Normas de ensayo de las baterías de iones de litio

Normas de ensayo de las baterías de iones de litio

Cada vez hay más casos de retirada de productos de baterías de iones de litio por problemas de seguridad. La actividad y la alta densidad energética del Li traerán grandes problemas a la seguridad de las baterías de iones de litio. En la actualidad, los métodos y normas de detección e inspección de las prestaciones de seguridad de las baterías de iones de litio, especialmente los riesgos potenciales de seguridad causados por algunos posibles defectos microestructurales, van a la zaga del desarrollo de la tecnología de las baterías de iones de litio, y el método y el sistema de evaluación aún no cumplen los requisitos de la evaluación de las prestaciones de seguridad de las baterías de iones de litio. En vista de ello, este documento resume y analiza algunas normas representativas.

1.Introducción a las normas de comprobación de la seguridad de las baterías

En la actualidad, la norma internacional más utilizada es la norma sobre baterías de iones de litio de la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI). De acuerdo con sus respectivas necesidades, la Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA), el Comité de Expertos de las Naciones Unidas para el Transporte de Mercancías Peligrosas y la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) también han formulado normas de seguridad para el transporte de baterías de iones de litio y han sido ampliamente utilizadas. Además, las normas de seguridad para baterías de iones de litio formuladas por algunos países y organizaciones, como Underwriters Laboratories (UL), el Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y la Oficina Nacional de Normas de Japón (JIS), también tienen un amplio impacto. Los elementos de prueba de estas normas son similares, pero las condiciones de prueba son diferentes.

Hay cuatro normas internacionales que se utilizan ampliamente y tienen una gran influencia. El manual de pruebas y normas para el transporte de mercancías peligrosas de las Naciones Unidas (UN 38.3) y la norma IEC62281:2012 "seguridad de las baterías primarias de litio y paquetes de baterías y baterías de litio en el transporte" se centran en la prueba de seguridad y los requisitos de seguridad de las baterías de iones de litio en el transporte, principalmente con el objetivo de la prueba de simulación del entorno externo y la vibración mecánica de las baterías de iones de litio durante el transporte, incluyendo los requisitos de alta simulación para la prueba de temperatura, vibración, impacto, cortocircuito externo, impacto, sobrecarga y descarga forzada. Durante la prueba, la batería deberá garantizar que el paquete no se caiga, deforme, pierda masa, tenga fugas, se descargue, sufra un cortocircuito, se rompa, explote y se incendie.

La norma UL1642:2009 sobre baterías de litio es aplicable a las baterías de litio primarias (no recargables) y secundarias (recargables) utilizadas como fuente de alimentación en los productos. El objetivo de la norma es reducir el riesgo de ignición o explosión de las baterías de litio en el uso de los productos. La prueba de rendimiento eléctrico de la batería en la norma incluye la prueba de cortocircuito, la prueba de carga anormal y la prueba de descarga forzada; la prueba de vibración, la prueba de impacto y la prueba mecánica; las pruebas ambientales incluyen la prueba de ciclo de temperatura de abuso térmico, la prueba de simulación de gran altitud y la prueba de proyectil. La prueba requiere que la batería probada esté libre de fuego, explosión, fuga de líquido, escape y combustión durante la prueba, y que el paquete no se rompa.

La norma IEEE1625:2008 para baterías recargables para ordenadores portátiles y la norma IEEE1725:2006 para baterías recargables para teléfonos móviles establecen principalmente directrices unificadas para el diseño, la producción y el desarrollo de baterías para ordenadores portátiles y teléfonos móviles, que implican principalmente la electrónica, la estructura física, la composición química, el flujo de procesamiento, el control de calidad y la tecnología de embalaje. En comparación con otras normas sobre baterías, que generalmente prestan atención a las baterías o a los paquetes de baterías, las normas anteriores consideran de forma exhaustiva los aspectos de las células, las baterías, los nodos anfitriones, los accesorios de alimentación, los consumidores y el medio ambiente. Estas dos normas se centran en el diseño y el proceso de fabricación, y no intervienen mucho en el uso posterior de la batería, especialmente en la seguridad.

2. Análisis de las normas existentes

Las principales normas actuales pueden resumirse en las siguientes categorías:

(1) Se dirigen principalmente al entorno externo y a las vibraciones mecánicas durante el transporte

Tales como UN38.3, IEC62281:2012 y otras simulan los posibles peligros de las baterías de iones de litio durante el transporte a través de elementos de prueba como la simulación de altura, la prueba de temperatura, la vibración, el impacto, el cortocircuito externo y el impacto, lo que implica menos problemas de seguridad durante el uso de las baterías de iones de litio.

(2) Principalmente para el proceso de diseño y fabricación

Como IEEE1625, IEEE1725, etc. Tomando como ejemplo la IEEE1725, la norma divide el sistema de baterías de iones de litio de los teléfonos móviles en cuatro partes, a saber, el paquete de baterías de células, el anfitrión y el cargador de baterías. Exige de forma exhaustiva y clara el diseño, las materias primas, el proceso de fabricación y la prueba y evaluación del producto acabado de la célula, con el fin de proporcionar una garantía de evaluación fiable para la seguridad de la célula e incluso del teléfono móvil y otros productos de comunicación. Las normas anteriores se centran principalmente en el diseño y el proceso de fabricación de las pilas, y no implican muchos problemas de seguridad en el uso posterior de las pilas de iones de litio. Además, debido a la fuerte pertinencia del diseño y la fabricación de baterías de iones de litio en diferentes equipos, las normas de baterías de iones de litio de IEEE tienen un ámbito de aplicación limitado.

(3) Su objetivo principal es el rendimiento eléctrico y la seguridad de las baterías de iones de litio

Por ejemplo, la norma UL1642. A través de pruebas de cortocircuito, carga anormal, descarga forzada, extrusión, impacto, vibración, abuso térmico, ciclo de temperatura, prueba de simulación de gran altitud, proyectil y otros elementos de prueba, se requiere que la batería de iones de litio probada esté libre de fuego, explosión, fuga de líquido, escape, combustión y ruptura del embalaje durante la prueba. Comparando los dos tipos de normas anteriores, el núcleo de estas normas es la seguridad de las baterías de iones de litio, y prestan más atención a los riesgos de seguridad de la batería causados por la temperatura. Sin embargo, la base de juicio es difícil de cuantificar. Sólo la explosión, el fuego, el humo, las fugas, la ruptura y la deformación de la batería probada pueden utilizarse para distinguir las baterías que no son propicias para detectar los peligros potenciales.

3.Conclusión

El rendimiento de la seguridad se ha convertido en un importante indicador de la batería de iones de litio y en otro indicador clave que restringe la aplicación de la batería de iones de litio, además del factor del coste. Debido a las características de la batería de iones de litio, no mostrará un comportamiento electroquímico anormal en la etapa de uso inicial. Estos posibles defectos dificultan la valoración de la batería de iones de litio. En este artículo, el autor resume y sintetiza las normas de comprobación del rendimiento de la seguridad de las baterías de iones de litio utilizadas habitualmente en el país y en el extranjero. A través del análisis, se constata que faltan métodos de prueba y bases de evaluación de los riesgos potenciales de la seguridad de las baterías de iones de litio en el país y en el extranjero, y que no se han creado métodos de prueba de seguridad de las baterías de iones de litio ni métodos de selección rápidos y eficaces.

Con el aumento de las exigencias de los consumidores en cuanto al rendimiento eléctrico y la seguridad de las baterías de iones de litio, es necesario que los fabricantes de baterías, los departamentos competentes y las asociaciones industriales estudien los métodos de detección del rendimiento de seguridad de las baterías de iones de litio y establezcan un conjunto de métodos de detección intuitivos, rápidos y eficaces que mejoren los requisitos dentro del ámbito del sistema normativo existente, perfeccionar las normas, aclarar la base de juicio, suplir las deficiencias de las normas y sistemas de detección de baterías de iones de litio existentes, mejorar el nivel de detección de las prestaciones de seguridad de las baterías de iones de litio, garantizar el desarrollo sostenible de la industria de las baterías de iones de litio y proteger la seguridad de los consumidores en el proceso de uso de las baterías.