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/T 36276 电力储能用锂离子电池
GB 38031 电动汽车动力蓄电池安全要求
GJB 2374A 锂电池安全要求
3 术语和定义
3.1
固态锂离子电池 solid state lithium ion battery
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。
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/T 36276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%；
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。
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
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：
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：
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：
固态锂离子电池单体初始化充电；
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：
固态锂离子电池单体初始化充电；
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；
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：
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；
a)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：
固态锂离子电池单体初始化充电；
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，
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能量密度：125-160Wh/kg
充放电能力：5-10C（20-80%DOD）
温度范围：-40℃—65℃
自耗电：≤3%/月
过充电、过放电、针刺、 挤压、短路、
撞击、高温、枪击时电池不燃烧、爆炸。
动力电池循环寿命不低于2000次，
80%容量保持率；
电池管理系统可靠、稳定、适应性 强，
符合国军标要求。
