T∕CES 135-2022 液态金属储能电池单体技术规范.pdf

ICS 29.220.99 CCS F 19 团体标准T/CES 1352022 液态金属储能电池单体技术规范 Technical specification for liquid metal energy storage battery 2022-06-22 发布 2022-06-24 实施中国电工技术学会 发布 全国团体标准信息平台T/CES 1352022 I 目 次 前言.1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语、定义和符号.1 3.1 术语和定义.1 3.2 符号.2 4 命名方式.2 5 技术要求.3 5.1 运行环境.3 5.2 外观.3 5.3 极性.3 5.4 密封性能.3 5.5 基本性能.3 6 单体电池筛选检验规则.5 7 标志、运输和储存.5 7.1 标志.5 7.2 运输.5 7.3 储存.5 8 试验方法.5 8.1 试验条件.5 8.2 电池单体试验.6 全国团体标准信息平台学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CES 1352022 II 前 言 本文件按照 GB/T 1.12020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。本文件由中国电工技术学会储能技术专业分会提出。本文件由中国电工技术学会归口。本文件由中国电工技术学会团体标准技术办公室提出并解释。本文件起草单位：华中科技大学、西安交通大学、武汉理工大学、国网智能电网研究院有限公司。本标准主要起草人：王康丽、李浩秒、蒋凯、何亚玲、宁晓辉、陈斐、徐丽、周浩、周先波、闫帅。全国团体标准信息平台学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CES 1352022 1 液态金属储能电池单体技术规范 1 范围 本标准规定了单体液态金属储能电池的命名方式、技术要求、筛选检验规则和试验方法。本标准适用于单体液态金属储能电池（以下简称“电池”），其他类型电池可参照本文件。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件，凡是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 191 包装储运图示标志 GB/T 2423.102019 环境试验 GB/T 158232009 无损检测 氦漏率检测方法 GB/T 362762018 电力储能用锂离子电池 GB 380312020 电动汽车用动力蓄电池安全要求 3 术语、定义和符号 3.1 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1.1 液态金属储能电池 liquid metal battery 液态金属储能电池是由上下两层液态金属电极和中间层无机熔融盐电解质组成，电池的工作温度为20700。3.1.2 电池单体 cell 实现化学能和电能相互转化的基本单元，由正极、负极、电解质、壳体和引线端子等组成。3.1.3 额定容量 rated capacity 在额定工作温度下，电池以 5 小时率恒电流放电至终止电压时的容量。液态金属电池额定容量一般为 10Ah、20Ah、50Ah、200Ah、500Ah 等。3.1.4 标称电压 nominal voltage 用来标明液态金属电池电压近似值，一般为 0.9V/单体、1.2V/单体、1.7V/单体。3.1.5 限制电压 limit voltage 规定电池充电时的截止电压，充电时液态金属电池的限制电压一般为（1.2V2.0V）/单体。3.1.6 终止电压 termination voltage 规定电池放电时的截止电压，放电时液态金属电池的终止电压一般为（0.5V1.0V）/单体。3.1.7 初始化充电 initial charge 电池按照 8.1.3.2 试验，使电池充电状态初始化的过程。3.1.8 初始化放电 initial discharge 电池按照 8.1.3.3 试验，使电池充电状态初始化的过程。全国团体标准信息平台学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CES 1352022 2 3.1.9 额定充电能量 rated charging energy 电池按照 8.2.4 试验时，初始化放电的电池以恒定倍率电流充电至充电终止电压时的充电能量。3.1.10 额定放电能量 rated discharging energy 电池按照 8.2.4 试验时，初始化充电的电池以恒定倍率电流放电至放电终止电压时的放电能量。3.1.11 初始充电能量 initial charging energy 电池按照 8.1.3.2 试验时，测得的充电能量。3.1.12 初始放电能量 initial discharging energy 电池按照 8.1.3.3 试验时，测得的放电能量。3.1.13 初始充电容量 initial charging capacity 电池按照 8.1.3.2 试验时，测得的充电容量。3.1.14 初始放电容量 initial discharging capacity 电池按照 8.1.3.3 试验时，测得的放电容量。3.1.15 库仑效率 coulombic efficiency 在规定试验条件和试验方法下，电池的放电容量与充电容量的比值，用百分数表示。3.1.16 能量效率 energy efficiency 在规定试验条件和试验方法下，电池的放电能量与充电能量的比值，用百分数表示。3.1.17 倍率充放电 rate charging/discharging 电池按照 8.2.5 试验时，以不同的倍率电流对电池进行充放电的方式。3.1.18 能量保持率 retention rate of energy 在规定试验条件和试验方法下，电池的充电能量、放电能量分别与初始充电能量、初始放电能量的比值，用百分数表示。3.1.19 壳体 case 将电池单体内部部件封装并防止与外部直接接触的保护部件，是电池单体的容器。3.1.20 漏液 leakage 电池内部液体泄漏到壳体外部。3.2 符号 下列符号适用于本文件。Cicn：n 小时率初始充电容量（Ah）。Cidn：n 小时率初始放电容量（Ah）。Crcn：n 小时率额定充电容量（Ah）。Crdn：n 小时率额定放电容量（Ah）。Eicn：n 小时率初始充电能量（Wh）。Eidn：n 小时率初始放电能量（Wh）。Ercn：n 小时率额定充电能量（Wh）。Erdn：n 小时率额定放电能量（Wh）。In：n 小时率充放电电流，数值为 Crd5/n（A）。4 命名方式 液态金属储能电池单体的规格信息采用易识别易读取的编码或文本形式标示产品外观或铭牌，命名标识应符合下列规则：全国团体标准信息平台学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CES 1352022 3 示例 1：锂锑铅体系液态金属储能电池单体，额定容量为200Ah，圆柱型壳体，外径为 150mm，标识为：LSP200C150。示例 2：锂铋体系液态金属储能电池单体，额定容量 600Ah，圆柱型壳体，外径为 285mm，标识为：LBI600C285。示例 3：钠碲锡体系液态金属储能电池单体，额定容量 20Ah，方型壳体，边长为 5mm，标识为：NTS020S005。5 技术要求 5.1 运行环境 a）工作温度：电池单体的工作温度为 20700。不同体系的电池工作温度不同。如 Li|LiF-LiCl-LiBr|SbSn 体系额定工作温度为 550；Li|LiF-LiCl-LiBr|Bi 体系额定工作温度为 500。b）环境相对湿度：95%。c）大气压强：86kPa105kPa 的环境中进行。5.2 外观 外观应无变形、漏液、裂纹、密封良好无泄漏现象，表面应干燥、无损伤、无污物，且规格标识清晰、正确。5.3 极性 引线端子极性标识应清晰、正确。5.4 密封性能 按照 8.2.1 试验时，电池封装构件总漏率应符合下列要求：在常温（205）下，电池封装构件氦漏率应小于 11011Pam3/s。5.5 基本性能 5.5.1 初始充放电能量 按照 8.2.4 试验时，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 70%。5.5.2 倍率充放电性能 按照 8.2.5 试验时，电池单体倍率性能应符合下列要求：a）电池以不同倍率（I10、I5、I2恒定电流）进行充放电测试；b）I10电流倍率下，单体电池能量效率应不小于 85%；c）I5电流倍率下，单体电池能量效率应不小于 75%；d）I2电流倍率下，单体电池能量效率应不小于 60%；相较于额定容量，I2电流倍率下电池容量保持率不小于 85%。全国团体标准信息平台学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CES 1352022 4 5.5.3 储存性能 按照 8.2.7 试验时，电池单体储存性能应符合下列要求：a）充电容量保持率不小于 90%；b）放电容量保持率不小于 90%。5.5.4 循环性能 按照 8.2.6 试验时，电池单体循环性能应符合下列要求：a）循环次数达到 1 000 次时，充电容量保持率不小于 95%；b）循环次数达到 1 000 次时，放电容量保持率不小于 95%。5.5.5 安全性能 5.5.5.1 热循环 电池从额定工作温度降至室温（降温速率 2/min），然后升温至额定工作温度（升温速率 2/min），放电能量保持率不小于 90%、电池无泄漏、外观无形变。5.5.5.2 温度冲击 开路放置状态下，电池工作温度急剧波动50，单次冲击时间应不超过 5min，电池无泄漏、外观无变形。5.5.5.3 过充电 按 GB 380312020 的方法进行试验。额定工作温度下，完全放电态的液态金属电池以 I5 A 恒流充电，直至达到电池限制电压的 1.1 倍或者 110%SOC（可附有 PTC 或热熔丝保护元器件和电子保护线路），电池应不爆炸、不着火（允许电池内部安全装置及保护装置动作，此时无电流输出，允许中止试验）。5.5.5.4 过放电 按 GB 380312020 的方法进行试验。电池工作温度下，完全充电态的液态金属电池以 I5 A 恒流放电，放电 6.25h（可附有 PTC 或热熔丝保护元器件和电子保护线路），电池应不爆炸、不着火（允许电池内部安全装置及保护装置动作，此时无电流输出，允许中止试验）。5.5.5.5 外部短路 在电池工作温度下，电池以 I5 A 充电到限制电压后，用电阻值不大于 50m 的导线连接电池的正负极端，使之短路 20min（可附有 PTC 或热熔丝保护元器件和电子保护线路），电池应不爆炸、不着火（允许电池内部安全装置及保护装置动作，此时无电流输出，允许中止试验）。5.5.5.6 倾斜 在电池工作温度下，电池单体固定在可倾斜平台上，使之竖值方向倾斜 20，保持倾斜状态，电池应不短路、不泄漏、不着火、不爆炸。5.5.5.7 震动 在电池工作温度下，电池单体固定在可震动平台上，上下水平 200Hz 震动，保持震动状态，电池应不短路、不泄漏、不着火、不爆炸。全国团体标准信息平台学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CES 1352022 5 6 单体电池筛选检验规则 按 GB/T 362762018 的方法进行试验。单体电池的筛选检验规则应符合以下要求：a）同类电池的评价筛选应依据外观、尺寸、容量和内阻；b）通过目测检查电池外观，用游标卡尺测量电池尺寸，尺寸值与平均值差值不应大于 1mm；c）同一级次电池 n 小时率额定放电容量 Crdn与均值的差值不应大于 5%；d）测试电池直流内阻，电池直流内阻值与平均值差值不应大于 2m。7 标志、运输和储存 7.1 标志 包装储运图示标志应符合 GB/T 191 的规定，电池单体产品上应有下列标志：a）制造厂商；b）名称标识；c）制造日期或批号；d）极性符号；e）重心、堆叠、向上、小心轻放的标志。7.2 运输 电池单体产品运输应符合下列要求：a）产品包装成箱后再运输，运输过程中电池的荷电状态为 20%50%或符合指定要求；b）运输过程中防止剧烈震动、冲击，防止日晒雨淋；c）在装卸过程中，轻搬轻放，严防摔掷、翻滚、重压。7.3 储存 电池单体产品储存时应符合下列要求：a）电池产品宜在荷电状态为 40%60%下储存；b）电池产品应室温储存在干燥、清洁、通风良好的室内，避免与腐蚀性物质接触；c）电池产品自入库起，保存期限为 24 个月，超过储存期限的产品应重新进行筛选检查。8 试验方法 8.1 试验条件 8.1.1 试验环境 试验环境应符合下列要求：a）除另有规定外，试验应在相对湿度90%、大气压力为 86kPa105kPa 的环境中进行；b）试验场地应具备完善的消防和应急措施；c）试验人员应配备个人防护用具。8.1.2 试验装置 试验装置应符合下列要求：a）加热保温炉及其控制装置 全国团体标准信息平台学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CES 1352022 6 温度控制偏差10。b）电池测试仪 1）电压、电流测试精度应不低于 0.5 级；2）时间精度不低于0.1%；3）充电电源可恒流充电，精确度应不低于0.3%，在充电电压达到限制电压后应能改为恒压充电，精确度不低于0.3%；4）电池内阻精确度不低于0.5%。c）质谱检漏仪 氦漏率检测范围（110111013）Pam3/s。8.1.3 试验准备 8.1.3.1 电池单体升温 液态金属储能电池运行过程需要在一定温度下进行，电池测试前首先进行升温，升温过程为：a）将装配好的液态金属储能电池单体置于加热炉中，以 2/min的速率升温至特定的运行温度；b）达到运行温度之后保持温度不变。8.1.3.2 初始化充电 电池单体初始化充电试验按照下列步骤进行：a）加热炉温度升至电池运行后保温，电池电压稳定后静置 5h；b）以 In恒电流放电至电池单体的终止电压，静置 5min；c）以 In恒电流充电至电池单体的限制电压，静置 5min。8.1.3.3 初始化放电 电池单体初始化放电试验按照下列步骤进行：a）加热炉温度升至电池运行后保温，电池电压稳定后静置 5h；b）以 In恒电流充电至电池单体的限制电压，静置 5min；c）以 In恒电流放电至电池单体的终止电压，静置 5min。8.2 电池单体试验 8.2.1 泄漏率测试 按照 GB/T 158232009 的要求，用质谱检漏仪联通电池封装构件预留的检测接口进行检测。8.2.2 外观检验 电池单体外观检验按照下列步骤进行：a）在光线良好的条件下，用目测法检验电池单体的外观；b）记录检验结果。8.2.3 外形尺寸和质量测量 电池单体外形尺寸和质量测量按照下列步骤进行：a）用量具和衡器测量电池单体的外形尺寸和质量；b）记录测量结果。全国团体标准信息平台学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CES 1352022 7 8.2.4 初始充放电容量试验 在电池额定运行温度下，电池单体初始充放电容量试验按照下列步骤进行：a）电池单体初始化放电；b）电池单体以 In恒电流充电至电池单体的限制电压，静置 5min；c）电池单体以 In恒电流放电至电池单体的终止电压，静置 5min；d）重复步骤 b）、步骤 c）2 次，以 3 次试验的均值作为结果。8.2.5 倍率充放电性能试验 在电池额定运行温度下，电池单体倍率充放电试验按照下列步骤进行：a）电池初始化放电；b）电池单体以 I10恒电流充电至电池单体的限制电压，静置 5min；c）电池单体以 I10恒电流放电至电池单体的终止电压，静置 5min；d）电池单体以 I5恒电流充电至电池单体的限制电压，静置 5min；e）电池单体以 I5恒电流放电至电池单体的终止电压，静置 5min；f）电池单体以 I2恒电流充电至电池单体的限制电压，静置 5min；g）电池单体以 I2恒电流放电至电池单体的终止电压，静置 5min；h）根据步骤 b）步骤 g）的数据分别计算 I10、I5、I2条件下的能量效率。8.2.6 循环性能试验 在电池额定运行温度下，电池单体循环性能试验按照下列步骤进行：a）电池初始化放电；b）电池单体以 In恒电流充电至电池单体的限制电压，静置 5min；c）电池单体以 In恒电流放电至电池单体的终止电压，静置 5min；d）按照步骤 b）、步骤 c）连续循环 1 000 次；e）根据试验数据作充放电能量保持率，及能量效率随循环次数变化的曲线图。8.2.7 储存性能试验 电池单体储存性能试验按照下列步骤进行：a）电池初始化充电；b）电池单体以 In恒电流放电至放电能量达到该电池单体初始放电能量的 50%；c）电池单体降温至室温储存 28d；d）将电池放置在电炉内，以 2/min的速率升温至特定的运行温度后保温；e）电池单体电压稳定后静置 5h；f）在电池额定运行温度下，电池单体以 In恒电流放电至电池单体的终止电压，静置 5min；g）在电池额定运行温度下，电池单体以 In恒电流充电至电池单体的限制电压，静置 5min；h）在电池额定运行温度下，电池单体以 In恒电流放电至电池单体的终止电压；i）记录步骤 g）、步骤 h）充电能量、放电能量分别相对于初始充电能量和初始放电能量的能量保持率。团 体 标 准 液态金属储能电池单体技术规范 T/CES 1352022 2022 年 7 月第一版*北京西城区莲花池东路 102 号天莲大厦 10 层 邮政编码：100055 网址：http:/ 电话：[phone] 63256997 版权专有 侵权必究 全国团体标准信息平台