第五版UN38.3（ST/SG/AC.10/11/Rev.5）标准及测试浅析

　　2009年1月1日起，由国际民航组织(ICAO)颁发的《危险性货物安全空运的技术说明》的最新生效版本加入了危险性货物的UN(联合国)序列号，而锂电池将被归入锂离子电池(UN 3090和UN3091)和锂金属电池(UN3480和UN3481)一类根据该法规的规定，如果锂电池没有附带基于UN38.3的测试报告或相关认可证书，便不能进行空运。而中国民航总局(CAAC)专门向各航空公司及危险品相关运输单位颁发了《锂电池航空运输规范》，以加强锂电池的运输安全。

　　UN38.3是由联合国经济及社会理事会危险货物运输专家委员会编写《关于危险品运输建议书—试验及标准手册》的第38.3章节，该版本的最新有效版本为ST/SG/AC.10/11/Rev.5(第五版)，本文从该标准的定义、不同类型电池的送检数量、8项测试项目以及电池常见不符合项几个方面解析UN38.3标准。

　　1定义解析

　　第五版的UN38.3标准，修订了大小电芯及电池的定义，定义如下：

　　大电池芯指满电状态下，阳极锂含量(锂金属电池)>12克或瓦时数(锂离子电池)>150瓦时的电池芯。

　　大电池指锂金属或者锂离子电池的毛重大于12kg。

　　小电池芯指满电状态下，阳极锂含量(锂金属电池)≤12克或瓦时数(锂离子电池)≤150瓦时的电池芯。

　　小电池指锂金属或者锂离子电池的毛重小于等于12kg。

　　由此可见，大小电芯的区分是根据其阳极锂含量(锂金属电池)是否大于12g或者瓦时(锂离子电池)是否大于150Wh：而大小电池的区分则是根据电池重量是否大于12kg。

　　2第五版UN38.3送样要求

　　第五版UN38.3对不同种类、不同形状的电芯或电池及大小电芯或电池的送检数量及测试项目都用不同的要求，具体要求见表1。

　　相比于第四版的UN38.3标准，第五版的UN38.3标准要求送检的数量大大减少，以可充的锂离子小电池为例，第四版标准要求可充锂离子电池，不论大小，均需送检24块电池及10块电芯(圆形)或者20块电芯(方形)。而第五版的标准要求可充的锂离子小电池需送检16块电池及5块电芯(圆形)或10块电芯(方形)，而且划分到大电池类的可充电锂离子电池只需送检8块电池及5块电芯(圆形)或10块电芯(方形)。由此可见，第五版的UN38.3标准减少了送样数量，降低了企业检测的费用，并缩短了检测周期，有助于加快锂电池产品的通关速度。

　　3解析Test 1～Test 8测试及超大集成锂电池测试要求

　　UN38.3标准共有8项测试(Test 1～Test 8测试)，这8项测试模拟了锂电池在运输过程中所处的环境条件及有可能遭受的损伤而造成的危害。

　　Test 1高度模拟(Altitude Simulation)

　　电池在充放电过程中产生的气体所形成的压力，称之为电池的内压。电池在高空低气压的特殊环境下，有可能发生漏液或鼓胀现象，进而会引发短路、着火和爆炸的危险。　　该测试的测试目的为模拟高空低压运输，测试方法是将样品在压力等于或低于11.6kPa下存放至少6小时。

　　Test 2热冲击(Thermal Test)

　　在所有的环境因素中，温度对电池影响最大，因为在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关。如果温度下降，电极的反应率也下降，如果温度上升则相反，电极的反应率也加速。温度同时也影响电解液的传送速度温度上升则加快，传送温度下降，传送减慢。温度太高或太低都会破坏电池内的化学平衡，导致副反应发生，使电池有发生漏液、鼓胀、短路、着火和爆炸的危险。

　　该测试目的是测试电池在极端温度下的密封完善及内部电连接，其测试方法将样品高温( 75±2 )℃和低温( -40±2 )℃进行温度冲击，共循环10次。

　　Test 3振动(Vibration)

　　锂电池在运输过程中，由于振动会导致极片上的活性物质脱落，或极片焊点松脱，或电池外壳与盖帽焊点松脱，或正极绝缘密封垫脱落等等，使电池存在短路、着火和爆炸的危险。

　　该测试目的是模拟运输中可能发生的振动，其测试方法通过7Hz到200Hz的对数扫频产生正弦波，测试3个方向共进行9小时。　　Test 4碰撞(Shock)

　　锂电池在运输过程中，由于碰撞会导致极片上毛刺刺穿隔膜造成内部短路，或使电池外壳破裂裸露电芯，存在着火和爆炸的危险。

　　该测试目的是模拟运输中可能发生的碰撞，其测试方法：以(150g/50g, 6ms/11ms)进行冲击，共18次。

　　Test 5外短路(External Short-circuit)

　　锂电池发生外部短路时，短路大电流使得电池内部瞬间产生高热，引起电解液的气化和燃烧，温度急剧升高达到正极分解温度，进而引起爆炸。

　　该测试目的是模拟外部短路，其测试方法为：在( 55±2 )℃的温度下，用外阻小于0.1Ω短路电池正负极。

　　Test 6撞击(Impact)

　　电池遭到重物冲击，使得电池正负电极瞬间被挤压，如果电池内部隔膜不能有效隔离正负极，会造成正负极的内部短路，存在着火爆炸的危险。

　　该测试目的：模拟重物冲击过程，其测试方法：样品上放置一直径为15.8mm的棒，用9.1kg重锤从( 61±2.5 )cm高度自由落下对样品进行撞击。

　　Test 7过充电(Overcharge)

　　在过充电时，过量的锂离子从正极脱出，嵌入或沉积到电池负极上，破坏电池的正负极晶体结构，使得两个电极的热稳定性变差，正极倾向于分解并释放化学能同时会产生大量的热，释放出氧气能够催化电解液的分解。当温度足够高时，将引起负极的化学反应，负极上沉积的活性金属锂与溶剂反应后放热，使化学能转换为热能，电池的温度将由此迅速升高，最终导致热失控而发生危险事故。

　　该测试目的是评估可充电电池承受过充电的能力，其测试方法：以电流2Imax电压(2Vmax或22V)/1.2Vmax充电24h，观察7天。

　　针对过充电测试，第五版的UN38.3标准还明确指出没有安装过充保护装置的电池，如果其最终运输状态是组装在集成电池，且集成电池能够提供过充保护，那么该电池不需要进行过充电试验。

　　Test 8强制放电(Forced Discharge)

　　电池放完内部储存的电量，电压达到一定值后，继续放电就会造成过放电,过放电会破坏电池的正负极晶体结构，使得两个电极的热稳定性变差，负极产生大量氢气，催化有机电解液分解。当温度足够高时，正极发生分解，产生大量碳氢化合物，最终导致电池的破裂和着火。

　　该测试目的是评估电池芯承受强制放电的能力，其测试方法：将样品同12V直流电源串联，以最大放电电流开始放电，时间为额定容量除以初始电流，观察7天。

　　第五版的UN38.3标准中，标准还对超大集成电池做出了特殊要求，集成电池在满电状态下，如果锂含量不超过500g或者瓦时不超过6200Wh，其组成电池或电芯通过UN38.3全项目，则集成电池只需做Test 3,4,5,7(针对过充电池)。集成电池在满电状态下，锂含量超过500g或者瓦时超过6200Wh的锂电池，如果其组成电池或电芯通过UN38.3全项目，并且集成电池装配有可以预防短路，过充，电池间强放以及集成电池的过热控制系统，则集成电池可以不做UN38.3检测。

　　4检测中常见不符合项

　　检测人员经过积累大量UN38.3检测原始数据，发现未能通过标准的项目多集中在温度循环、外部短路、重物冲击、过充电和强制放电五个项目上，以下是锂电池在试验中或试验后出现的漏液，涨袋开裂、电解液分解和着火的图片。

　　温度循环后，电池漏液引起短路，如图1、2；温度循环后，电池涨袋开裂，如图3、4；温度循环后，电池漏液，如图5、6；外部短路时，样品出现大量浓烟(电解液分解)，如图7、8；外部短路时，大电流烧毁保护板，如图9、10；重物冲击后，电池着火燃烧，如图11、12；过充电时，样品着火燃烧，如图13；强制放电时，样品着火燃烧，如图14、15。

　　由以上实例可以看出，锂电池具有一定的潜在危害性，而且当电池携带的能量越大这种危害性则越大。目前，针对不符合项，一般建议生产企业的整改措施主要集中在以下几个方面：

　　1)电解液：增添阻燃剂，过充保护添加剂等等；

　　2)制备工艺：生产过程中需检查极片有无毛刺和划痕，极耳的焊接，正负极的绝缘密封，组成电芯的绝缘，减压阀的封口等等；

　　3)安全保护元件和电路：过充、过放、过电流保护合理设置IC模块、Mos管、PTC、Fuse……这些器件的限定值，并保证工艺功能的可靠性。

　　5结束语

　　锂电池行业在国内迅猛发展，中国已经成为全球锂电池三大产业基地之一。未来几年会有越来越多的锂电池出口到世界各地，因此及时了解和掌握锂电池的航空运输规则有着非常重要的意义。

　　本文从标准定义、不同类型电池的送检数量和标准的测试项目等方面分析了锂电池运输规则中要求必须通过的UN38.3标准，并在大量试验中整理归纳了电池的常见不符合项，为生产厂家提供了合理的整改方向和建议。

　　表1不同类型锂电池需做的测试项目和送检数量