1.引言
　　這幾年鋰電池技術(shù)的不斷發(fā)展，鋰離子電池具有體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點，倍受各生產(chǎn)企業(yè)、煤礦用戶的青睞，但鋰離子電池的安全可靠性近年來也一直受到各界關(guān)注。鋰電池已進(jìn)入了相關(guān)煤礦產(chǎn)品的領(lǐng)域，像礦用電源、礦用手機(jī)、礦用音箱等均已有替代原有的鎳氫、鎳鎘電池的趨勢。安標(biāo)國家中心近幾年已將鋰電池納入安標(biāo)管理的范疇，出臺相關(guān)的鋰電池管理規(guī)定。這也就給產(chǎn)品開發(fā)人員在鋰電池的選型上帶來了一定的困惑。譬如鋰電池種類、容量的限制、鋰電池的防爆性能等。本文就以安全儀器儀表類產(chǎn)品鋰電池選型為例，和大家討論相關(guān)的管理規(guī)定。
　　如表1所示，通過對比現(xiàn)有的不同類型的電池，鋰電池具有電壓平臺高、能量密度大（重量輕、體積?。?、使用壽命長、環(huán)保等的優(yōu)點。但鋰電池的安全性差，有發(fā)生爆炸的危險，鋰電池均需保護(hù)線路，防止電池被過充過放電，生產(chǎn)要求條件高，生產(chǎn)成本高。
　　2.鋰電池
　　2.1 定義及分類
　　鋰電池（Lithium battery）是指電化學(xué)體系中含有鋰（包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物）的電池。

圖1 各式鋰電池
　　鋰電池可以分成兩個大類：一次性不可充電電池和二次充電電池。不可充電電池如鋰二氧化錳電池、鋰-亞硫酰胺電池。
　　二次充電電池又可以分為下面根據(jù)不同的情況分類。
　　1）按外型分：方形鋰電池（如手機(jī)電池）和圓柱形鋰電池（如電動工具的18650）；
　　2）按外包材料分：鋁殼鋰電池，鋼殼鋰電池，軟包電池；
　　3）按正極材料分：鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、三元鋰（LiNixCoyMnzO2）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）；
　　4）按電解液狀態(tài)分：鋰離子電池（LIB）和聚合物電池（PLB）；
表1 各類電池對比

　　5）按用途分：普通電池和動力電池。
　　6）按性能特性分：高容量電池、高倍率電池、高溫電池、低溫電池等。
　　2.2 電池構(gòu)成
　　
圖2 方形鋰離子電池結(jié)構(gòu)原理圖
     鋰電池一般由二部分組成：電芯、保護(hù)電路（管理系統(tǒng)）。當(dāng)前電池一律為鋰離子電池（不規(guī)范的場合下常常簡稱鋰電池）。鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。電芯相當(dāng)于鋰電池的心臟，管理系統(tǒng)相當(dāng)于鋰電池的大腦。電芯主要由正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜和外殼構(gòu)成，而保護(hù)板主要由保護(hù)芯片（或管理芯片）、MOS管、電阻、電容和PCB板等構(gòu)成。
　　2.3 主要技術(shù)參數(shù)
　　根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不一樣，對鋰電池的要求不一樣，電壓，容量，內(nèi)阻、串并聯(lián)方式等都有一些特殊的要求。電池串并聯(lián)后的性能由最差那一節(jié)電池的性能決定，電池成組最重要的一點就是電池技術(shù)參數(shù)的一致性。至少應(yīng)包括以下技術(shù)參數(shù)：
　　1）額定電壓：V；
　　2）額定容量：Ah；
　　3）內(nèi)阻：Ω。
　　3.安全儀器儀表產(chǎn)品鋰電池現(xiàn)行管理規(guī)定
　　為確保煤礦安全儀器儀表的整體安全性能，安標(biāo)國家中心組織相關(guān)檢測檢驗中心、鋰電池生產(chǎn)企業(yè)、煤礦安全儀器儀表生產(chǎn)企業(yè)及有關(guān)高等院校的專家，對煤礦安全儀器儀表用鋰離子蓄電池安全問題進(jìn)行多次專題研究，在此基礎(chǔ)上組織制訂了《煤礦安全儀器儀表用鋰離子蓄電池安全標(biāo)志檢驗規(guī)范》及管理方案。其中關(guān)鍵有以下下幾條：
　　1）鋰電池除具有內(nèi)部保護(hù)電路外，應(yīng)有外保護(hù)電路，具備防過充、防過放、過流、短路等功能；當(dāng)采用電池組供電方式時，還應(yīng)有均衡充電、均衡放電功能。
　　2）鋰電池（組）應(yīng)具有防反接功能。
　　3）鋰電池（組）與外保護(hù)電路應(yīng)分腔設(shè)置，以保證一旦鋰電池內(nèi)部爆炸時不至破壞外保護(hù)電路。
　　4）生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)具備鋰電池安全性能檢測技術(shù)手段和外保護(hù)功能的檢測能力。
　　5）生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)選用符合國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋰電池，并應(yīng)進(jìn)行供方考核。每批鋰電池入廠前均應(yīng)依據(jù)《煤礦安全儀器儀表用鋰離子蓄電池安全標(biāo)志檢驗規(guī)范》進(jìn)行抽樣檢驗，合格方可使用。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)將鋰電池納入關(guān)鍵零部件管理。
　　6）采用鋰電池的煤礦安全儀器儀表，必須在井上充電。對充電器有特殊要求時，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在產(chǎn)品說明書中明確說明。說明書中還需明確用戶在更換鋰電池時，必須采用同廠家同型號的產(chǎn)品。如保護(hù)電路與電池一起封裝時，需由生產(chǎn)儀器儀表的企業(yè)負(fù)責(zé)更換。
　　7）產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求中應(yīng)明確鋰電池（組）應(yīng)符合GB3836.4-2000中7.4的各項規(guī)定，檢驗項目中應(yīng)包括相應(yīng)的項目。
　　8）電池組的總?cè)萘繛楦鲉误w電池容量的代數(shù)和。
　　9）停止采用鈷酸鋰電池的煤礦安全儀器儀表產(chǎn)品的安全標(biāo)志審核發(fā)放，推薦煤礦安全儀器儀表使用錳酸鋰蓄電池和磷酸鐵鋰蓄電池。
　　10）將總?cè)萘看笥?Ah鋰電池（組）納入安全標(biāo)志受控部件管理。鑒于目前技術(shù)水平現(xiàn)狀，鋰電池（組）總?cè)萘吭瓌t上應(yīng)在5Ah（含）以內(nèi)。對已取得安全標(biāo)志的煤礦安全儀器儀表，生產(chǎn)企業(yè)需變更配用的鋰電池（組）時，應(yīng)在安標(biāo)國家中心備案。
　　11）不推薦井下固定設(shè)備采用鋰電池；必須采用時除滿足上述要求外，還應(yīng)將鋰電池布置在獨立的隔爆腔內(nèi)，且保護(hù)電路與電池（組）分腔設(shè)置。
　　另外現(xiàn)有礦用鋰離子蓄電池的檢測注重四個方面：
　　1）外觀：外表清潔，無機(jī)械損傷，無銹蝕。
　　2）電性能：容量、高溫放電、低溫放電、荷電保持能力及恢復(fù)能力、貯存、循環(huán)壽命。
　　3）電池的環(huán)境適應(yīng)性：恒定濕熱、振動、自由跌落、沖擊、溫度變化，進(jìn)行試驗后不泄露、不泄氣、不破裂、不起火、不爆炸。
　　4）電池的安全性能：擠壓、熱沖擊、過充電、強(qiáng)制放電、短路、針刺、重物沖擊，進(jìn)行試驗后，不起火、不爆炸。
　　4.結(jié)語
　　由于鋰離子電池具有重量輕、容量大、內(nèi)阻小、放電特性佳等優(yōu)點，越來越多的煤礦產(chǎn)品將會采用鋰電池，根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及管理規(guī)定，我們建議設(shè)計開發(fā)人員在設(shè)計產(chǎn)品的初期就選擇安全性高鋰離子電池，例如錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池。該電池具有防反接、防過充過放、有保護(hù)板，并具有由第三方檢測檢驗機(jī)構(gòu)出具的鋰電池不爆炸證明報告，并結(jié)構(gòu)設(shè)計中將電池與電路分腔或灌封。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]方夏虹.新材料——鋰電池報告[J].中國科技信息，2011（09）.
　　[2]李相哲，周曉明，宋祥.礦用鋰離子電池與鎳氫電池安全性分析[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2011（06）.
　　[3]屈偉平.鋰電池的發(fā)展概述[J].城市車輛，2009（05）.
　　[4]GB 8897.4-2008，原電池，第4部分：鋰電池的安全要求[S].
　　[5]MT/T 1051-2007，礦燈用鋰離子蓄電池[S].
　　[6]礦用鋰離子蓄電池安全技術(shù)要求（試行[S]）.
　　[7]煤礦安全儀器儀表用鋰原電池安全標(biāo)志管理方案（暫行）[S].
　　[8]煤礦安全儀器儀表用鋰離子蓄電池安全標(biāo)志管理方案（暫行）[S].

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本文由日本NEC鋰電池中國營銷中心于2023-11-28 16:36:00 整理發(fā)布。
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