Prüfnormen für Lithium-Ionen-Batterien

Prüfnormen für Lithium-Ionen-Batterien

Es gibt immer mehr Fälle, in denen Lithium-Ionen-Batterien aufgrund von Sicherheitsproblemen zurückgerufen werden. Die Aktivität und die hohe Energiedichte von Li bringen große Probleme für die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien mit sich. Gegenwärtig hinken die Screening- und Inspektionsmethoden sowie die Normen für die Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere die potenziellen Sicherheitsrisiken, die durch einige potenzielle mikrostrukturelle Defekte verursacht werden, hinter der Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterietechnologie hinterher, und die Bewertungsmethode und das Bewertungssystem entsprechen noch nicht den Anforderungen der Bewertung der Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien. Vor diesem Hintergrund werden in diesem Papier einige repräsentative Normen zusammengefasst und analysiert.

1.Einführung in die Normen zur Prüfung der Sicherheitsleistung von Batterien

Die derzeit am weitesten verbreitete internationale Norm ist die Lithium-Ionen-Batterienorm der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC). Die International Air Transport Association (IATA), der Sachverständigenausschuss der Vereinten Nationen für den Transport gefährlicher Güter und die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) haben entsprechend ihren jeweiligen Anforderungen ebenfalls einschlägige Sicherheitsnormen für Lithium-Ionen-Batterien formuliert und sind weit verbreitet. Darüber hinaus haben die Sicherheitsstandards für Lithium-Ionen-Batterien, die von einigen Ländern und Organisationen wie den Underwriters Laboratories (UL), dem American Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) und dem Japan National Bureau of Standards (JIS) formuliert wurden, ebenfalls einen großen Einfluss. Die Prüfgegenstände dieser Normen sind ähnlich, aber die Prüfbedingungen sind unterschiedlich.

Es gibt vier internationale Normen, die weit verbreitet sind und eine große Reichweite haben. Das Handbuch der Vereinten Nationen (UN 38.3) über Prüfungen und Normen für die Beförderung gefährlicher Güter und die Norm IEC62281:2012 "Sicherheit von Lithium-Primärbatterien und -Batteriepacks und Lithium-Batterien und -Batteriepacks beim Transport" befassen sich beide mit der Sicherheitsprüfung und den Sicherheitsanforderungen von Lithium-Ionen-Batterien beim Transport und zielen hauptsächlich auf die Simulationsprüfung der äußeren Umgebung und der mechanischen Schwingungen von Lithium-Ionen-Batterien während des Transports ab, einschließlich hoher Simulationsanforderungen für die Temperaturprüfung, die Schwingungen, den Stoß, den externen Kurzschluss, den Aufprall, die Überladung und die Zwangsentladung. Während der Prüfung muss die Batterie sicherstellen, dass das Gehäuse nicht abfällt, sich verformt, an Masse verliert, ausläuft, sich entlädt, kurzschließt, bricht, explodiert und Feuer fängt.

UL1642:2009 Lithiumbatterie gilt für primäre (nicht wiederaufladbare) und sekundäre (wiederaufladbare) Lithiumbatterien, die als Stromversorgung in Produkten verwendet werden. Der Zweck der Norm ist es, das Risiko einer Entzündung oder Explosion von Lithiumbatterien bei der Verwendung von Produkten zu verringern. Die Prüfung der elektrischen Leistung der Batterie in der Norm umfasst Kurzschlussprüfung, Prüfung der anormalen Aufladung und Prüfung der Zwangsentladung; Vibrationsprüfung, Schlagprüfung und mechanische Prüfung; Umweltprüfungen umfassen die Prüfung der Temperaturzyklen bei thermischem Missbrauch, die Prüfung der Höhensimulation und die Projektilprüfung. Die Prüfung setzt voraus, dass die geprüfte Batterie während der Prüfung frei von Feuer, Explosion, Flüssigkeitsaustritt, Abgasen und Verbrennung ist und dass die Verpackung nicht beschädigt wird.

Die Normen IEEE1625:2008 für wiederaufladbare Batterien für Notebooks und IEEE1725:2006 für wiederaufladbare Batterien für Mobiltelefone legen vor allem einheitliche Richtlinien für das Design, die Produktion und die Entwicklung von Batterien für tragbare Computer und Mobiltelefone fest, die vor allem die Elektronik, die physikalische Struktur, die chemische Zusammensetzung, den Verarbeitungsprozess, die Qualitätskontrolle und die Verpackungstechnologie betreffen. Im Vergleich zu anderen Batterienormen, die sich im Allgemeinen auf Batterien oder Akkus beschränken, berücksichtigen die oben genannten Normen umfassend die Aspekte Zellen, Batterien, Host-Knoten, Stromversorgungszubehör, Verbraucher und Umwelt. Diese beiden Normen konzentrieren sich auf den Entwurfs- und Herstellungsprozess und gehen nicht so sehr auf die spätere Verwendung der Batterie ein, insbesondere nicht auf die Sicherheit.

2. Schwerpunktanalyse der bestehenden Normen

Die derzeit wichtigsten Normen lassen sich in die folgenden Kategorien zusammenfassen:

(1) Sie zielen hauptsächlich auf die äußere Umgebung und mechanische Schwingungen während des Transports ab

UN38.3, IEC62281:2012 und andere Normen simulieren die möglichen Gefahren von Lithium-Ionen-Batterien während des Transports durch Tests wie Höhensimulation, Temperaturtest, Vibration, Aufprall, externer Kurzschluss und Stoß, was weniger Sicherheitsfragen bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien beinhaltet.

(2) Hauptsächlich für den Entwurfs- und Herstellungsprozess

Wie IEEE1625, IEEE1725, usw. Die Norm IEEE1725 unterteilt das Lithium-Ionen-Batteriesystem eines Mobiltelefons in vier Teile, nämlich die Batteriezelle, den Host und das Batterieladegerät. Sie enthält umfassende und klare Anforderungen an die Konstruktion, die Rohstoffe, den Herstellungsprozess und die Prüfung und Bewertung des fertigen Produkts, um eine zuverlässige Bewertung der Sicherheit der Zelle und sogar des Mobiltelefons und anderer Kommunikationsprodukte zu gewährleisten. Die oben genannten Normen konzentrieren sich hauptsächlich auf das Design und den Herstellungsprozess von Batterien und behandeln kaum Sicherheitsfragen bei der späteren Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien. Und solche IEEE-Normen für Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund der starken Relevanz des Entwurfs und der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien in verschiedenen Geräten in ihrem Anwendungsbereich bis zu einem gewissen Grad eingeschränkt.

(3) Sie zielt hauptsächlich auf die elektrische Leistung und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien ab

Wie zum Beispiel UL1642. Durch Kurzschluss, anormale Aufladung, Zwangsentladung, Extrusion, Aufprall, Stoß, Vibration, thermischen Missbrauch, Temperaturzyklus, Höhensimulationstest, Projektil und andere Tests muss die getestete Lithium-Ionen-Batterie frei von Feuer, Explosion, Flüssigkeitsaustritt, Abgas, Verbrennung und Verpackungsbruch während des Tests sein. Vergleicht man die beiden oben genannten Arten von Normen, so ist der Kern dieser Normen die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien, wobei den temperaturbedingten Sicherheitsrisiken von Batterien mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird. Die Beurteilungsgrundlage ist jedoch schwer zu quantifizieren. Nur die Explosion, das Feuer, der Rauch, das Auslaufen, der Bruch und die Verformung der geprüften Batterie können zur Unterscheidung der Batterien verwendet werden, die nicht geeignet sind, potenzielle Gefahren zu erkennen.

3.Schlussfolgerung

Die Sicherheitsleistung ist zu einem wichtigen Indikator für Lithium-Ionen-Batterien geworden und neben dem Kostenfaktor ein weiterer Schlüsselindikator, der die Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien einschränkt. Aufgrund der Eigenschaften der Lithium-Ionen-Batterie wird sie in der Anfangsphase kein anormales elektrochemisches Verhalten zeigen. Aufgrund dieser potenziellen Mängel ist es schwierig zu beurteilen, ob die Lithium-Ionen-Batterie qualifiziert ist. In diesem Beitrag fasst der Autor die im In- und Ausland gebräuchlichen Normen für die Sicherheitsprüfung von Lithium-Ionen-Batterien zusammen und stellt sie vor. Die Analyse zeigt, dass es im In- und Ausland an Prüfmethoden und Bewertungsgrundlagen für die potenziellen Risiken der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien mangelt und dass sich keine schnellen und effektiven Prüfmethoden für die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien oder Screening-Methoden entwickelt haben.

Mit den steigenden Anforderungen der Verbraucher an die elektrische Leistung und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien ist es notwendig, dass Batteriehersteller, zuständige Abteilungen und Industrieverbände die Nachweismethoden für die Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien untersuchen und eine Reihe von intuitiven, schnellen und effektiven Nachweismethoden entwickeln, die die Anforderungen im Rahmen des bestehenden Normensystems verbessern, die Normen weiter zu verfeinern, die Beurteilungsgrundlage zu klären, die Mängel der bestehenden Normen und Systeme zur Erkennung von Lithium-Ionen-Batterien auszugleichen, das Erkennungsniveau der Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern, die nachhaltige Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterieindustrie zu gewährleisten und die Sicherheit der Verbraucher bei der Verwendung von Batterien zu schützen.