽*高）。温箱需配备观察窗，进行试验现象的观察。试验步骤样品准备样品要求测试需要正极材料-负极材料内短路电池6节，铝-负极材料内短路电池6节。具体内短路电池样品准备见规范性附录A，包括触发元件的制作加工、内短路电池的再加工等。先对正极材料-负极材料内短路电池进行测试，若6节均未触发内短路，则扩展到12节电池；后进行铝-负极材料内短路电池的测试。预充电室温下，将内短路电池单体先以1C（A）电流放至企业技术条件规定的放电终止电压，搁置1h，然后按照企业提供的充电方法进行充电至满电状态。若企业未提供充电方法，则按照如下方法充电：以1C（A）电流恒流充电至企业技术条件中规定的充电终止电压后转恒压充电，至充电电流下降至0.05C（A）时停止充电，充电后搁置1h。测量装置布置在内短路电池单体上布置电压测量装置，要求见4.2.1节；布置温度测量装置，要求见4.2.2节。热箱加热预热将空载温箱设置为25℃，保持10分钟后，将布置了测量装置的内短路电池转移至热箱内，将电池垂直放置或水平放置（触发元件侧向上），准备加热。加热将温箱设置为90℃加热，内短路发生后停止加热，直至电池表面温度下降为环境温度后结束测试。内短路的判定依据为电池电压相较初始电压下降超过100mV。若持续加热45分钟后仍未出现内短路现象，则停止加热。将内短路电池取出过程避免对触发元件进行挤压，以免意外发生。记录测试全过程的电压与温度变化，并观察内短路发生后的试验现象，是否有泄漏、起火、爆炸等，并记录。注：全试验过程需穿戴防护装置，务必注意试验安全。试验结果处理根据试验时记录的电压、温度以及试验现象进行内短路危险程度判定，如表1所示，将危险程度分为I、II、III三个等级，分别对应不危险、一般危险、比较危险。内短路危险程度判定危险程度电压温度现象I电压未下降到0V温度上升在50℃以内电池无泄漏、起火、爆炸II电压可能下降到0V温度上升在150℃以内电池胀气，有泄漏，无起火、爆炸III电压下降到0V温度上升超过150℃电池泄漏、起火、爆炸

（规范性附录）

内短路测试样品准备A.1记忆合金触发元件的设计与加工A.1.1记忆合金触发元件的材料测试中使用的触发元件使用镍钛记忆合金材料，具体材料成分、性能如表2所示：记忆合金材料成分（at%）Ni-50.85O+N≤0.045C-0.007H-0.0009Ti-其余相变温度（℃）40±3屈服应力（MPa）≥470拉伸极限应力（MPa）≥1390延伸率≥12%A.1.2记忆合金触发元件的设计记忆合金触发元件设计如图2所示为测试中使用的记忆合金触发元件，厚度为0.2±0.03mm，其余尺寸如图所示，公差在±5%以内。低温时，触发元件保持平面；高温时，在两侧矩形的支撑下，尖端翘起，用于刺穿电池隔膜。试验时，将触发元件放置在电池卷芯内，对电池进行加热，使触发元件达到相变温度，尖端将翘起刺穿隔膜，造成内短路。A.1.3记忆合金元件的加工线切割应用线切割技术对记忆合金薄板进行加工，具体形状、尺寸要求见A1.2节。加热定型使用镊子、钳子等工具将触发元件的尖端翘起约120°并固定，使用400~450℃的热风枪加热约1分钟，使尖端定型。将加热定型后的触发元件复原，并在100℃的热风枪下检查是否会顺利变形，若尖端翘起角度不足需重新加工。注意区分标记尖端翘起侧。酸洗清洁将加热定型后的触发元件，置于浓盐酸中超声波清洗器酸洗1分钟。A.2电池再加工A.2.1触发元件植入在电池卷芯生产制作的过程中，将触发元件植入到卷芯内，具体步骤如下：得到卷绕后入壳前的干电芯，在环境温度为20±5℃，露点温度低于-25℃的干燥房或手套箱中拆解。将触发元件按照如图3、4所示放置在卷芯的中央，图3所示为正极材-负极材料类型内短路电池，图4所示为铝-负极材料类型内短路电池，注意将触发元件尖端翘起侧朝向隔膜。正极材料-负极材料内短路电池铝-负极材料内短路电池将卷芯再次缠绕，注意保持隔膜平整及紧绷，该步骤可参考IEC62133-2。A.2.2电池塑封、化成按照企业生产要求正常完成电池入壳、注液、化成过程。过程中注意试验安全，避免在生产过程中触发内短路造成危险。A.3常见问题及处理方法A.3.1触发失败触发失败可能有如下几个常见原因：触发元件加工不合格，尖端翘起角度不够。卷芯预紧程度较低，隔膜存在褶皱等。处理方法：测试前检车触发元件是否合格。提高卷芯的预紧程度。考虑增加外部夹具以提高触发成功率。目录TOC\o"1-5"\h\z\u前言 II1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14试验条件 25试验步骤 36试验结果处理 3附录A（规范性附录）内短路测试样品准备 5前  言本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则编写。本部分由全国电力储能标准化技术委员会提出并归口。本部分主要起草单位：本部分参与起草单位：本部分主要起草人：本部分为首次制定。本部分在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心（北京市白广路二条一号，100761）。目录TOC\o"1-5"\h\z\u前言 II1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14试验条件 25试验步骤 36试验结果处理 3