T/CNCA 046-2023 矿用磷酸铁锂蓄电池安全技术要求

　　ICS 29.220.10 CCS K 82

　　T/CNCA 046—2023

　　矿用磷酸铁锂蓄电池安全技术要求

　　Safety technical requirements of mining lithium iron

　　phosphate batteries

　　2023-03-06 发布 2023-04-01 实施

　　发 出

　　布 版

　　中国煤炭工业协会中国标准出版社

　　T/CNCA 046—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 符号 2

　　5 安全技术要求 2

　　5.1 蓄电池安全技术要求 2

　　5.2 蓄电池模块安全技术要求 3

　　6 试验方法 4

　　6.1 试验条件 4

　　6.2 蓄电池试验 4

　　6.3 蓄电池模块试验 6

　　7 检验规则 8

　　7.1 检验分类 、检验项目和要求 8

　　7.2 样品数量 9

　　7.3 判别规则 9

　　8 运输和储存 9

　　8.1 运输 9

　　8.2 储存 9

　　Ⅰ

　　T/CNCA 046—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　本文件由中国煤炭工业协会提出 。

　　本文件由中国煤炭工业协会科技发展部归口 。

　　本文件起草单位：安标国家矿用产品安全标志中心有限公司 、国家储能及动力电池质量监督检验中心 、上海煤科检测技术有限公司 、宁德时代新能源科技股份有限公司 、深圳弗迪电池有限公司 、芜湖天弋能源科技有限公司 、北京聚荷新能源科技有限公司 、煤炭科学技术研究院有限公司 。

　　本文件主要起草人：赵英 、张勇 、胡道中 、田崔钧 、闵建中 、蒋于伟 、吕佳玲 、仝志伟 、欧阳湘龙 、窦元运 、秦勇 、管贵祥 、王玉超 、苏珂嘉 、王珊 。

　　Ⅲ

　　T/CNCA 046—2023

　　矿用磷酸铁锂蓄电池安全技术要求

　　1 范围

　　本文件规定了矿用磷酸铁锂蓄电池的符号 、安全技术要求 、试验方法 、检验规则 、运输与储存等内容 。本文件适用于额定容量 10 Ah 以上的矿用磷酸铁锂蓄电池 。

　　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 10111—2008 随机数的产生及其在产品质量抽样检验中的应用程序

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　蓄电池 secondary battery

　　直接将化学能转化为电能的基本单元装置 ，包括正极 、负极 、隔膜 、电解液 、外壳和泄压阀等 ，并被设计成可充电 。

　　3.2

　　蓄电池模块 battery module

　　由 5 个蓄电池串联组成的模块 。

　　3.3

　　额定容量 rated capacity

　　在 25 ℃±2 ℃的环境温度下，完全充电的蓄电池以 1I1(A)电流放电，达到终止电压时所放出的容量(Ah)。 3.4

　　初始容量 initial capacity

　　新出厂的动力蓄电池 ，在 25 ℃ ±2 ℃ 的环境温度下 ，完全充电后 ，以 1I1(A)电流放电至制造商规定的放电终止条件时所放出的容量(Ah)。

　　3.5

　　热失控 thermal runaway

　　蓄电池放热连锁反应引起自身温度不可控上升的现象 。

　　3.6

　　热扩散 thermal propagation

　　蓄电池模块内由一个蓄电池热失控引发的其余蓄电池接连发生热失控的现象 。

　　3.7

　　矿用磷酸铁锂蓄电池 mining lithium iron phosphate battery

　　矿山井下使用的以磷酸铁锂为正极材料的锂离子蓄电池 。

　　1

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　　4 符号

　　下列符号适用于本文件 。

　　I1：1 小时率放电电流 。

　　5 安全技术要求

　　5.1 蓄电池安全技术要求

　　5.1.1 电气性能

　　5.1.1.1 25 ℃放电容量

　　蓄电池充满电后，在 25 ℃±2℃下以 1 I1(A)电流放电，直到放电至制造商提供的产品技术条件中规定的放电终止电压 。放电容量应不低于额定容量，并且不超过额定容量的 110% 。所有测试对象初始容量极差不大于初始容量平均值的 5% 。

　　注 ：极差是所有样本的最大值和最小值之差 。

　　5.1.1.2 循环寿命

　　蓄电池充放电循环次数达到 500 次时，放电容量不低于初始容量的 93% 。

　　5.1.2 安全性能

　　5.1.2.1 过放电

　　蓄电池进行过放电试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.1.2.2 过充电

　　蓄电池及 500 次充放电循环后的蓄电池进行过充电试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.1.2.3 短路

　　蓄电池及 500 次充放电循环后的蓄电池进行短路试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.1.2.4 跌落

　　蓄电池进行跌落试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.1.2.5 加热

　　蓄电池及 500 次充放电循环后的蓄电池进行加热试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.1.2.6 挤压

　　蓄电池及 500 次充放电循环后的蓄电池进行挤压试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.1.2.7 针刺

　　蓄电池及 500 次充放电循环后的蓄电池进行针刺试验，应不起火 、不爆炸 。

　　2

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　　5.1.2.8 热失控

　　蓄电池进行热失控试验，气体应从预先设计好的泄压结构中释放出来，应不起火 、不爆炸 。

　　5.1.2.9 泄压阀要求

　　具有泄压阀的蓄电池空外壳按制造商提供的产品技术条件中规定的数值进行压力测试，泄压阀应能可靠开启 。

　　5.1.2.10 隔膜要求

　　蓄电池额定容量大于 60 Ah 时 ，应采用耐高温隔膜 ，湿法隔膜热收缩率小于 10%，干法隔膜热收缩率小于 5% 。

　　5.2 蓄电池模块安全技术要求

　　5.2.1 25 ℃放电容量

　　蓄电池模块充满电后 ，在 25 ℃±2 ℃下以 1I1(A)电流放电至任一蓄电池电压达到放电终止电压 ，放电容量应不低于额定容量，并且不超过额定容量的 110% 。所有测试对象初始容量极差不大于初始容量平均值的 5% 。

　　5.2.2 安全性能

　　5.2.2.1 过放电

　　蓄电池模块进行过放电试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.2.2.2 过充电

　　蓄电池模块进行过充电试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.2.2.3 短路

　　蓄电池模块进行短路试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.2.2.4 加热

　　蓄电池模块进行加热试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.2.2.5 挤压

　　蓄电池模块进行挤压试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.2.2.6 针刺

　　蓄电池模块进行针刺试验，应不起火 、不爆炸 。

　　5.2.2.7 热扩散

　　蓄电池模块进行热扩散试验，应不起火 、不爆炸 。

　　3

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　　6 试验方法

　　6.1 试验条件

　　6.1.1 环境条件

　　除另有特别规定外，试验应在以下环境条件下进行：

　　a) 环境温度：25 ℃±5 ℃ ;

　　b) 相对湿度：10%~90%;

　　c) 大气压力：86 kPa~106 kPa。

　　6.1.2 测量仪器、仪表准确度

　　测量仪器 、仪表准确度应满足以下要求：

　　a) 电压测量装置：±0 .5%FS;

　　b) 电流测量装置：±0 .5%FS;

　　c) 温度测量装置：±0 .5 ℃ ;

　　d) 时间测量装置：±0 .1%FS;

　　e) 尺寸测量装置：±0 .1%FS;

　　f) 质量测量装置：±0 .1%FS。

　　注：FS 为满量程 。

　　6.2 蓄电池试验

　　6.2.1 电气性能

　　6.2.1.1 室温下对蓄电池充电，先以 1I1(A)电流放电至制造商提供的产品技术条件中规定的放电终止电压，搁置 1 h(或制造商提供的不大于 1 h 的搁置时间)，然后按制造商提供的充电方法进行充电 。若制造商未提供充电方法 ，则依据以下方法充电：以 1I1(A)电流恒流充电至制造商提供的产品技术条件中规定的充电终止电压时转恒压充电，至充电电流降至 0.05I1(A)时停止充电，充电后搁置 1 h(或制造商提供的不高于 1 h 的搁置时间)。

　　6.2.1.2 25 ℃放电容量按照如下步骤测试：

　　a) 蓄电池按 6 .2.1.1 方法充电;

　　b) 蓄电池在 25 ℃±2℃下以1I1(A)电流放电，直到放电至制造商提供的产品技术条件中规定的放电终止电压;

　　c) 计量放电容量(以 Ah 计);

　　d) 重复 a)~c)5 次 ，当连续 3 次试验结果的极差小于额定容量的 3%，可提前结束试验 ，取最后 3 次试验结果平均值 。

　　6.2.1.3 循环寿命按照如下步骤测试：

　　a) 以 1I1(A)电流放电至制造商提供的产品技术条件中规定的放电终止电压;

　　b) 搁置不低于 30 min 或制造商规定的搁置条件;

　　c) 按照 6 .2.1.1 方法充电;

　　d) 搁置不低于 30 min 或制造商规定的搁置条件;

　　e) 以 1I1(A)电流放电至制造商提供的产品技术条件中规定的放电终止电压，记录放电容量;

　　f) 按照 b)~e)连续循环 500 次，若放电容量高于初始容量的 93%，则终止试验;

　　4

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　　g ) 计量放电容量 。

　　6.2.2 安全性能

　　6.2.2.1 过放电按照如下步骤测试：

　　a) 蓄电池按 6 .2.1.1 方法充电;

　　b) 蓄电池以 1I1(A)电流放电 90 min;

　　c) 观察 1 h。

　　6.2.2.2 过充电按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池按 6 .2.1.1 方法充电;

　　b) 以 3I1(A)电流或制造商规定的最大充电电流充电至蓄电池电压达到10 V 停止充电 ，或电压在不超过 10 V 的情况下持续7 h;

　　c) 观察 1 h。

　　6.2.2.3 短路试验按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池按 6 .2.1.1 方法充电;

　　b) 将蓄电池正 、负极经外部短路 10 min，外部线路电阻应小于 5 mΩ ;

　　c) 观察 1 h。

　　6.2.2.4 跌落试验按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池按 6 .2.1.1 方法充电;

　　b) 蓄电池正 、负端子向下从 1 .5 m 高度处自由跌落到水泥地面上;

　　c) 观察 1 h。

　　6.2.2.5 加热试验按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池按 6 .2.1.1 方法充电;

　　b) 将蓄电池放入温度箱 ，温度箱按照 5 ℃/min 速率由室温升至150 ℃±2 ℃ , 并保持此温度 6 h 后停止加热;

　　c) 观察 1 h。

　　6.2.2.6 挤压试验按照如下步骤进行 。

　　a) 蓄电池按 6.2.1.1 方法充电 。

　　b) 充电后按下列条件进行试验：

　　1) 挤压方向：垂直于蓄电池极板方向施压(如图 1 所示);

　　2) 挤压板形式：半径 75 mm 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：不大于2 mm/s;

　　4) 挤压程度：变形量达到 50% 或挤压力达到 200 kN 或1 000 倍试验对象重量后停止挤压 。

　　c) 观察 1 h。

　　单位为毫米

　　图 1 蓄电池挤压板和挤压示意图

　　6.2.2.7 针刺试验按照如下步骤进行：

　　5

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　　a) 蓄电池按 6 .2.1.1 方法充电后;

　　b) 用 φ5 mm~φ8 mm 的耐高温钢针(针尖的圆锥角度为 45°~ 60° , 针的表面光洁 、无锈蚀 、氧化层及油污)，以(25±5)mm/s 的速度 ，从垂直于蓄电池极板的方向贯穿 ，贯穿位置宜靠近所刺面的几何中心，钢针停留在蓄电池中;

　　c) 观察 1 h。

　　6.2.2.8 热失控试验按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池按 6 .2.1.1 方法充电后;

　　b) 以最小 1/3 C、最大不超过制造商规定正常工作范围的最大电流对触发对象进行恒流充电 ，直至其发生热失控或者触发对象容量达到 200% 荷电状态(SOC)时停止;

　　c) 观察 1 h。

　　当出现以下任意一种情况时，判定发生热失控：

　　——触发对象产生电压降，下降值超过初始电压的 25%，且监测点温升速率大于或等于 1 ℃/s，持续3 s 以上;

　　——监测点温度达到制造商规定的最高工作温度 ，且监测点温升速率大于或等于 1 ℃/s，持续 3 s以上 。

　　6.2.2.9 在有泄压阀的蓄电池空外壳内按制造商提供的产品技术条件中规定的压力值施加压力，泄压阀应可靠开启，共试验 5 次，每次均应灵敏泄压 。

　　6.2.2.10 将隔膜制备成 10 cm× 10 cm 的样品，并放置于恒温箱内，以 5 ℃/min 从 25 ℃升至 120 ℃ , 并在120 ℃下搁置 1 h，然后以 5 ℃/min 降温至 25 ℃ , 测量纵向 、横向尺寸，计算热收缩率 。

　　6.3 蓄电池模块试验

　　6.3.1 电气性能

　　6.3.1.1 室温下 ，蓄电池模块先以 1I1(A)电流放电至任一蓄电池电压达到放电终止电压 ，搁置 1 h(或制造商提供的不大于 1 h 的搁置时间)，然后按制造商提供的充电方法进行充电 。若制造商未提供充电方法 ，则依据以下方法充电：以 1I1(A)电流恒流充电至制造商提供的产品技术条件中规定的充电终止电压时转恒压充电 ，至充电电流降至 0.05I1(A)时停止充电 ，若充电过程中有蓄电池电压超过充电终止电压0.1 V 时则停止充电 。充电后搁置 1 h(或制造商提供的不高于 1 h 的搁置时间)。

　　6.3.1.2 25 ℃放电容量按照如下步骤测试：

　　a) 蓄电池模块按 6 .3.1.1 方法充电;

　　b) 25 ℃±2 ℃下以 1I1(A)电流放电至任一蓄电池电压达到放电终止电压;

　　c) 计算放电容量(以 Ah 计);

　　d) 重复 a)~c)5 次 ，当连续 3 次试验结果的极差小于额定容量的 3%，可提前结束试验 ，取最后 3 次试验结果平均值 。

　　6.3.2 安全性能

　　6.3.2.1 过放电试验按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池模块按 6 .3.1.1 方法充电;

　　b) 蓄电池模块以 1I1(A)电流放电90 min;

　　c) 观察 1 h。

　　6.3.2.2 过充电试验按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池模块按 6 .3.1.1 方法充电;

　　b) 以 3I1(A)电 流 恒 流 充 电 至 任 一 蓄 电 池 电 压 达 到10 V 停 止 充 电 ，或 最 高 蓄 电 池 电 压 在 不 超 过

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　　10 V 的情况下持续7 h;

　　c) 观察 1 h。

　　6.3.2.3 短路试验按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池模块按 6 .3.1.1 方法充电;

　　b) 将蓄电池模块外部短路 10 min，外部线路电阻应小于 5 mΩ ;

　　c) 观察 1 h。

　　6.3.2.4 加热试验按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池模块按 6 .3.1.1 方法充电;

　　b) 将蓄电池模块放入温度箱 ，温度箱按照 5 ℃/min 的速率由室温升至150 ℃±2 ℃ , 并保持此温度

　　6 h 后停止加热;

　　c) 观察 1 h。

　　6.3.2.5 挤压试验按照如下步骤进行 。

　　a) 蓄电池模块按 6.3.1.1 方法充电 。

　　b) 按下列条件进行试验：

　　1) 挤压板形式：半径75 mm 的半圆柱体 ，半圆柱体的长度大于被挤压电池的尺寸 ，但不超过

　　1 m;

　　2) 挤压方向：与蓄电池模块在最容易受到挤压的方向相同 ，如果最容易受到挤压的方向不可获得，则垂直于蓄电池排列方向施压(如图 2 所示);

　　3) 挤压速度：不大于2 mm/s;

　　4) 挤压程度：蓄电池模块变形量达到 30% 或挤压力达到蓄电池模块重量的1 000 倍和表 1 所列数值中较大值;

　　5) 保持 10 min。

　　c) 观察 1 h。

　　单位为毫米

　　a) b)

　　图 2 模块挤压板和挤压示意图

　　表 1 挤压力选取表

　　挤压面接触蓄电池数量(n)

　　挤压力/kN

　　1

　　200

　　2~5

　　>5

　　100×n

　　500

　　6.3.2.6 针刺试验按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池模块按 6 .3.1.1 方法充电;

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　　b) 用 φ5 mm~φ8 mm 的耐高温钢针(针尖的圆锥角度为 45°~ 60° , 针的表面光洁 、无锈蚀 、氧化层及油污)，以(25±5)mm/s 的速度 ，从垂直于蓄电池极板的方向贯穿 ，依次贯穿至少 3 个蓄电池(钢针停留在蓄电池中，如图 3 所示);

　　c) 观察 1 h。

　　a) b ) c)

　　图 3 针刺示意图

　　6.3.2.7 热扩散试验按照如下步骤进行：

　　a) 蓄电池模块按 6 .3.1.1 方法充电;

　　b) 选取最中间电芯作为热失控触发对象 ，以最小 1/3 C、最大不超过电池制造商规定正常工作范围的最大电流对触发对象进行恒流充电，直至其发生热失控或者触发对象容量达到 200% 荷电状态(SOC)时停止;

　　c) 观察 1 h。

　　当出现以下任意一种情况时，判定发生热失控：

　　——触发对象产生电压降，下降值超过初始电压的 25%，且监测点温升速率大于或等于 1 ℃/s，持续3 s 以上;

　　——监测点温度达到制造商规定的最高工作温度 ，且监测点的温升速率大于或等于 1 ℃/s，持续 3 s以上 。

　　7 检验规则

　　7.1 检验分类、检验项目和要求

　　矿用磷酸铁锂蓄电池检验分类 、检验项目和要求见表 2。

　　每个规格先抽取 21 个蓄电池 、7 个蓄电池模块进行蓄电池和蓄电池模块 25 ℃ 放电容量测试 ，然后分别进行安全性能测试，蓄电池安全性能测试每个项目 2 个蓄电池，循环寿命测试每个项目 1 个蓄电池，蓄电池模块安全性能测试每个项目 1 个模块 。

　　表 2 检验项目

　　序号

　　检验项目

　　技术要求

　　章条编号

　　试验方法

　　章条编号

　　出厂检验

　　型式检验

　　1

　　蓄电池 25 ℃放电容量

　　5 .1 .1 .1

　　6.2.1.2

　　★

　　√

　　2

　　循环寿命

　　5.1.1.2

　　6.2.1.3

　　●

　　√

　　3

　　蓄电池安全性能

　　过放电

　　5.1.2.1

　　6.2.2.1

　　★

　　√

　　4

　　过充电

　　5.1.2.2

　　6.2.2.2

　　★

　　√

　　5

　　短路

　　5.1.2.3

　　6.2.2.3

　　★

　　√

　　8

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　　表 2 检验项目( 续 )

　　序号

　　检验项目

　　技术要求

　　章条编号

　　试验方法

　　章条编号

　　出厂检验

　　型式检验

　　6

　　蓄电池安全性能

　　跌落

　　5.1.2.4

　　6.2.2.4

　　★

　　√

　　7

　　加热

　　5.1.2.5

　　6.2.2.5

　　★

　　√

　　8

　　挤压

　　5.1.2.6

　　6.2.2.6

　　★

　　√

　　9

　　针刺

　　5.1.2.7

　　6.2.2.7

　　★

　　√

　　10

　　热失控

　　5.1.2.8

　　6.2.2.8

　　★

　　√

　　11

　　泄压阀要求

　　5.1.2.9

　　6.2.2.9

　　★

　　√

　　12

　　隔膜要求

　　5.1.2.10

　　6.2.2.10

　　★

　　√

　　13

　　蓄电池模块 25 ℃放电容量

　　5.2.1

　　6.3.1.2

　　●

　　√

　　14

　　蓄电池模块安全性能

　　过放电

　　5.2.2.1

　　6.3.2.1

　　●

　　√

　　15

　　过充电

　　5.2.2.2

　　6.3.2.2

　　●

　　√

　　16

　　短路

　　5.2.2.3

　　6.3.2.3

　　●

　　√

　　17

　　加热

　　5.2.2.4

　　6.3.2.4

　　●

　　√

　　18

　　挤压

　　5.2.2.5

　　6.3.2.5

　　●

　　√

　　19

　　针刺

　　5.2.2.6

　　6.3.2.6

　　●

　　√

　　20

　　热扩散

　　5.2.2.7

　　6.3.2.7

　　●

　　√

　　注：“√ ”表示应该进行的检验项目，“★ ”表示每批抽样检验项目，“● ”表示制造商自行选定的检验项目 。

　　7.2 样品数量

　　型式检验的样品应从出厂检验合格的产品中采用 GB/T 10111—2008 规定的简单随机抽样方法随机抽取 。

　　样品数量：蓄电池不少于 22 个 ，蓄电池模块不少于 8 个(其中 1 个蓄电池和 1 个蓄电池模块为备样)，有泄压阀装置的蓄电池空外壳 5 个，隔膜试样 3 个 。

　　7.3 判别规则

　　任一项目不合格，则判定该产品不合格 。

　　8 运输和储存

　　8.1 运输

　　8.1.1 蓄电池运输荷电状态应低于 30%，在运输中不应受剧烈机械冲撞 、暴晒 、雨淋，不应倒置 。

　　8.1.2 蓄电池在装卸过程中，应轻搬轻放，严防摔掷 、翻滚和重压 。

　　8.2 储存

　　8.2.1 蓄电池应储存在温度为 5 ℃~40 ℃ , 干燥 、清洁及通风良好的仓库内 。

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　　8.2.2 蓄电池应不受阳光直射，距离热源不应少于 2 m 。

　　8.2.3 蓄电池不应倒置及卧放，并避免机械冲击或重压 。

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