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UN38.3 Exigences standard pour la production de piles au lithium

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DGBell vous informe des exigences de la norme UN38.3 pour la production de piles au lithium

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UN38.3 Articles et procédures de test standard

La norme UN38.3 comprend les 8 éléments de détection suivants :

T1 basse pression,

Cycle de température T2,

Vibration T3,

Choc T4,

Court-circuit externe du T5,

Impact d'un objet lourd T6 (noyau d'une batterie au lithium),

Surcharge du T7 (batterie au lithium ou pile au lithium)

T8 à décharge forcée (éléments de batterie au lithium).

Pour les piles au lithium ou les batteries au lithium, un total de 7 éléments des épreuves T1 → T5, T6, et T7 sont requis. Cependant, pour les piles au lithium, les épreuves T1 → T5, T6 et T8 sont requises. Parmi celles-ci, les tests T6, T7 et T8 doivent utiliser des échantillons séparés. Et le test T1 → T5 teste séquentiellement le même échantillon.

Comparaison des normes UN38.3 et des normes internationales

Par rapport à d'autres normes internationales relatives aux piles au lithium, les conditions de cycle de température spécifiées dans la norme UN38.3 sont plus exigeantes et plus longues. Les autres éléments d'essai standard internationaux utilisent généralement des échantillons séparés pour les essais. Cependant, l'épreuve T1 → T5 de la norme UN3813 teste le même échantillon dans l'ordre. Le test précédent peut avoir un impact négatif sur le test suivant, entraînant l'échec du test. Si la batterie au lithium soumise à l'inspection est soumise à l'épreuve T1 → T5 de la norme UN 38.3, un élément ne sera pas qualifié. Les entreprises doivent refaire les tests de la norme UN3813 après l'amélioration du processus, ce qui allongera considérablement le cycle de test.

Le tableau 1 montre que, par rapport à la norme internationale IEC62133, la durée d'exposition à haute et basse température de l'article soumis au cycle de température de la norme UN3813 peut atteindre 6 heures, et la température d'essai à basse température est de -40 ± 2 °C. Il est plus facile de provoquer la décomposition des matériaux internes de la cellule de la batterie et de générer du gaz. En cas de problèmes dans le processus de production, lorsque le gaz généré lors du choc thermique atteint une certaine pression, il est probable que le gaz s'échappe du point faible du boîtier de la batterie ou du joint interne, ce qui entraîne des phénomènes inférieurs aux normes, tels que des fuites de gaz et de liquide.

Comparaison des normes UN38.3 et IEC62133

Norme du projet Méthode de détection Critères d'acceptation Différences entre les normes

Cycle de température UN38.3 Standard Stocker à 75 ± 2 ℃ pendant au moins 6 h, puis à la température d'essai-40 ± 2 ℃ pendant au moins 6 h. L'intervalle de temps maximum entre deux températures d'essai extrêmes est de 30 min. Ce processus doit être répété 10 fois. Toutes les cellules et batteries d'essai ont été stockées à une température ambiante de 20 ± 5 ℃ pendant 24 h. Pas de perte de masse, pas de fuite, pas d'échappement, pas de désintégration, pas de fissuration et pas de combustion. Et la tension en circuit ouvert de chaque cellule ou batterie complètement chargée après le test n'est pas inférieure à 90 % de la tension avant le test.

La norme UN38.3 prévoit une température d'essai inférieure. Et le temps d'exposition à une température élevée et à une basse température est plus long.

Norme IEC62133 1. Placer la pile ou le bloc-piles à une température ambiante de 75 °C ± 2 °C pendant 4H

2. Réduire la température ambiante à 20 ℃ ± 5 ℃ en 30min, et la maintenir à au moins 2H

3. Réduire la température ambiante à -20 ℃ ± 2 ℃ en 30min, et maintenir 4H

4. Augmenter la température ambiante à 20 ℃ ± 5 ℃ en 30min, et la maintenir pendant au moins 2h

5. Répétez les étapes ci-dessus pendant 4 cycles.

6. Après le 5e cycle, stockez et inspectez la batterie pendant une période de récupération d'au moins 24H.

Pas d'incendie, pas d'explosion, pas de fuite

Analyse des résultats et des causes du test standard UN3813

Premier cas

Selon la norme UN3813, les batteries au lithium testées dans le cadre du projet de cycle de température sont entièrement chargées (100% SOC). Par conséquent, lorsqu'elles sont soumises à un choc thermique de longue durée, des réactions secondaires relativement graves peuvent se produire à l'intérieur de la batterie, générant une grande quantité de gaz. En cas de problème dans le processus de fabrication de la batterie, lorsqu'une certaine quantité d'air sous pression est accumulée, le gaz et l'électrolyte peuvent s'échapper par l'interstice dans le boîtier ou à l'endroit où la soudure est effectuée.

Les problèmes dans le processus de fabrication peuvent avoir les conditions suivantes :

La soudure du boîtier de la batterie et du bouchon n'est pas ferme et n'est pas scellée ;

Il y a des soudures manquantes, des fausses soudures et des fissures, et les soudures présentent des fissures, des fissures, etc ;

Lorsque la bille d'acier est scellée, la taille de la bille d'acier est inappropriée, et le matériau de la bille d'acier est différent de celui du bouchon ;

Le pôle positif de la capsule n'est pas riveté de manière étanche et il y a un espace ;

L'élasticité du joint isolant n'est pas adaptée, il n'est pas résistant à la corrosion et il est facile à vieillir.

Les problèmes tels que la perte de masse, les fuites et l'échappement pendant le cycle de température standard UN38.3 sont principalement liés au processus de fabrication. L'anatomie de la batterie qui a fui a révélé que la batterie a été soumise à une force inégale pendant l'assemblage, ce qui a provoqué la déformation de la plaque d'isolation interne de la batterie, entraînant une fuite au niveau de la plaque d'isolation.

Deuxième cas

En outre, le test a également révélé que certaines piles au lithium ne présentent aucune perte de masse, aucune fuite, aucun échappement, aucune désintégration, aucune fissuration et aucune combustion après le test du cycle de température. Cependant, en raison de la réaction chimique entre les matériaux actifs des électrodes positive et négative et l'électrolyte à l'intérieur de la batterie pendant le choc thermique, une certaine quantité de gaz a été générée, ce qui a provoqué un phénomène de bombement pendant le test.

Cependant, la batterie au lithium gonflée est plus difficile à passer le test de vibration lors de la prochaine forte accélération et du test de vibration de longue durée. La batterie est susceptible de produire des fuites de gaz et des fuites, entraînant une perte de qualité excessive et finalement échouant au test de vibration. Les fabricants de batteries au lithium doivent donc non seulement améliorer continuellement les performances électriques, mais aussi tenir pleinement compte de l'impact négatif des chocs thermiques sur les matériaux des batteries au lithium.

En commençant par les matériaux des piles au lithium, la stabilité de chaque matériau chimique à la température d'essai spécifiée dans le cycle de température de 75 ℃,-40 ℃, et les points de transition entre 75 ℃ et 40 ℃ ont été étudiés. Découvrez quels matériaux sont susceptibles de générer du gaz à la température d'essai. Par un grand nombre d'expériences visant à améliorer le processus de ces matériaux, ou à trouver d'autres matériaux de substitution, chercher un meilleur équilibre entre les performances électriques et les performances de sécurité des piles au lithium.

Troisième cas

Dans un autre cas, la pile au lithium qui a gonflé pendant le cycle de température a passé les tests de vibration et de choc qui ont suivi. Cependant, la grande quantité de gaz générée à l'intérieur pendant le cycle de température affecte négativement les pièces de soudure autour de l'enveloppe. Le choc de pression du gaz entraîne directement l'affaiblissement de la résistance de la soudure à certains endroits. Lors de l'essai de court-circuit externe après l'essai de choc, la batterie au lithium à une seule cellule s'est rapidement échauffée, et une grande quantité de gaz a continué à être générée à l'intérieur du boîtier. Lorsque la pression interne de l'enveloppe augmente jusqu'à une certaine valeur, le gaz est libéré de la zone où la force de soudage devient faible, provoquant la rupture de l'enveloppe. Par conséquent, le test de court-circuit externe ne peut pas être passé.

Les chambres d'essai suivantes sont utilisées dans la norme UN38.3 :

Testeur d'écrasement de batterie de servo-ordinateur

Système d'essai de vibration

Système de test de choc

Testeur de pénétration des clous par écrasement de batterie

Chambre d'essai de simulation d'altitude

Testeur d'impact lourd

Chambre d'essai de court-circuit de la batterie de contrôle de la température

Chambre d'essai d'écrasement de batterie

Chambre d'essai de cyclage de température