鋰電池運輸標準建設(shè)分析

摘 要：隨著鋰電池在新能源汽車、儲能、電子設(shè)備等行業(yè)快速滲透，各類鋰電池產(chǎn)品和設(shè)備的需求激增，催生了更大的鋰電池運輸需求。本文介紹了我國鋰電池運輸標準建設(shè)，提出了后續(xù)鋰電池運輸標準完善建議，為后續(xù)完善鋰電池運輸相關(guān)標準體系提供依據(jù)和參考，旨在推進鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全高效發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋰金屬電池，鋰離子電池，動力電池，儲能系統(tǒng)，運輸安全

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.20.007

0 引 言

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實施，鋰電池作為一種高效的儲能技術(shù)，具有能量密度高、使用壽命長、充電速度快等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、儲能、電子設(shè)備等領(lǐng)域。我國是全球最大的鋰電池生產(chǎn)國，2023年全國鋰電池總產(chǎn)量超過940 GWh，同比增長25%。鋰電池也是我國外貿(mào)“新三樣”的主要組成部分，2023年我國鋰電池出貨量占全球總出貨量的73.8%。隨著鋰電池產(chǎn)量、運輸量的極大增長，鋰電池作為近幾年新出現(xiàn)的一種新型危險貨物，運輸事故時有發(fā)生，其安全風險也受到越來越高的關(guān)注。從國內(nèi)外鋰電池運輸相關(guān)標準來看，也均在不斷完善中。鋰電池運輸標準體系的完善是規(guī)范鋰電池運輸作業(yè)、提升鋰電池運輸安全管理水平的重要支撐。

1 鋰電池運輸標準建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 基本術(shù)語

鋰電池包括鋰金屬電池和鋰離子電池。電池最小單元是單體電池（Cell），由單體電池（Cell）組成模組（Module），再由模組組成電池包（Pack）。模組和電池包統(tǒng)稱為電池組（Battery）。目前，鋰電池運輸管理主要依據(jù)聯(lián)合國《關(guān)于危險貨物運輸?shù)慕ㄗh書 規(guī)章范本》（簡稱《規(guī)章范本》）及《試驗和標準手冊》，以及國際海事組織（IMO）制定的《國際海運危險貨物規(guī)則》（IMDG Code）、國際民用航空組織（ICAO）制定的《危險物品安全航空運輸技術(shù)細則》（TI）、歐洲鐵路運輸中心局（OCTI）制定的《國際鐵路運輸危險貨物技術(shù)規(guī)則》（RID）、聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）制定的《危險貨物國際道路運輸公約》（ADR）。基本術(shù)語在《規(guī)章范本》及《試驗和標準手冊》中給出。但因國內(nèi)翻譯的差異以及不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)πg(shù)語理解的差異，術(shù)語翻譯名稱和定義內(nèi)容均存在不統(tǒng)一的情況（見表1），一定程度上影響了標準使用者對標準相關(guān)技術(shù)內(nèi)容的理解和使用。

1.2 電池本質(zhì)安全

根據(jù)聯(lián)合國《規(guī)章范本》和《試驗與標準手冊》的要求，鋰電池交付運輸前，應(yīng)符合聯(lián)合國《試驗和標準手冊》第III部分38.3節(jié)各項試驗的要求（簡稱UN 38.3試驗要求）。我國也參考《規(guī)章范本》，要求鋰電池運輸前要符合UN 38.3試驗要求，但目前存在對不同監(jiān)管部門或檢測機構(gòu)對《試驗與標準手冊》中的具體試驗要求理解不一致，執(zhí)行不統(tǒng)一的問題。同時，用于電動汽車的鋰電池，為確保電動汽車運行過程的安全，國內(nèi)外相關(guān)標準均要求電動汽車內(nèi)的鋰電池需通過熱擴散試驗。我國標準GB 38031—2020中提出了熱擴散試驗要求。國際標準ISO 6469-1 AMENDMENT 1-2022-11中也提出了熱擴散試驗要求。國內(nèi)標準和國際標準中對熱擴散試驗的試驗方法有差異。同時，應(yīng)將熱失控方法引入到鋰電池運輸相關(guān)標準中，通過熱失控試驗驗證鋰電池的安全性，進而保證鋰電池運輸安全。

1.3 運輸作業(yè)

國外運輸作業(yè)主要依據(jù)不同運輸方式下的國際規(guī)則。我國國內(nèi)水運和航空直接執(zhí)行對應(yīng)的國際規(guī)則《國際海運危險貨物規(guī)則》和《危險物品安全航空運輸技術(shù)細則》。航空運輸因運輸工況特殊，為強化國內(nèi)鋰電池運輸安全管理，細化落實國際規(guī)則的相關(guān)規(guī)定，制定了一些行業(yè)標準。鐵路和公路運輸主要依據(jù)危險貨物運輸?shù)南嚓P(guān)標準，鋰電池作為第9類危險貨物，其相關(guān)運輸作業(yè)要求也按照相關(guān)標準執(zhí)行（見表2）。為了增強鋰電池安全高效運輸，近期交通運輸部也正在牽頭制定鋰電池運輸水運和鐵路相關(guān)行業(yè)標準以及多式聯(lián)運國家推薦性標準。

2 國內(nèi)外鋰電池運輸研究趨勢分析

鋰電池貨物種類較多，主要包括電芯、電池組、電池包以及電動車、無人機、電動工具等含有鋰電池的設(shè)備或產(chǎn)品，形式多樣、產(chǎn)品組成復(fù)雜，自2000年以來，動力電池、儲能電池產(chǎn)品越來越多，對其物品安全測試要求、運輸條件要求等也在逐步完善中[1-3]。

2.1 鋰電池測試要求

UN 38.3試驗要求主要包括高度模擬、溫度試驗、振動試驗、沖擊試驗、外部短路試驗、撞擊/擠壓試驗、過渡充電試驗、強制放電試驗等。這些試驗要求主要是根據(jù)手機鋰電池、筆記本鋰電池等消費型鋰電池技術(shù)特點制定。應(yīng)用于電動車、儲能領(lǐng)域的動力鋰電池、儲能鋰電池相比消費型鋰電池，具有可以重復(fù)充電使用、能量密度大、電壓高、容量大等特性，測試要求亟待完善。目前，針對短路試驗、撞擊/擠壓試驗、強制放電試驗等開展進一步研究，逐步完善相關(guān)試驗方法[4]。例如，T.5短路試驗中溫度測量點除測量對外殼溫度外，還可以測量電池內(nèi)部，T.6擠壓測試中明確擠壓平面的尺寸要大于電池樣品的最寬邊。

2.2 鋰電池分級技術(shù)要求

因鋰電池類型越來越多樣、產(chǎn)品安全性逐步提升，從安全便利運輸?shù)慕嵌龋芏鄬＜姨岢隽虽囯姵胤旨壒芾淼乃悸罚⒄陂_展相關(guān)研究。主要根據(jù)鋰電池發(fā)生熱失控后，是否會發(fā)生熱擴散、是否會發(fā)生火災(zāi)危險、是否有氣體釋放危險、是否有高溫危險等四個危險特性，來對鋰電池進行不同安全等級的劃分，每個安全等級的鋰電池分配了4個新的UN編號，具體分到哪個安全等級需要通過針對以上4個危險特性的試驗進行驗證后確定，并對不同安全等級的鋰電池分別制定相應(yīng)的運輸條件[5]。

2.3 廢舊回收類鋰電池運輸要求

隨著第一批投入市場的鋰電池逐漸“退役”，鋰電池回收問題越來越受到關(guān)注。回收電池受產(chǎn)品性能不確定、無法開展UN38.3試驗等因素影響，需要加強包裝防護等運輸條件，科學(xué)、便捷地回收鋰電池的安全性的檢測方法是下一步重點研究的方向之一。

2.4 鋰電池儲能系統(tǒng)運輸要求

近年來，我國新型儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。隨著儲能系統(tǒng)的更新迭代和鋰電池產(chǎn)品能量密度的逐漸增大，超大型化趨勢越來越明顯，特別是集裝箱式儲能系統(tǒng)，重量可達60噸以上，給我國道路和水路運輸帶來很多挑戰(zhàn)。目前儲能系統(tǒng)運輸存在產(chǎn)品本身質(zhì)量安全性能要求不明確（例如，外殼的性能要求不明確）、運輸安全技術(shù)條件要求不完善、運輸裝備不匹配等問題，亟待通過標準完善相關(guān)技術(shù)體系。

3 鋰電池運輸標準完善建議

我國是鋰電池生產(chǎn)和使用大國，在鋰電池運輸標準研發(fā)方面具有絕對的優(yōu)勢。本文對鋰電池運輸相關(guān)標準研發(fā)提出以下建議：

（1）研發(fā)鋰電池運輸分級管理標準。根據(jù)鋰電池類型、荷電狀態(tài)、是否發(fā)生熱失控等危險特性影響因素，建立鋰電池分級標準，提出不同等級動力電池運輸安全條件要求，兼顧運輸安全和效率。

（2）研發(fā)鋰電池運輸工況安全技術(shù)條件相關(guān)標準。開展動力電池不同運輸工況安全技術(shù)條件研究，特別是針對鐵路運輸，完善熱失控、包裝測試等試驗要求。針對超大型儲能系統(tǒng)，研究外殼安全性能要求以及運輸條件要求[6]，提升鋰電池運輸安全水平。

（3）研發(fā)廢棄回收鋰電池運輸條件相關(guān)標準。新出廠鋰電池運輸相關(guān)標準比較完善，但廢棄回收鋰電池運輸相關(guān)標準還比較欠缺，應(yīng)盡快完善，為后續(xù)回收鋰電池安全運輸提供技術(shù)支撐。

（4）研發(fā)鋰電池儲能系統(tǒng)相關(guān)標準。主要針對當前超重集裝箱式儲能系統(tǒng)開展系統(tǒng)研究，包括外殼強度技術(shù)性能、運輸工具安全性能要求、運輸條件要求、應(yīng)急處置要求等，在保證儲能系統(tǒng)安全運輸?shù)幕A(chǔ)上，支撐新能源的安全健康發(fā)展。

4 結(jié) 語

鋰電池運輸標準建設(shè)為規(guī)范鋰電池運輸作業(yè)提供依據(jù)，為推進鋰電池安全便利運輸，促進鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全高效發(fā)展奠定基礎(chǔ)。完善鋰電池運輸相關(guān)要求，對于塑造我國鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動能、新優(yōu)勢，全力支撐新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、外貿(mào)“新三樣”產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]陳昶，劉金柱，邢學(xué)彬，等.鋰離子電池熱失控產(chǎn)生煙氣成分研究綜述[J].當代化工研究，2021（20）：20-21.

[2]陶海華，陳相，劉倩，等.聯(lián)合國 TDG 中鋰電池運輸規(guī)則的變化[J].電池，2019（3）：244-246.

[3]劉冉冉，何鵬林，王曉冬.鋰離子電池國際標準化工作現(xiàn)狀分析[J].中國標準化，2022（1）19-24.

[4]張向倩.鋰電池檢測的安全標準及安全防護研究[J].安全，2020（3）：49-53.

[5]姚洪巖.淺談鋰電池鐵路運輸安全振動測試條件[J]. 鄭鐵科技，2020（4）：9-13.

[6]羅薇，張春龍，吉海龍，等.船舶載運鋰電池柜式儲能系統(tǒng)安全運輸條件分析及建議[J].中國海事，2022（8）：18-21.

作者簡介

范文姬，通信作者，博士，副研究員，主要從事危險貨物運輸研究工作。

趙億濱，助理研究員，主要從事危險貨物運輸研究工作。

田詩慧，助理研究員，主要從事危險貨物運輸研究工作。

（責任編輯：袁文靜）