中国民用航空局运输司 锂电池的基本常识 锂电池的危险性有哪些 为什么锂电池会被划分为危险品 怎样才能做到锂电池的安全航空运输 可依据的规章制度是什么 本指南将为您解答这些问题 并告诉您更多信息 锂电池基础知识 及航空运输指南 基于 技术细则 2013-2014 版 中国民航局运输司 地址 北京市东城区东四西大街 155 号 邮编 100710 电话 010-64091922 传真 010-64092972 出版 中国民用航空 杂志社 装帧设计 杨子波
中国民用航空局运输司 锂电池基础知识及航空运输指南 基于 技术细则 2013-2014 版 1
锂电池基础知识及航空运输指南 目录 锂电池的重要性锂电池是危险品锂电池分类锂电池工作原理锂电池危险性分析锂电池货物运输锂电池的运输标签锂电池包装外观样例 4 6 8 10 12 14 16 17 2
锂电池的运输文件样例锂电池包装说明概要锂离子电池运输流程图锂金属电池运输流程图旅客和机组携带锂电池乘机航空邮寄锂电池锂电池应急处置锂电池宣传 18 20 33 35 36 40 44 46 3
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池的重要性 与我们的生活密切相关 锂电池如今备受推崇, 大到电动汽车, 小到电脑主板电池, 几乎随处可见它们的身影, 锂电池已经成为了人们日常生活不可或缺的一部分 4
锂电池的重要性 锂电池产值在电池行业所占比重激增 优越的性能使锂电池的应用越来越广泛, 全球电池生产行业中, 锂电池所占的比重接近 90% 中国锂电池产量居世界前沿 2011 年, 我国锂离子电池出口量为 11.34 亿只, 出口额为 38.98 亿美元 锂原电池出口量约 6.7 亿只, 出口额约 1.13 亿美元 亚洲的锂电池出口份额占世界 80% 5
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池是危险品 锂电池的危险性 锂电池属于第 9 类危险品电池短路 过度充电 极限温度 错误操作或其他错误的情况下都能够有可能造成锂电池的破损 起火, 甚至于爆炸 锂电池可能引发不安全事件 6
锂电池是危险品 空运锂电池不安全事件 近几年, 在航空运输中不同程度地发生过一些关于锂电池的货物运输的不安全事故 事件 ; 另外, 在旅客乘坐飞机出行的过程中, 也发生过旅客携带的锂电池发生着火燃烧的事件, 严重影响了航空运输的安全性 2006 年 2 月 8 日, 锂电池造成 UPS 航班失火事件 2006 年 6 月 2 日, 国航锂电池运输导致货舱火警警报事件 2010 年 9 月 3 日, 锂电池导致 UPS 迪拜坠机事件 2010 年 5 月 25 日, 国航 CA1549 航班空中客舱锂电池起火事件 各国研究和加强锂电池运输管理 锂金属电池一旦在飞行中起火燃烧, 现在飞机上使用的 Halon 灭火剂不能将其扑灭, 并且其燃烧产生的溶解锂会穿透货舱或产生足够压力冲破货舱壁板, 使火势蔓延到飞机的其它部分 研究发现, 货舱内即使已被扑灭的火情, 其导致的货舱高温仍会使此类电池自燃并引发强烈燃烧 因此, 美国要求锂金属电池应装载在货机上运输 美国 英国 阿联酋 加拿大 中国等民航局发布风险提示, 要求关注大宗锂电池货物运输的安全问题, 强调按规章 标准操作 美国 FAA 还强调锂电池货物应装载在 C 级货舱, 以保证安全 7
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池分类 电池分类 一次电池和二次电池 : 一次电池 : 用完即丢, 无法重复使用, 如 : 碳锌电池 碱性电池 水银电池二次电池 : 可充电重复使用, 如 : 镍镉充电电池 镍氢充电电池 锂充电电池 铅酸电池 太阳能电池 锂电池分类 锂金属电池和锂离子电池 : 锂金属电池通常是不可充电的一次电池, 且内含金属态的锂 锂离子电池不含有金属态的锂, 并且是可以充电的二次电池 8 液态锂离子电池 (LIB) 和聚合物锂离子电池 (PLB): 液态锂离子电池是指锂离子嵌入化合物为正 负极的二次电池 正极采用锂化合物 LiCoO2 或 LiMn2O4, 负极采用锂 - 碳层间化合物 聚合物锂离子电池是指电池的正极 负极和电解质三种主要构造中至少有一项使用高分子材料作为其主要基材的二次电池系统
锂电池分类 锂电池与锂电池芯 锂电池芯是指由一个正极和一个负极组成且两个电极之间有电位差的单一的 封闭的电化学装置 锂电池是指用电路连接在一起的两个或多个电池芯, 并安装有使用所必需的装置, 如 : 外壳 电极端子 标记和保护装置等 锂电池与锂电芯的主要区别 : 锂电池有保护电路, 为成品电池 ; 电芯无保护电路 锂电池锂金属电池 ( 钮扣电池 ) 锂离子电池 锂电池芯 锂含量与额定能量 锂含量用来表征锂金属电池中锂的量值, 用克 (g) 为单位,g = A/h 0.3 额定能量用来表示锂离子电池能量的量值, 用瓦特小时 (Wh) 为单位 电池上直接标记有 Wh 数, 或者标记有标称电压 (V) 和额定容量 (Ah),Wh=V Ah 注意 : 如果电池上只标记有毫安时 (mah), 可将该数值除以 1000 得到安培小时 (Ah) 如图示,1000mAh/1000=1 Ah 3.6 V 1 Ah=3.6Wh 9
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池工作原理 锂电池构造 正极构造 LiCoO 2 + 导电剂 + 粘合剂 (PVDF) + 集流体 ( 铝箔 ) 负极构造石墨 + 导电剂 + 增稠剂 (CMC) + 粘结剂 (SBR) + 集流体 ( 铜箔 ) 正极上发生的反应 : LiCoO 2 Li 1-x CoO 2 + xli + + xe( 电子 ) 负极上发生的反应 : 6C + xli + + xe Li x C 6 锂电池总反应 : LiCoO 2 + 6C = Li 1-x CoO 2 + Li x C 6 10
锂电池工作原理 锂离子电池实际上是一个能量转换器件 在正常充放电情况下, 锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出, 一般只引起层面间距变化, 不破坏晶体结构, 在充放电过程中, 负极材料的化学结构基本不变 因此, 从充放电反应的可逆性看, 锂离子电池反应是一种理想的可逆反应 充电过程 : 一个电源给电池充电, 此时正极上的电子 e 通过外部电路跑到负极上, 正锂离子 Li+ 从正极 跳进 电解液里, 爬过 隔膜上弯弯曲曲的小洞, 游泳 到达负极, 与早就跑过来的电子结合在一起 放电过程 : 放电时, 电子和 Li+ 都是同时行动的, 方向相同但路不同, 电子从负极经过电子导体跑到正极, 锂离子 Li+ 从负极 跳进 电解液里, 爬过 隔膜上弯弯曲曲的小洞, 游泳 到达正极, 与早就跑过来的电子结合在一起 摇椅电池 : 锂离子进入电极过程叫嵌入, 从电极中出来的过程叫脱出, 在充放电时锂离子在电池正负极中往返的嵌入 - 脱出, 正像摇椅子一样在正负极中摇来摇去, 故有人将锂离子电池形象的称为 摇椅电池 11
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池危险性分析 影响锂离子电池安全性的内部因素 电极材料 : 金属锂是一种特别活泼的金属, 遇水或潮湿空气会释放易燃气体, 化学反应方程式是 2Li+2H 2 O=2LiOH+H 2, 因此金属锂属于第 4.3 项遇湿易燃的危险品, 反应产物氢气 (H 2 ) 为易燃气体 电解质 : 有机电解质溶液 ( 锂盐类电解质 ) 属易燃物, 受热 ( 内部 外部 ) 可引起电池爆炸起火, 并分解产生气体 ( 如 CO 2 CH 4 C 2 H 6 C 3 H 6 等 ) 及其他产物 ( 如水 ) 隔离膜 : 高分子薄膜的强度很低, 在航空运输中, 由于气流的影响飞机很容易颠簸, 行李之间强烈的碰撞有可能损坏这层薄膜, 导致电池内短路, 短时间内放出大量的热, 由于电池内的有机电解液 ( 锂盐类电解质 ) 属易燃物, 从而引发燃烧或者爆炸 12 制造工艺 : 工艺本身的纰漏导致电芯极耳过长, 与极片或与壳体接触造成内短路 ; 或极耳压迫卷芯, 导致正负极短路 ; 或在在本应绝缘的两极之间, 留下金属粉末 铜箔 铝箔碎片, 这些角料在电池较热的情况下 ( 多见于长时间使用或充电时 ), 就像沸水中的米粒一样, 在电解液中作随机性热运动 如果恰好有微粒或碎片接近电池正负极中间的隔膜, 就可能造成隔膜穿孔, 进而引发微短路, 造成爆炸, 极粉刺穿隔膜造成电池爆炸
锂电池危险性分析 影响锂离子电池安全性的外部因素 过充电 : 由于锂电池负极无法嵌入更多的锂离子, 导致锂离子在负极表面以金属锂析出, 造成枝晶锂现象的出现, 当枝晶锂生长到一定程度便会刺破隔膜, 造成电池内部短路, 从而引发安全事故 外短路 : 导体将电池的正负极直接接通, 造成电池体系高温过热, 从而导致电池的自燃或爆炸 高温 : 锂电池所处的环境温度较高时, 例如处于 150 环境下 30 分钟, 就会出现内部压力骤增, 引发燃烧和爆炸 搬运 包装 储存不当 : 都有可能造成电池的短路, 释放出大量的热量, 从而引发燃烧和爆炸 电池突然鼓起, 险些自燃 主要原因分析 由上可见, 各种因素直接或间接造成的电池内 外部短路, 是导致锂电池安全事故发生的主要原因 造成漏液锂电池体内温度上升较慢的情况下, 外壳逐渐溶化, 保护层起不到保护作用, 导致有腐蚀性的电解液的泄漏 造成自燃当锂电池短路时产生的火花会在瞬间点燃电解液, 这是由于电解液由易燃液体构成, 燃烧的电解液会跟着引燃塑料机身, 导致电池燃烧, 电池周围如果有易燃物的话将会造成火灾 造成爆炸锂电池体内温度上升较快, 由于外壳不象在温度上升较慢时会逐渐溶化, 因而导致电池内部空间不足以容纳加热情况下的膨胀气体, 电池容器因压力过大而爆炸 13
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池货物运输 锂电池货物包括 3 种 单独的锂电池安装在设备中的锂电池和设备包装在一起的锂电池 单独运输锂电池 安装在设备中的锂电池 和设备包装在一起的锂电池 所有货物都必须满足的条件 锂电池必须通过 UN38.3 测试, 除非得到了中国民航局的 A88 特殊批准 包装件必须通过 1.2 米跌落测试, 安装有锂电池的设备运输时可以免除此项要求 14
锂电池货物运输 UN38.3 测试的重要意义 该测试是联合国 危险货物运输建议书 试验和标准手册 中规定的锂电池运输条件 该测试除检测电池的防短路 过充 过放等安全性能外, 还模拟运输中的温度 压力 振动 碰撞等条件对电池进行测试 振动测试高度测试温度测试冲击测试 外短路测试撞击测试过充电测试过放电测试 包装件 1.2 米跌落测试 该测试模拟运输条件, 测试包装件的强度和包装内的固定措施 该测试不适用于安装有锂电池的设备, 例如 ipad 15
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池的运输标签 16
锂电池的运输标签 / 锂电池包装外观样例 锂电池包装外观样例 17
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池的运输文件样例 18
锂电池的运输文件样例 / 锂电池包装说明概要 19
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池包装说明概要 20
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锂电池基础知识及航空运输指南 旅客和机组携带锂电池乘机 可以携带的含锂电池设备有 3 类 便携式电子医疗设备电动轮椅 / 代步工具个人自用的便携式电子消费品 电动轮椅代步工具便携式电子医疗设备 平板电脑笔记本电脑电子手表 32 36 手机照相机摄像机
旅客和机组携带锂电池乘机 锂电池的能量限制 一般不能超过 100Wh 100~160Wh 需要得到航空公司批准注 1: 个人自用的便携式电子消费品一般不会超过 100Wh, 但是专业的媒体摄像机电池可能会超过 100Wh 注 2: 锂电池上标注有能量值 (Wh), 或者标注容量 (ma/h) 和电压 (V), 可以通过公式 (Wh = A/h V) 计算得出能量值 手机锂电池 700mAh 3.7V=2.59Wh 家用数码摄像机锂电池 笔记本电脑锂电池 专业摄像机用锂电池 5.3Wh 14.4V 2.6Ah=37.44Wh 120Wh 需要航空公司批准 旅客携带锂电池的方式 含锂电池的设备既可以托运, 也可以手提或随身备用锂电池严禁托运, 只能手提或随身 含锂电池设备可以托运 备用锂电池严禁托运 37 33
锂电池基础知识及航空运输指南 备用锂电池的数量 不超过 100Wh 时, 可携带个人自用的合理数量 100 ~ 160Wh 时, 每人携带不能超过 2 块 安全事项 设备应关闭, 并防止意外启动备用电池要单个做好防短路措施建议每个电池放入一个小盒或塑料袋中切忌多个电池散乱堆放在一起 切忌多个电池散乱堆放在一起, 也不要和其他金属物品放在一起 电池可以放在塑料袋中 电池可以放在盒子内 电池的质量保证 要求所有锂电池都应该通过了 UN38.3 测试 建议从正规渠道购买正规厂家生产的电池 34 38
旅客和机组携带锂电池乘机 旅客携带锂电池规定一览表 39 35
锂电池基础知识及航空运输指南 航空邮寄锂电池 适用范围 锂电池芯能量不超过 20Wh 锂电池能量不超过 100Wh 锂电池必须安装在设备中 单个包装件内不得超过 4 块电池芯或 2 块电池 可以收寄的含锂电池设备 举例 注 这是具有代表性的常见的电子设备清单 它们都是含有不超过 4 个电池芯 或不超过 2 块电池的电子设备 因此符合邮政要求 36 40
航空邮寄锂电池 不能收寄的含锂电池设备 ( 能量超过限值 ) 注 : 以上设备是不收寄的, 因为设备中的锂电池超过额定瓦特小时或锂含量, 或者属于 单独包装的锂电池以及与设备包装在一起的锂电池 邮政经营单位的工作要点 编制危险品培训大纲, 得到民航批准对员工进行危险品培训编制防止收寄其他危险品的程序, 得到民航批准 41 37
锂电池基础知识及航空运输指南 防止收寄其他危险品的培训和宣传 * 注 这些例外 在 UPU 公约的规定中是可接收的 对危险品标记标签的识别培训 38 42
航空邮寄锂电池 43 39
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池应急处置 锂电池起火原因 设计不合理制造不精细未通过 UN38.3 测试包装不当使用不当等 笔记本使用中起火 笔记本电脑充电过程中起火 电动汽车测试中起火 锂电池有起火和爆炸危险性 40 44
锂电池应急处置 空运锂电池的应急代码 9FZ 代码 9 F Z 含义第 9 类危险品易燃危险性其他危险 飞机货舱的灭火系统可能无法灭火, 考虑尽快着陆 灭火程序 使用所有可以使用的灭火剂首先扑灭外部火焰之后可用大量水降至常温 灭火瓶的结构和使用 1211 灭火剂干粉灭火剂泡沫灭火剂 应急演练 45 41
锂电池基础知识及航空运输指南 锂电池宣传 对旅客的宣传 锂电池有易燃易爆危险性携带锂电池登机有限制带电池设备既可以托运, 也可以随身携带备用锂电池严禁托运, 只能自行携带登机锂电池能量小于 100Wh 时, 可以携带合理数量的电池锂电池能量在 100~160Wh 之间时, 只能携带 2 块, 并且必须得到航空公司的批准消费者常用的便携式电子设备的锂电池通常不超过 100Wh 媒体用的摄像机电池通常在 100~160Wh 之间设备要关闭, 并防止意外启动备用锂电池要单个做好防短路保护, 例如可以放在盒子或塑料袋内 锂电池应用广泛, 有起火危险性, 旅客携带锂电池登机受限制 42 46
锂电池宣传 各国政府和航空公司等的宣传画 携带 锂电池 乘机须知 乘机携带手机 手提电脑 摄像机等自用的含锂电池设备和 出行所需的合理数量的备用电池时 应注意 备用电池 三 不 超 过 100Wh 的 锂 电 池和备用电池设备无需申报 电子设备可以放入托运行李 或随手提行李携带 合理数 量的备用电池只能放入手提 行李携带登机 100Wh 电池设备 手提行李 托运行李 手提行李 四 设 备 中 的 锂 电 池 或 备用锂电池的规格大 于 100Wh 但 不 超 过 160Wh 应向航空公司申 报 在登机前获得航空公司 批准 该规格的备用电池仅 限携带两块 100Wh 电池 设备 160Wh 五 禁止托运或在手提行李 中携带规格超过 160Wh 的 锂电池设备或单个锂电池 登机 如需运送大规格或超 过自用合理数量的锂电池 应向航空公司申报咨询进 行货运 100Wh 备用 电池 160Wh 两块 向航空公司申报 货运 托运行李 切忌多个电 池与其他物 品混放 准 托运行李 六 乘 机 过 程 中 请 关 闭 所 携带的锂电池设备的电源 注意防止设备意外启动 并 采取独立包装等适当措施 做好单个备用电池的电极 保护 防止其因摩擦 碰撞 短路引起自爆自燃 超过合理 数量和限 制规格的 锂电池及 设备 向航空公司申报 在登机前获得 额定能量 Wh = 电池容量 Ah 标称电压 V 100Wh 的备用电池 二 请注意 备用电池禁止 放入托运行李 请将其放入 手提行李携带登机 一 乘机前请确认锂电池上 标注的规格 锂电池规格以 额定能量 Wh 计算 没 有标明额定能量的锂电池 请按下面公式换算 电池放在盒子内 电池放在塑料袋中 手提行李 中国民用航空局招贴画 43 47
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