DB21∕T 3102.2-2019 锂硫电池及电池组 第2部分：安全性能要求和试验方法(辽宁省).pdf

ICS 29.220.99 K 82 DB21 辽宁省地方标准 DB21/T 3102.22019 锂硫电池及电池组 第 2 部分：安全性能要求和试验方法 Lithium-sulfur cells and batteriesPart 2. Safety requirements and test methods 2019 - 01 - 30 发布 2019 - 03 - 01 实施 辽宁省市场监督管理局 发 布 DB21/T 3102.22019 I 前 言 锂硫电池及电池组分为两个部分： 第 1 部分：电性能要求和试验方法； 第 2 部分：安全性能要求和试验方法。 本部分为第 2 部分。 本标准依据GB/T 1.1-2009的规则起草。 本标准由大连市质量技术监督局提出。 本标准由中国科学院沈阳分院归口。 本标准起草单位：中国科学院大连化学物理研究所。 本标准主要起草人：陈剑、郭德才、王崇、徐磊、陈浩。 DB21/T 3102.22019 1 锂硫电池及电池组 第 2 部分：安全性能要求和试验方法 1 范围 本标准规定了锂硫电池及电池组的安全性能技术要求、试验方法、检测规则。 本标准适用于单体锂硫电池及电池组。 2 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。 GB/T 31485 电动汽车用动力蓄电池安全性能要求及试验方法 3 术语与定义 GB/T 2900.41 界定的以及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 锂硫电池单体 lithium sulfur cell 直接将单质硫与金属锂之间的电化学反应产生的化学能转化为电能的基本单元， 包括硫正极、 锂负极、隔膜、电解质、外壳和端子，并被设计成可放电的结构单元。 3.2 锂硫电池组 lithium sulfur battery 将一个以上锂硫电池单体按照串联、并联或串并联方式组合，且只有一对正负极输出端子，并作为电源使用的组合体。 3.3 限制电压 limited charge voltage 本要素仅适用于锂硫二次电池。对于单体电池：在充电时，规定电池充电终止时的电压，为2.6 V/单体；对于电池组：在充电时，规定电池组充电终止时的电压，为其中任意单体的电压达到2.4V。 3.4 终止电压 cut-off discharge voltage 电池放电时，规定电池放电终止时的电压，为1.8V/单体。 3.5 DB21/T 3102.22019 2 漏液 leakage 电池内部液体泄漏到电池壳体外部。 3.6 破裂 fracture 由于内部或外部因素引起电池外壳的机械损伤，导致内部物质暴露或溢出，但没有喷出。 3.7 着火 fire 发生持续燃烧，持续时间长于1s，火花及拉弧不属于燃烧。 3.8 爆炸 explosion 电池的外壳猛烈破裂，伴随剧烈响声，且有主要成分（固态物质）抛射出来。 3.9 壳体 case 将电池内部部件封装并为其提供防止与外部直接接触的保护部件。 4 符号 下列符号适用于本标准。 I20：20小时率放电电流，其数值等于I20（A）； I：1小时率放电电流，其数值等于I（A）。 5 技术要求 5.1 锂硫电池单体 5.1.1 过充电 本要素仅适用于锂硫二次电池，电池按照6.2.2进行过充电试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.1.2 过放电 电池按照6.2.3进行过放电试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.1.3 外部短路 电池按照6.2.4进行短路试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.1.4 针刺 电池按照6.2.5进行针刺试验时，应不起火、不爆炸。 DB21/T 3102.22019 3 5.1.5 挤压 电池按照6.2.6进行挤压试验时，应不起火、不爆炸。 5.1.6 跌落 电池按照6.2.7进行跌落试验时，应不起火、不爆炸。 5.1.7 高温搁置 电池按照6.2.8进行高温搁置试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.1.8 海水浸泡 电池按照6.2.9进行海水浸泡试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.1.9 温度循环 电池按照6.2.10进行温度循环试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.1.10 低气压 电池按照6.2.11进行低气压试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.2 锂硫电池组 5.2.1 过充电 本要素仅适用于锂硫二次电池组，电池组按照6.3.2进行过充电试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.2.2 过放电 电池组按照6.3.3进行过放电试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.2.3 外部短路 电池组按照6.3.4进行短路试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.2.4 针刺 电池组按照6.3.5进行针刺试验时，应不起火、不爆炸。 5.2.5 挤压 电池组按照6.3.6进行挤压试验时，应不起火、不爆炸。 5.2.6 跌落 电池组按照6.3.7进行跌落试验时，应不起火、不爆炸。 5.2.7 高温搁置 电池组按照6.3.8进行高温搁置试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.2.8 海水浸泡 DB21/T 3102.22019 4 电池组按照6.3.9进行海水浸泡试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.2.9 温度循环 电池组按照6.3.10进行温度循环试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 5.2.10 低气压 电池组按照6.3.11进行低气压试验时，应不起火、不爆炸、不漏液。 6 试验方法 6.1 试验条件 6.1.1 环境条件 除另有规定外，本标准中各项试验应在以下大气条件下进行： a) 温度：（252） b) 相对湿度：不大于 75%； c) 大气压力：86kPa106kPa 注：本标准中提到的室温，是指（252） 6.1.2 测量仪器、仪表精确度 测量仪器、仪表准确度应满足以下要求： 电压表：精确度应不低于 0.5 级，内阻应不小于 10k/V； 电流表：精确度应不低于 0.5 级； 温度测试仪器：0.5； 时间测试仪器：0.1%h； 尺寸测试仪器：0.1%m； 质量测试仪器：0.1%kg。 6.1.3 单体电池充电 本要素仅适用于锂硫二次电池，在环境温度(252)条件下，对电池以I20（A）恒流放电至放电终止电压，搁置20min，然后以I20（A）恒流充电，至电池的限制电压，然后搁置1h。 6.1.4 电池组充电 本要素仅适用于锂硫二次电池组，在环境温度(252)条件下，对电池组以I20（A）恒流放电至任一单体电池电压达到放电终止电压，搁置20min，然后以I20（A）恒流充电，至任一单体电池的电压达到限制电压，然后搁置1h。 6.2 单体电池试验方法 6.2.1 一般要求 所有安全试验均在有充分安全保护的环境条件下进行。如果测试对象有附加主动保护线路或装置，应除去。 6.2.2 过充电 DB21/T 3102.22019 5 按照如下步骤进行： a) 单体电池按照 6.1.3 方法充电； b) 以I20（A）电流恒流充电至限制电压的 1.5 倍； c) 停止充电，并观察 1h。 6.2.3 过放电 6.2.3.1 锂硫一次电池按照如下步骤进行： a） 电池以I20（A）电流放电到电压为 0V 或放电时间达到 30h； b) 停止放电，并观察 1h。 6.2.3.2 锂硫二次电池按照如下步骤进行： a) 单体电池按照 6.1.3 方法充电； b) 电池以I20（A）电流放电到电压为 0V 或放电时间达到 30h； c) 停止放电，并观察 1h。 6.2.4 外部短路 6.2.4.1 锂硫一次电池按照如下步骤进行： a） 室温环境下（252），将电池正负极经外部短路 10min，外部线路电阻应小于 5m； b) 停止外短路操作，并观察 1h。 6.2.4.2 锂硫二次电池按照如下步骤进行： a) 单体电池按照 6.1.3 方法充电； b) 室温环境下（252），将电池正负极经外部短路 10min，外部线路电阻应小于 5m； c) 停止外短路操作，并观察 1h。 6.2.5 针刺 6.2.5.1 锂硫一次电池按照如下步骤进行： a） 用5mm8mm 的耐高温钢针（针尖的圆锥角度为 45 60 ，针的表面光滑、无锈蚀、氧化层及油污），以（251）mm/s 的速度，从垂直于电池板的方向贯穿，贯穿位置宜靠近所针刺的电池的几何中心，钢针停留在电池中； b) 观察 1h。 6.2.5.2 锂硫二次电池按照如下步骤进行： a) 单体电池按照 6.1.3 方法充电； b) 用5mm8mm 的耐高温钢针（针尖的圆锥角度为 45 60 ，针的表面光滑、无锈蚀、氧化层及油污），以（251）mm/s 的速度，从垂直于电池板的方向贯穿，贯穿位置宜靠近所针刺的电池的几何中心，钢针停留在电池中； c) 观察 1h。 6.2.6 挤压 6.2.6.1 锂硫一次电池按照如下步骤进行： a) 按照下列条件进行试验： 1) 挤压方向：垂直于电池板方向（图 1 所示）； 2) 挤压板形式：半径 75mm 的半圆柱，半圆柱的长度大于被挤压电池的尺寸； 3) 挤压速度：（51）mm/s； 4) 挤压程度：电压达到 0V 或变形量达到 30%或挤压力达到 200kN 后停止挤压。 DB21/T 3102.22019 6 b) 观察1h。 6.2.6.2 锂硫二次电池按照如下步骤进行： a）单体电池按照 6.1.3 方法充电； b）按照下列条件进行试验： 1) 挤压方向：垂直于电池板方向（图 1 所示）； 2) 挤压板形式：半径 75mm 的半圆柱，半圆柱的长度大于被挤压电池的尺寸； 3) 挤压速度：（51）mm/s； 4) 挤压程度：电压达到 0V 或变形量达到 30%或挤压力达到 200kN 后停止挤压。 c）观察 1h。 图1 电池挤压板和挤压示意图 6.2.7 跌落 6.2.7.1 锂硫一次电池按照如下步骤进行： a） 单体电池正负极端子向下从 1.5m 高度处自由跌落到水泥地面上； b） 观察 1h。 6.2.7.2 锂硫二次电池按照如下步骤进行： a) 单体电池按照 6.1.3 方法充电； b) 单体电池正负极端子向下从 1.5m 高度处自由跌落到水泥地面上； c) 观察 1h。 6.2.8 高温搁置 6.2.8.1 锂硫一次电池按照如下步骤进行： a） 将电池置于（652）恒温箱中，并保持 1h，停止加热； b） 电池置于恒温箱中，观察 1h。 6.2.8.2 锂硫二次电池按照如下步骤进行： a) 单体电池按照 6.1.3 方法充电； b) 将电池置于（652）恒温箱中，并保持 1h，停止加热； c) 电池置于恒温箱中，观察 1h。 6.2.9 海水浸泡 6.2.9.1 锂硫一次电池按照如下步骤进行： a） 将电池浸入 3.5%NaCl 溶液（质量分数，模拟常温下的海水成分）中 2h； b） 水深应完全没过电池。 6.2.9.2 锂硫二次电池按照如下步骤进行： a) 单体电池按照 6.1.3 方法充电； DB21/T 3102.22019 7 b) 将电池浸入 3.5%NaCl 溶液（质量分数，模拟常温下的海水成分）中 2h； c） 水深应完全没过电池。 6.2.10 温度循环 6.2.10.1 锂硫一次电池按照如下步骤进行： a） 将电池放入恒温箱中，恒温箱温度按照表 1 进行调节，循环 5 次； b） 观察 1h。 6.2.10.2 锂硫二次电池按照如下步骤进行： a) 单体电池按照 6.1.3 方法充电； b) 将电池放入恒温箱中，恒温箱温度按照表 1 进行调节，循环 5 次； c）观察 1h。 表1 温度循环试验一个循环的温度和时间设置 温度 时间增量/min 累计时间/min 温度变化率/min-1 25 0 0 0 -40 60 60 13/12 -40 90 150 0 25 60 210 13/12 65 90 300 2/3 65 110 410 0 25 70 480 6/7 6.2.11 低气压 6.2.11.1 锂硫一次电池按照如下步骤进行： 将电池放入低气压箱，调节试验箱中气压为11.6kPa，温度为（252） ， 静置6h后观察电池状态。 6.2.11.2 锂硫二次电池按照如下步骤进行： a) 单体电池按照 6.1.3 方法充电； b） 将电池放入低气压箱，调节试验箱中气压为 11.6kPa，温度（252），静置 6h 后观察电池状态。 6.3 电池组试验方法 6.3.1 一般要求 测试用锂硫电池组样品应满足如下条件： a) 总电压不低于单体电池电压的 5 倍； b) 总额定容量不低于 10Ah。 6.3.2 过充电 本要素仅适用于锂硫二次电池组，过充电试验按照如下步骤进行： a） 电池组按照 6.1.4 方法充电； b） 以I20（A）电流恒流充电至任一单体电池电压达到限制电压的 1.5 倍； c） 停止充电，观察 1h。 DB21/T 3102.22019 8 6.3.3 过放电 6.3.3.1 锂硫一次电池组按照如下步骤进行： a） 电池组以I20（A）电流放电到 0V 或放电时间达到 30h； b） 停止放电，并观察 1h。 6.3.3.2 锂硫二次电池组按照如下步骤进行： a） 电池组按照 6.1.4 方法充电； b） 电池组以I20（A）电流放电到 0V 或放电时间达到 30h； c） 停止放电，并观察 1h。 6.3.4 外部短路 6.3.4.1 锂硫一次电池组按照如下步骤进行： a） 室温环境下，将电池正负极经外部短路 10min，外部线路电阻应小于 5m； b） 停止外短路操作，并观察 1h。 6.3.4.2 锂硫二次电池组按照如下步骤进行： a） 电池组按照 6.1.4 方法充电； b） 室温环境下，将电池正负极经外部短路 10min，外部线路电阻应小于 5m； c） 停止外短路操作，并观察 1h。 6.3.5 针刺 6.3.5.1 锂硫一次电池组按照如下步骤进行： a） 用6mm10mm 的耐高温钢针（针尖的圆锥角度为 45 60 ，针的表面光滑、无锈蚀、氧化层及油污），以（25 1）mm/s 的速度，从垂直于电池板的方向依次贯穿至少 3 个单体电池，钢针停留在电池中（如图 2）； b） 观察 1h。 6.3.5.2 锂硫二次电池组按照如下步骤进行： a） 电池组按照 6.1.4 方法充电； b） 用6mm10mm 的耐高温钢针（针尖的圆锥角度为 45 60 ，针的表面光滑、无锈蚀、氧化层及油污），以（251）mm/s 的速度，从垂直于电池板的方向依次贯穿至少 3 个单体电池，钢针停留在电池中（如图 2）； c） 观察 1h。 图2 电池组针刺示意图 6.3.6 挤压 6.3.6.1 锂硫一次电池组按照如下步骤进行： a) 按照下列条件进行试验： DB21/T 3102.22019 9 1) 挤压方向：垂直于电池板方向（如图 3）； 2) 挤压板形式：半径 75mm 的半圆柱，半圆柱的长度大于被挤压电池的尺寸； 3) 挤压速度：（51）mm/s； 4) 挤压程度：电池组变形量达到 30%或挤压力达到电池组重量的 1000 倍和表 2 所列数值中较大值； 5) 保持 10min。 b） 停止挤压操作，并观察 1h。 6.3.6.2 锂硫二次电池组按照如下步骤进行： a) 电池组按照 6.1.4 方法充电； b) 按照下列条件进行试验： 1) 挤压方向：垂直于电池板方向（如图 3）； 2) 挤压板形式：半径 75mm 的半圆柱，半圆柱的长度大于被挤压电池的尺寸； 3) 挤压速度：（51）mm/s； 4) 挤压程度：电池组变形量达到 30%或挤压力达到电池组重量的 1000 倍和表 2 所列数值中较大值； 5) 保持 10min。 c) 停止挤压操作，并观察 1h。 图3 电池组挤压板和挤压示意图 表2 挤压力选取表 挤压面接触单体数/n 挤压力/kN 1 200 2-5 100*n 5 500 6.3.7 跌落 6.3.7.1 锂硫一次电池组按照如下步骤进行： a） 将电池组正负极端子向下从 1.2m 高度处自由跌落到水泥地面上； b) 观察 1h。 6.3.7.2 锂硫二次电池组按照如下步骤进行： a) 电池组按照 6.1.4 方法充电； b) 将电池组正负极端子向下从 1.2m 高度处自由跌落到水泥地面上； c) 观察 1h。 6.3.8 高温搁置 DB21/T 3102.22019 10 6.3.8.1 锂硫一次电池组按照如下步骤进行： a） 将电池组置于（652）恒温箱中，并保持 1h，停止加热； b） 将电池组置于恒温箱中，并观察 1h。 6.3.8.2 锂硫二次电池组按照如下步骤进行： a) 电池组按照 6.1.4 方法充电； b） 将电池组置于（652）恒温箱中，并保持 1h，停止加热； c） 将电池组置于恒温箱中，并观察 1h。 6.3.9 海水浸泡 6.3.9.1 锂硫一次电池组按照如下步骤进行： a） 将电池组浸入 3.5%NaCl 溶液（质量分数，模拟常温下的海水成分）中 2h； b) 水深应完全没过电池组。 6.3.9.2 锂硫二次电池组按照如下步骤进行： a） 电池组按照 6.1.4 方法充电； b） 将电池组浸入 3.5%NaCl 溶液（质量分数，模拟常温下的海水成分）中 2h； c） 水深应完全没过电池组。 6.3.10 温度循环 6.3.10.1 锂硫一次电池组按照如下步骤进行： a） 将电池组放入恒温箱中，恒温箱温度按照表 1 进行调节，循环 5 次后； b） 停止温度循环，并将电池组仍然放置在恒温箱中，观察 1h。 6.3.10.2 锂硫二次电池组按照如下步骤进行： a） 电池组按照 6.1.4 方法充电； b） 将电池组放入恒温箱中，恒温箱温度按照表 1 进行调节，循环 5 次后； c） 停止温度循环，并将电池组仍然放置在恒温箱中，观察 1h。 6.3.11 低气压 6.3.11.1 锂硫一次电池组按照如下步骤进行： 将电池组放入低气压箱，调节试验箱气压为 11.6kPa，温度为（252），静置 6h 后观察电池组状态。 6.3.11.2 锂硫二次电池组按照如下步骤进行： a) 电池组按照 6.1.4 方法充电； b) 将电池组放入低气压箱，调节试验箱气压为 11.6kPa，温度为（252），静置 6h 后观察电池组状态。 6.4 试验程序 6.4.1 按照本程序进行的试验应连续进行。 6.4.2 单体电池试验程序见表 3。 表3 单体电池试验程序 序号 检验项目 试验方法章条号 单体电池编号 1 过充电 6.2.2 1#，2# DB21/T 3102.22019 11 表 3 单体电池试验程序(续) 序号 检验项目 试验方法章条号 单体电池编号 2 过放电 6.2.3 3#，4# 3 外部短路 6.2.4 5#，6# 4 针刺 6.2.5 7#，8# 5 挤压 6.2.6 9#，10# 6 跌落 6.2.7 11#，12# 7 高温搁置 6.2.8 13#，14# 8 海水浸泡 6.2.9 15#，16# 9 温度循环 6.2.10 17#，18# 10 低气压 6.2.11 19#，20# 6.4.3 电池组试验程序见表 4。 表4 电池组试验程序 序号 检验项目 试验方法章条号 电池组编号 1 过充电 6.3.2 1# 2 过放电 6.3.3 2# 3 外部短路 6.3.4 3# 4 针刺 6.3.5 4# 5 挤压 6.3.6 5# 6 跌落 6.3.7 6# 7 高温搁置 6.3.8 7# 8 海水浸泡 6.3.9 8# 9 温度循环 6.3.10 9# 10 低气压 6.3.11 10# _