破損動(dòng)力電池運(yùn)輸包裝的探討

張銅柱,李 明,高 翔,孫枝鵬

(1.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司,天津 300300;2.世航國際貨運(yùn)代理股份有限公司,江蘇蘇州 226001;3.中華人民共和國常州海關(guān),江蘇常州 213022)

隨著鋰電池的廣泛應(yīng)用,人們對鋰電池回收和運(yùn)輸處理的討論越來越全面和深入。國內(nèi)已開展了多個(gè)方面的研究和標(biāo)準(zhǔn)制定工作,包括回收動(dòng)力鋰電池的運(yùn)輸包裝等。對最具危險(xiǎn)的破損鋰離子電池,包括破損、發(fā)生過碰撞或過火等,處于極高危險(xiǎn)狀態(tài)的鋰電池,如何正確處置和應(yīng)對,使用何種運(yùn)輸包裝,尚未制定和出臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。

我國正在開展和進(jìn)行鋰電池回收工作,而對于上述高危狀態(tài)下電池的運(yùn)輸包裝還缺乏相關(guān)研究,急需進(jìn)行充分的討論,本文作者就此對各項(xiàng)規(guī)則和要求進(jìn)行探討。

1 研究背景

在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38698.1-2020《車用動(dòng)力電池回收利用管理規(guī)范第1部分:包裝運(yùn)輸》[1]中,對回收動(dòng)力電池確定了分類的判定標(biāo)準(zhǔn)、對應(yīng)的處置方式和包裝要求。將極高危險(xiǎn)的電池歸為“C類”,但未進(jìn)一步做出具體和詳細(xì)的規(guī)定,僅表述此類蓄電池“應(yīng)滿足國家法律法規(guī)相關(guān)的特殊規(guī)定”。

聯(lián)合國《關(guān)于危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書規(guī)章范本》(以下簡稱《規(guī)章范本》)從第20版開始對處于不同狀態(tài)下的廢舊鋰電池做了區(qū)分和定義,并且制定了相應(yīng)的規(guī)則。

①資源回收的鋰電池(已無法正常使用),屬于特別規(guī)定SP377用于材料的資源回收,按包裝規(guī)則P909要求包裝,使用性能測試標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類別包裝(PGⅡ)[2]。

②損壞或有缺陷的鋰電池,符合特別規(guī)定SP376的描述:電池和電池組被確定為損壞或有缺陷以及安裝此類電池的設(shè)備(包括召回的電池或設(shè)備),按P908、LP904規(guī)則包裝,使用PGⅡ;

③此外,特別規(guī)定SP376還強(qiáng)調(diào),處于高危狀態(tài)下的鋰電池,即:判定在正常運(yùn)輸條件下,可能迅速解體、發(fā)生危險(xiǎn)的反應(yīng),起火或產(chǎn)生危險(xiǎn)的高溫,或者排放危險(xiǎn)的有毒氣體、腐蝕氣體、易燃?xì)怏w或蒸氣的,應(yīng)根據(jù)包裝規(guī)則P911、LP906包裝運(yùn)輸,須使用更高防護(hù)等級(jí)的性能測試標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ類別的包裝(PGⅠ)。這是本文作者討論的重點(diǎn)。

國際上對損壞、有缺陷或召回的(DDR)鋰電池的危險(xiǎn),有廣泛的討論和共識(shí)。鋰電池發(fā)生破損、燃燒或爆炸,可能造成的危害有:①電解液泄漏,可能造成環(huán)境污染;②單只電池的發(fā)熱,引發(fā)高溫?zé)醾鲗?dǎo),使周邊的電池或電池組產(chǎn)生連鎖熱反應(yīng);③動(dòng)力電池燃燒和爆炸(解體),能嚴(yán)重?fù)p毀車輛或設(shè)備,危及周邊物品和建筑;④燃燒產(chǎn)生大量煙霧和有毒氣體,威脅同一空間或運(yùn)載工具內(nèi)司乘人員的安全;⑤電池在燃燒和發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的易燃?xì)怏w,能迅速擴(kuò)大燃燒,如鋰電池燃燒可產(chǎn)生700～1 100℃的高溫[3],普通材料制成的包裝容器短時(shí)間內(nèi)就能被燒毀;⑥動(dòng)力電池有較高的電量及較高的電壓,一旦損壞,原有的電源保護(hù)系統(tǒng)功能喪失,容易發(fā)生高壓漏電,可能對操作和施救人員造成傷害。

對于此類極不穩(wěn)定且危險(xiǎn)性較高的鋰電池,目前國內(nèi)部分企業(yè)使用防爆箱進(jìn)行包裝運(yùn)輸,但一般的防爆箱無法完全滿足和應(yīng)對上述危險(xiǎn)。我國防爆箱的制造標(biāo)準(zhǔn)為GB 3836-2010《爆炸性環(huán)境第1部分:設(shè)備通用要求》[4],此標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的制定并未考慮和針對危險(xiǎn)性鋰電池的情況,防爆箱也難以抵御DDR鋰電池高溫、短路和危險(xiǎn)性氣體等可能的危險(xiǎn)。

2 相關(guān)的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)

國際上對非穩(wěn)定狀態(tài)下DDR鋰電池和相應(yīng)運(yùn)輸包裝的認(rèn)識(shí)也在逐步了解和深入,從2013年《規(guī)章范本》第18版提出該問題,到2017年正式制定詳細(xì)的要求,并加入《規(guī)章范本》第20版[5]中,至今仍在不斷討論、修改,進(jìn)一步補(bǔ)充并完善規(guī)則。包括2020年11月30日在日內(nèi)瓦召開的聯(lián)合國危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸專家委員會(huì)第57次會(huì)議,將該修改內(nèi)容再次列入議案討論中[6],確定P911和LP906規(guī)則新的修訂,相關(guān)內(nèi)容或?qū)⒀a(bǔ)充至下一版《規(guī)章范本》(第22版)中。

P911和LP906規(guī)則對鋰電池包裝提出了更高的保護(hù)性要求,除一般的鋰電池包裝要求(防止電池短路,防止電池在包裝內(nèi)移動(dòng))之外,還增加了更多的預(yù)防災(zāi)害擴(kuò)大的措施,以阻止二次事故和次生災(zāi)害的發(fā)生。按《規(guī)章范本》第21版[7]以及最新版的《危險(xiǎn)貨物國際道路運(yùn)輸歐洲公約》(ADR)[8]和我國的危險(xiǎn)品包裝測試標(biāo)準(zhǔn),詳細(xì)要求內(nèi)容如下。

①外包裝須符合PGⅠ的各類開口桶、箱、罐;包裝材料可以為鋼、鋁、其他金屬、膠合板、硬塑料、纖維板、木材或再生木。我國相應(yīng)的包裝測試標(biāo)準(zhǔn)為:P911包裝,電池組或含有電池組的設(shè)備凈重小于400 kg的運(yùn)輸包裝,應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)GB 12463-2009《危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸包裝通用技術(shù)條件》[9];LP906包裝,電池組或含有電池組的設(shè)備凈重超過400 kg的運(yùn)輸包裝,應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)GB 12432-2009《危險(xiǎn)貨物大包裝檢驗(yàn)安全規(guī)范》[10],并且包裝內(nèi)僅可裝運(yùn)單個(gè)電池組或者含有電池組的設(shè)備。

②包裝容器應(yīng)能夠防止因電池解體或爆炸、連續(xù)熱傳導(dǎo)的反應(yīng)、起火燃燒和高溫以及電解液泄漏,產(chǎn)生一系列腐蝕性、易燃性氣體或蒸氣等,從而造成更大的危險(xiǎn)和災(zāi)害。

a.保證完整的包裝,外表面溫度不超過100℃,允許瞬間溫度上升達(dá)到200℃;

b.包裝外不得有火焰(不能有火焰竄出包裝外);

c.包裝具有足夠的強(qiáng)度,保證容器內(nèi)的物品無法迸射到包裝外;

d.經(jīng)受事故破壞后,包裝須保證結(jié)構(gòu)完好無損;

e.包裝容器上應(yīng)考慮安裝氣體控制管理裝置(包括氣體過濾系統(tǒng)、空氣循環(huán)、氣體密封和氣密包裝等)。

③上述②要求的包裝,須符合由政府主管部門制定的標(biāo)準(zhǔn),滿足所有的性能驗(yàn)證和測試。驗(yàn)證報(bào)告至少包含的信息有:測試電池或電池組的名稱,電池編號(hào)、數(shù)量、質(zhì)量和類型,電池或電池組的電量(Wh),包裝容器的識(shí)別號(hào),以及按照政府部門所規(guī)定的驗(yàn)證方法進(jìn)行的測試數(shù)據(jù)等。

④如采用干冰或液氮作冷卻劑,內(nèi)包裝和外包裝須在制冷劑的溫度下,或失去制冷功能可能出現(xiàn)的溫度和壓力下依然保證完好。同時(shí)符合《規(guī)章范本》第21版第5.5.3章節(jié)有關(guān)要求:制冷劑與包裝容器之間需要有隔離保溫,制冷劑不得直接接觸金屬結(jié)構(gòu)件,防止低溫下金屬材料性能的降低或金屬脆化;容器設(shè)計(jì)和制造應(yīng)當(dāng)能夠釋放氣體,防止干冰升華的壓力上升,造成包裝容器的破裂。

⑤應(yīng)做到充分的絕緣防護(hù),防止電極裸露或絕緣損壞發(fā)生短路。

⑥對使用LP906大包裝的情況,根據(jù)聯(lián)合國危險(xiǎn)品專家委員會(huì)提出的修訂內(nèi)容[6],包裝的使用說明和應(yīng)用條件應(yīng)提供給相關(guān)裝運(yùn)方,內(nèi)容至少要包括:包裝內(nèi)可包含的電池和設(shè)備項(xiàng)目的標(biāo)識(shí),允許裝運(yùn)的最大數(shù)量和最大電量(Wh),以及包裝內(nèi)的防護(hù)配置,包括:性能驗(yàn)證測試中使用的隔離和保護(hù)措施。

⑦《規(guī)章范本》還對此類包裝驗(yàn)證的測試項(xiàng)目和評估方法進(jìn)行了指導(dǎo)規(guī)定。

a.評估應(yīng)在相同的質(zhì)量管理體系下進(jìn)行,如第2.9.4(e)小節(jié),以確保測試結(jié)果、參考數(shù)據(jù)和特征模型可追蹤。

b.應(yīng)清楚地列明在運(yùn)輸條件下使用的內(nèi)包裝,荷電狀態(tài)(SOC),使用足夠的阻燃、絕緣、具有吸附功能和防震功能的防護(hù)材料,可能發(fā)生電池?zé)崾Э氐奈ｋU(xiǎn)警示,并明確標(biāo)識(shí)、加以量化;列明鋰電池或電池組可能發(fā)生的危險(xiǎn)清單,如:迅速解體爆炸、連續(xù)的危險(xiǎn)熱反應(yīng)、燃燒火焰和高溫?zé)崃?產(chǎn)生有毒性氣體、腐蝕性蒸氣,易燃?xì)怏w或蒸氣的危險(xiǎn)擴(kuò)散等。這類危害的量化應(yīng)依據(jù)最新的科學(xué)文獻(xiàn)。

c.根據(jù)所提供容器的保護(hù)能力和制造的材料特性,確定包裝的緩解效果并予以定性。應(yīng)根據(jù)技術(shù)特征和圖紙,列出對此的技術(shù)評估,如密度、比熱容、熱值、熱傳導(dǎo)率、熔化溫度、起燃溫度和外包裝的熱傳導(dǎo)系數(shù)等。

d.通過測試和可能的輔助計(jì)算,評估正常運(yùn)輸條件下包裝內(nèi)電池或電池組的熱失控結(jié)果。

e.如未知電池或電池組的SOC,評估應(yīng)參考電池或電池組較高充電狀況的結(jié)果。

f.根據(jù)包裝的氣體裝置系統(tǒng),說明使用和運(yùn)輸?shù)闹車鷹l件,包括對氣體或煙霧排放可能對環(huán)境造成的后果,如采用通風(fēng)或其他方法。

g.試驗(yàn)或模擬計(jì)算應(yīng)考慮電池內(nèi)部熱失控所觸發(fā)和傳導(dǎo)的最壞情況,包括正常運(yùn)輸條件下可能發(fā)生的最壞情況,可能傳播的最大熱量排放和燃燒的火焰。

h.評估所有的情形下,所檢測涵蓋的時(shí)間應(yīng)足夠長(如24 h),使得所有結(jié)果都能反映和呈現(xiàn)出來。

i.對有多件電池或多件含有電池的設(shè)備,應(yīng)考慮附加要求,如:電池和設(shè)備的最大數(shù)量、最大能量的總量以及包裝內(nèi)的配置,包括使用各部件進(jìn)行的分隔和保護(hù)。

3 歐美國家的案例

美國和德國已開發(fā)了各類適用于DDR鋰電池的滅火材料和防火包裝,使用的防護(hù)容器采用多種技術(shù)和復(fù)合材料,包括:高效的滅火玻璃顆粒及制成的滅火枕墊,新材料制作的防火毯和防火包,特種結(jié)構(gòu)的電池防火箱。在實(shí)驗(yàn)室中,模擬鋰電池在包裝內(nèi)起火,在規(guī)定的燃燒測試條件下,保證外包裝完好無損,鋰電池沒有迸射到包裝之外,燃燒產(chǎn)生的煙霧沒有擴(kuò)散到容器之外,容器外沒有鋰電池燃燒的火焰,包裝外表面溫度低于100℃。這些產(chǎn)品有:美國賽貝克火災(zāi)控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司(CellBlock FCS,LLC)開發(fā)的電池防火產(chǎn)品;美國阿曼克斯有限責(zé)任公司(Americase,LLC)開發(fā)的DDR鋰電池包裝的系列產(chǎn)品;德國扎爾格斯有限責(zé)任公司(ZARGESGmbH)開發(fā)的電池運(yùn)輸箱。當(dāng)事國政府部門依據(jù)實(shí)驗(yàn)室的測試數(shù)據(jù)和報(bào)告,批準(zhǔn)在市場上出售和應(yīng)用,解決了高危鋰電池回收運(yùn)輸問題。

3.1 美國賽貝克公司

美國賽貝克公司開發(fā)生產(chǎn)的電池防火產(chǎn)品有:滅火顆粒(泡沫玻璃顆粒)、防火毯、防火包和電池防火箱等。

3.1.1 滅火顆粒(泡沫玻璃顆粒)

將回收的廢棄玻璃研磨成粉末,再與發(fā)泡劑和黏結(jié)劑高溫加工,制成白色的非晶態(tài)礦物質(zhì)顆粒,可用于金屬材料燃燒的高溫滅火、鋰電池滅火和可燃液體滅火等。這些玻璃顆粒的特點(diǎn)是,具有眾多的微小細(xì)孔,不易燃燒,100%礦物質(zhì)材料,無污染且符合安全環(huán)保要求。滅火的特性有:

a.窒息效果,玻璃顆粒富有豐富的細(xì)微孔洞和空隙,覆蓋在火焰上能吸收和置換周圍的氧氣,從而使火焰被熄滅。

b.散熱效果,顆粒內(nèi)的空隙有較強(qiáng)的熱容量,可快速吸收熱量、減緩燃燒反應(yīng)速度、減弱火勢,降低連鎖的熱反應(yīng)。

c.隔離效果,該材料具有玻璃特性,在高溫下可以熔化,從而吸收熔化所需的熱量,冷卻火焰,并在周圍形成玻璃熔漿,覆蓋和隔離氧氣進(jìn)行的燃燒反應(yīng),因此,可撲滅較難控制的高溫火災(zāi)和金屬火災(zāi),如,鈉、鎂和鋰的燃燒。

d.氣密效果,玻璃顆粒的形狀一致,可以對著火點(diǎn)形成非常致密的覆蓋和堆積,填充周圍空隙,阻止氧氣的供應(yīng),從而防止燃燒范圍的擴(kuò)大。

e.吸水效果,顆粒的多孔特征,可形成極大的顆粒表面,以吸附泄漏的電解液。

f.氣體過濾,可以吸收燃燒產(chǎn)生的各種有害氣體,實(shí)現(xiàn)氣體過濾的效果。

g.顆粒測試,使用玻璃顆粒對鋰離子電池進(jìn)行滅火測試,覆蓋約 20 cm厚的玻璃顆粒,60 s后目視不到火焰,10 min后,火被撲滅;6～12 h后,完全冷卻。白色玻璃顆粒是穩(wěn)定、不含結(jié)晶的SiO2,不會(huì)產(chǎn)生使用蛭石引起的粉塵和石英污染,不會(huì)對使用者造成傷害。產(chǎn)品通過了德國玻璃工業(yè)冶金協(xié)會(huì)和德國玻璃技術(shù)協(xié)會(huì)(HVG-DGG)的安全測試[11]。

h.制造應(yīng)用,玻璃顆?？刹捎没厥盏娘嬃喜Ａ亢蛷U棄平板玻璃,研磨加工成的粉末與黏結(jié)劑和發(fā)泡劑混合,在回轉(zhuǎn)爐窯中加熱至800～870℃并停留10～15 min,按設(shè)計(jì)要求制成0.04～16.00mm不同直徑的顆粒。40μm的小顆?？捎糜跍缁鹌髦?較大的混合顆粒可用于散裝容器的滅火。

i.玻璃顆粒與非易燃織物材料制成各種尺寸的滅火枕墊,應(yīng)用于各種場景的滅火。

3.1.2 防火毯

該高溫防火毯使用三層復(fù)合阻燃材料,其中,起主要作用的是Kelvar耐火復(fù)合纖維,可充分抵御金屬燃燒的高溫火焰,極限耐受溫度可達(dá)1 000℃,是鋰電池?zé)崾Э貢r(shí)理想的隔熱和防護(hù)材料,能直接應(yīng)用于燃燒點(diǎn)的覆蓋和熱輻射源的隔離。產(chǎn)品依據(jù)美國聯(lián)邦法規(guī)14 CFR,Part 25 D§25.853標(biāo)準(zhǔn)[12],經(jīng)由美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室測試,分別通過了耐火性12 s垂直燃燒的驗(yàn)證測試[13]和60 s垂直燃燒的驗(yàn)證測試[14]。

3.1.3 防火包

防火包采用滅火毯以及玻璃顆粒滅火枕墊制成的便攜式防火包和防火袋,用于電子設(shè)備(手機(jī)和平板電腦等)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的滅火和隔離,可減少和抑制鋰電池火災(zāi)燃燒產(chǎn)生的有毒煙霧。防火包通過FAA認(rèn)可的第三方實(shí)驗(yàn)室航空火焰實(shí)驗(yàn)室(Aeroblaze Laboratory Inc.)的測試[15],被批準(zhǔn)應(yīng)用于民用航空器的鋰電池火災(zāi)的施救。

3.1.4 電池防火箱

開發(fā)的特種鋰電池存放和運(yùn)輸箱,有多種尺寸供不同的場景使用,其中,最大型號(hào)MaxCase可以裝運(yùn)較大型號(hào)的鋰電池系統(tǒng)(如動(dòng)力電池),包裝箱內(nèi)部尺寸為119 cm×60 cm×47 cm,可裝載鋰電池的最大質(zhì)量134 kg,毛重達(dá)400 kg。電池防火箱體(4B/X400/S/)采用鋁質(zhì)板作殼體,內(nèi)部襯有0.317 5 cm鋼板和專用的防火板,箱體內(nèi)各面均覆蓋了由玻璃顆粒制成的滅火枕墊,依靠填充滿的玻璃顆粒在著火時(shí)墜落,實(shí)行重力式滅火;包裝箱還裝有氣體過濾和泄壓裝置,過濾燃燒產(chǎn)生的有害和有毒煙霧,還能在電池爆炸時(shí)降低包裝內(nèi)的壓力,避免引發(fā)包裝容器的破裂和傷害。各型號(hào)的電池防爆容器均通過了壓力工程服務(wù)公司(Stress Engineering Services,Inc.)和UL公司的爆炸測試[16],并獲得了美國交通部(DOT)的多項(xiàng)批準(zhǔn)[17-18],授權(quán)用于DDR電池的道路運(yùn)輸。

3.2 美國阿曼克斯公司

美國阿曼克斯公司也開發(fā)了DDR鋰電池包裝的系列產(chǎn)品。使用防火隔熱材料生產(chǎn)的電池防火袋,可包裝含DDR鋰電池的消費(fèi)類電子產(chǎn)品(手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦),外包裝套用纖維板箱(4G/X5/S/)進(jìn)行轉(zhuǎn)移和運(yùn)輸。采用纖維板箱(4G/X5/S/)加鋁箔隔熱內(nèi)襯,獲得更強(qiáng)的熱防護(hù)能力,比單獨(dú)的纖維板箱更堅(jiān)固,應(yīng)用于稍大的DDR鋰電池運(yùn)輸。應(yīng)用工業(yè)級(jí)強(qiáng)度的鋁材制作的大型電池運(yùn)輸箱(4B/X59.5/S/),能裝載5 700Wh電量的鋰電池,采用更高的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造,性能超過ATA 300 Cat 1標(biāo)準(zhǔn)[19],可滿足美國聯(lián)邦法規(guī)49CFR 173.168[20]火焰穿透和熱阻的要求。該產(chǎn)品解決了DDR車輛動(dòng)力電池的運(yùn)輸包裝問題,分別獲得DOT的批準(zhǔn)[21-22]和應(yīng)用。阿曼克斯公司還開發(fā)了超大型電池防火箱,能裝載乘用車底盤尺寸的大型動(dòng)力電池,全面解決各類DDR動(dòng)力電池的運(yùn)輸包裝難題。

3.3 德國扎爾格斯公司

德國扎爾格斯公司開發(fā)了電池運(yùn)輸箱產(chǎn)品。

DDR電池運(yùn)輸箱K470 Battery Box-40582箱體內(nèi)部尺寸為550mm×550 mm×220 mm,容量67 L,載重11.5 kg,最大毛重65 kg,設(shè)有2個(gè)鋁制隔板,可容納3只電池,電池最大容量814Wh。箱體采用鋁制全焊接框架結(jié)構(gòu),配套倫奇化學(xué)有限公司(Rench Chemie GmbH)開發(fā)的 Perleen? 444[23]玻璃防火纖維襯墊。Perleen?444玻璃防火纖維襯墊富有微孔和皺褶紋理,具有吸附和防火特性,不但絕緣且質(zhì)量輕,耐火溫度高達(dá)1 200℃,富有彈性的皺褶結(jié)構(gòu)具有較好的減震效果,能吸附泄漏的有害液體物質(zhì);采用耐火性強(qiáng),耐撕裂纖維織物填充Perleen?444制作的防火襯墊,可起到較好的保護(hù)和防火效果。

ZARGES-K470箱(4B/X126/S/)通過了德國聯(lián)邦材料研究和測試研究所(BAM)授權(quán),根據(jù)DIN EN 60529[24]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的水密性測試,以及噴射弓和噴嘴的耐水性測試。在防火測試中,火焰未擴(kuò)散到相鄰的包裝,容器表面溫度低于100℃,符合歐盟的《危險(xiǎn)貨物國際道路運(yùn)輸歐洲公約》(ADR)的標(biāo)準(zhǔn)要求,適合特別規(guī)定SP376中按P908要求運(yùn)輸?shù)膿p壞的鋰電池或設(shè)備。該包裝箱中沒有氣體過濾功能的裝置,不適用P911和LP906規(guī)定的運(yùn)輸包裝。

4 電池防火箱的設(shè)計(jì)原則和要求

目前,我國鮮有DDR動(dòng)力電池運(yùn)輸包裝生產(chǎn)、開發(fā)和設(shè)計(jì)的依據(jù)應(yīng)參照國際規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容,主要有以下幾點(diǎn)。

4.1 容器結(jié)構(gòu)

應(yīng)優(yōu)先考慮鋁質(zhì)板材作為箱體材料,提高耐高溫性并減輕質(zhì)量。對于大型鋰電池系統(tǒng),如乘用車的動(dòng)力電池,因尺寸過大需采用鋼板制作,并且考慮箱體內(nèi)部施加支撐的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。箱體各處連接采用全焊接方式,不僅增加容器強(qiáng)度,還可防止氣體和電解液的泄漏;包裝箱的上配件,如鉸鏈、鎖扣、拉環(huán)、吊鉤,應(yīng)使用金屬材料,保證足夠的強(qiáng)度,配件與箱體的連接盡可能使用焊接方式。

DDR包裝箱的開啟方式,除一般的上開式之外,大型電池需使用輔助設(shè)備(如叉車或起重機(jī)械)進(jìn)行裝箱,可考慮采用側(cè)開箱式或罩蓋式結(jié)構(gòu),方便電池裝卸。

4.2 隔熱材料

在尚未開發(fā)類似玻璃顆?；虿ＡЮw維的滅火新材料之前,可考慮替代品蛭石。蛭石是一種被危險(xiǎn)品行業(yè)普遍應(yīng)用的防火材料[7],有較高的耐高溫性,熔點(diǎn)為1 300～1 400℃,有較高的耐高溫性,能承受1 200℃灼燒,蛭石板做為的包裝箱內(nèi)襯,能起到隔熱和防護(hù)的功效。蛭石板具有較強(qiáng)的可加工性,切割和固定方便,且質(zhì)量輕、成本低,被廣泛應(yīng)用于各種有隔熱防護(hù)要求的場景,如防火門、消防通道、高級(jí)廚具和各類工業(yè)保溫防火。蛭石板是由膨脹的蛭石制成,不但絕緣,還具有較強(qiáng)的吸附功能,對液體吸收率達(dá)到35%～40%,可吸附破損電池泄漏出的電解液。

4.3 氣體管理裝置

在箱體側(cè)面安裝氣體過濾和減壓閥門裝置,充分過濾電池燃燒時(shí)排出的有毒氣體和易燃?xì)怏w;另外,在電池起火爆炸時(shí),減壓閥能使包裝內(nèi)的氣體泄壓,避免發(fā)生箱體破裂或迸射,造成更大的事故和危害。應(yīng)考慮將氣體過濾和減壓兩項(xiàng)功能集合于一個(gè)裝置中。

4.4 包裝測試

首先,須按危險(xiǎn)貨物包裝性能PGⅠ的標(biāo)準(zhǔn)測試,箱體為4A/X、4B/X、50A/X、50B/X;其次,進(jìn)行燃燒測試,通過對一定電量(Wh)和質(zhì)量的鋰離子電池進(jìn)行誘導(dǎo)性熱反應(yīng)燃燒,測試箱體的耐高溫性,確保容器不發(fā)生破裂,包裝表面溫度沒有長時(shí)間高于100℃,沒有火焰和有毒氣體泄漏。

4.5 政府的批準(zhǔn)

破損鋰電池未列入2020年11月新發(fā)布的《國家危險(xiǎn)廢物名錄》[25],破損電池的運(yùn)輸無須獲得環(huán)保部門的批準(zhǔn),解除了業(yè)內(nèi)的擔(dān)憂。我國廢舊鋰電池都是通過道路進(jìn)行運(yùn)輸,按照國際上的通行做法及管理職能劃分,屬于交通部門的管理范圍。JT/T617-2018《危險(xiǎn)貨物道路運(yùn)輸規(guī)則》[26]尚未與已經(jīng)執(zhí)行的ADR和《規(guī)章范本》同步更新,P911和LP906包裝規(guī)則內(nèi)容還未列入我國交通部的標(biāo)準(zhǔn)中,相信在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)更新中將會(huì)加入此項(xiàng)規(guī)則。另外,我國當(dāng)前也沒有此類項(xiàng)目的審批或政府部門的批準(zhǔn)案例,開展和進(jìn)行此項(xiàng)工作還需進(jìn)行更多的評估和討論。

5 結(jié)論

我國的鋰電池發(fā)展極為迅速,國家大力提倡和鼓勵(lì)綠色能源經(jīng)濟(jì),電動(dòng)汽車購買和保有量已超過世界總量的一半。早期生產(chǎn)的動(dòng)力電池,因受到技術(shù)水平和設(shè)計(jì)制造能力的限制,已逐步進(jìn)入退役和淘汰階段;同時(shí),隨著購買群體和使用數(shù)量快速增長,各種交通事故的發(fā)生,或因電池質(zhì)量問題導(dǎo)致的燃燒爆炸事件,使危險(xiǎn)性鋰電池大量產(chǎn)生,迫使我們需要盡快解決運(yùn)輸包裝問題,規(guī)范和安全應(yīng)用符合標(biāo)準(zhǔn)的包裝設(shè)備,開展鋰電池回收工作刻不容緩。

破損的鋰電池是危險(xiǎn)性極高的物品,采用正確有效的防護(hù)和包裝,是減少損失、防止次生災(zāi)害的重要措施,科學(xué)的研究和設(shè)計(jì)包裝,可以預(yù)防和應(yīng)對各種危險(xiǎn)災(zāi)害。鋰電池發(fā)生熱反應(yīng)和燃燒,產(chǎn)生的高溫需要使用性能優(yōu)良的防火材料來隔絕;而電池發(fā)生解體和爆炸,外包裝要具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,阻止爆炸物迸射到容器外;使用的墊襯材料要有充分的吸附功能,防止破損電池的電解液泄漏至包裝外;另外,容器還需考慮設(shè)計(jì)含有氣體過濾和泄壓功能的裝置,阻止容器內(nèi)電池燃燒產(chǎn)生的大量毒性氣體有害排放;泄壓閥門,要能防止容器內(nèi)部壓力過大而發(fā)生包裝破裂。

我國在新型滅火材料的開發(fā)和應(yīng)用方面,與發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距,缺乏類似玻璃泡沫一類的滅火材料,是開發(fā)性能優(yōu)良的電池防火裝置時(shí)存在的最大障礙。這些材料的研發(fā)制造工作,仍有待相關(guān)機(jī)構(gòu)加以重視和彌補(bǔ)。

電池防火箱的研制開發(fā),需要全面和系統(tǒng)的討論,需要進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)的設(shè)計(jì),確保產(chǎn)品通過實(shí)驗(yàn)測試,充分驗(yàn)證在各種危險(xiǎn)條件下都能滿足要求、符合對破損電池防護(hù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

我國已經(jīng)成為鋰電池制造和應(yīng)用大國,各項(xiàng)鋰電池的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范正在加緊制定。動(dòng)力電池回收的運(yùn)輸包裝研究和標(biāo)準(zhǔn)制定,還需要行業(yè)內(nèi)共同努力和完善。安全是頭等大事,只有充分做好安全防護(hù)工作,才能使得新能源事業(yè)健康發(fā)展。