T/CHINABICYCLE 21-2023
电动自行车用钠离子蓄电池

Sodium-ion batteries for electric bicycles

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标准号

T/CHINABICYCLE 21-2023

发布

2023年

发布单位

中国团体标准

当前最新

T/CHINABICYCLE 21-2023

 

 

适用范围

标准制定的技术要求由总则、电性能要求和安全性能要求三部分组成。值得注意的是，为了更全面保证该产品的使用安全性，本标准中安全性能包含了单体电池的6个安全测试项目。考虑到电动自行车用钠离子蓄电池使用环境相对普通民用场景的更为恶劣，对其强度和性能要求更严苛，故主要在倍率放电容量、低温充电容量、低温放电容量、长期贮存后荷电恢复能力、循环寿命、低温安全性能、针刺、热失控扩散等方面增加了相关的要求。 a）电性能 由于钠离子Stokes半径比锂离子的小，相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率。同时，钠离子的溶剂化性能比锂离子电池更低，从而在电解液中具有更快的动力学和界面扩散性能。因此，钠电的倍率性能，高低温性能都比锂电相对更好。因此，本标准中5.2条款多个电性能要求的参数比GB/T36972-2018中锂离子蓄电池组电性能要求的参数要高，如4I2(A)放电容量，低温放电容量，室温荷电保持能力及恢复能力。现对以下几个项目做重点分析： ?低温充电容量测试 因为枝晶锂的形成，锂电池组原则上不允许低温充电，钠电由于其离子特性，使得其在低温充电方面有一定的优势。本标准中低温充电容量测试方法参照常温充电测试方法，-5℃的温度是目前根据现有试验数据得到的，有部分厂家可以实现-10℃的低温充电。但是钠电在低温下充放电，并不是完全不会出现枝晶或者其他安全隐患，同时，生产过程中电池电解液中仍然需要添加一些添加剂，增加成本。因此，我们考虑该项目作为可选项目，如果-5℃不是厂家宣称的工作温度，则该项目不作要求，满足不同区域客户使用需求。 ?长期贮存后低电量荷电恢复能力测试 考虑到钠电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。因此，本标准中增加了低电量荷电恢复能力，以前常规的锂电池组出厂时需要soc保持在30%左右，不然一个月的运货周期会导致电池处于亏电状态，影响使用。对于钠电池，如果长期贮存后低电量（0% soc）恢复能力不低于初始容量的85%，那这在一定程度上将保证运输阶段的安全性及电池长期不使用时的荷电恢复能力，给用户的使用带来便捷性。 ?循环寿命测试 本标准循环寿命提高至700次，这个参数比GB/T 36972-2018中循环寿命次数要求多了100次。理论角度而言，由于钠离子本身离子半径是锂离子的约1.3倍，导致脱出/嵌入更难，钠电循环寿命比锂电差。但因为随着技术的不断发展，现有锂电的循环次数已经有了很大的改进。根据多个厂家数据，锂电容量保持率70%时，大多数厂家电池组的循环次数可以达到800次，甚至1000次。钠电容量保持率70%时，大多数厂家的循环次数可以达到700次，甚至800次。因此本标准中提出更高700次的循环要求。 b）电池安全性能 为了更全面保证电动自行车用钠离子蓄电池的使用安全性，本标准中涉及了单体电池的6个安全项目测试要求，包括：过充电、过放电、外短、热滥用、针刺、低温安全。现对以下3个项目做重点分析： ?外部短路测试 外部短路测试方法将外部短路电阻由80mΩ±20mΩ降低到20mΩ±5mΩ，对电池耐大电流能力的考核更为严苛。 ?针刺测试 针刺测试是为了模拟电池在使用过程中受到碰撞挤压有尖锐物体刺入时的情况。因为钠离子电池内阻比锂电池稍高，所以针刺时瞬间发热量低，温升较少，因此钠电池相比于锂电池而言，相对更为安全可靠。 ?低温安全测试 该测试方法是为了加速模拟钠电池在低温多次充放电时，是否容易出现安全问题。该项目是对低温充电性能测试的一个安全性能补充，这将在一定程度上保证厂家宣称的低温充电性能真实、安全、可靠。 c）电池组安全性能 钠电池安全性能相较于锂电池更为优异，这是因为钠电池内阻比锂电池稍高，致使在短路等安全试验中瞬间发热量低，温升较少。尽管理论上钠电池更为安全，但是相应的安全性能测试还是必不可少的。相比于GB/T 36972-2018，我们修改了“过充电保护”，“过放电保护”，“短路保护”3个项目的测试方法；增加了“过温保护”，“过流充电保护”，“提手强度”，“盐雾”，“湿热循环”，“热失控扩散”，“互认协调充电”7个项目要求。 ?过充电保护测试 过充电保护测试项目试验方法参照 UL 1973等国际标准，进行正常工作条件和保护元器件单一故障测试。现有测试方法既可以考核保护板过充保护功能，也可以考核电池组保护板是否具有双重过充保护功能。如果厂家电池组保护板具备双重过充保护，电池组在一定程度上更为安全；如果厂家电池组保护板不具备双重过充保护功能，则单一故障测试类似于GB/T 36972-2018中去除保护板对电池组做过充电测试。 ?外部短路保护测试 外部短路保护测试项目试验方法参照 UL 1973等国际标准，进行正常工作条件和保护元器件单一故障测试。现有测试方法既可以考核了保护板短路保护功能，也考核了电池组保护板是否具有双重短路保护功能。如果厂家电池组保护板具备双重短路保护，电池组在一定程度上更为安全；如果厂家电池组保护板不具备双重短路保护功能，则单一故障测试类似于GB/T 36972-2018中去除保护板对电池组做短路测试。 ?过温保护测试 温度是电池安全的生命线，因此本标准中增加了对电池组保护板温度保护测试。过温保护测试项目试验方法参考了VDE 2510等国际标准，该项目验证了电池组保护板在高温和低温环境下是否具备主动保护功能，可以阻止用户在非工作温度下滥用电池组。 ?热失控扩散测试 对于电池组而言，电池组内部局部单体热失控后，其释放的热量向周围传播，将可能加热周围电池并造成周围电池的热失控。单体电池热失控所释放的能量是有限的，但是如果发生链式反应造成热失控的扩散，整个电池组的能量通过热失控释放出来，将会造成极大的危害。为了保障用户的生命财产安全，本标准增加热失控扩散测试，要求电池组应在热失控报警发生后5min内不起火、不爆炸，给用户提供足够的逃生时间。目前，常用的电池预警监测是通过监测电池的温度来实现预警，当电池组内部温度达到一定程度时，电池发生报警，给电池组加上最后一道安全防线。 （4）检验规则 为便于后续检测，标准中规定了检验规定、检验样本和检验程序，检验判别的要求。 （5）标志、包装及运输 标准中明确了电池组应具备的标志、包装及运输方式。

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