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リチウムイオン電池の基礎

 


[ 目次へ] 18. 電池の安全性 事故例  
19.電池に関する規則、規制
20. 輸送時の問題



19.電池に関する規則、規制

 リチウムイオン二次電池を対象とした安全規格は、UL(Underwriters Laboratories Inc.)の規格がもっとも有名です。
 ULは米国の民間団体であり、米国の公的な規格ではありませんが、しかし、米国、カナダで販売するためにはデファクト・スタンダードとも言うべきものです。IECやJIS等、国際規格や日本の規格も、基本的にはUL規格をベースとしています。

  ULの、リチウムイオン電池セルに関する規格としては、UL1642があり、電池パックとしてはUL2054等、用途に応じていくつかの規格があります。UL1642では表のような試験項目があります。国際規格としてはIEC61960がありますが、上述のごとく、UL1642をベースとした規格となっています。日本電池工業会は独自のセルの安全基準を作成しています。しかし、これは業界の基準であって、規格ではありません。


 弊社ではUL1642認定品であることをセルの最低限の要求事項としており、その他、電池パックに使用する部材は可能な限りUL認定部品を使用しています。


 リチウムイオン電池の安全性試験の項目として、釘刺し試験が行われることがあります。セルの外部で短絡したときの試験はULなどの外部短絡試験で試験ができますが、しかし、セルの内部で短絡が発生したときには簡単に行える試験方法がありません 。
   円筒型リチウムイオン電池ではセル内部にPTC(大電流が流れると抵抗値が急速に大きくなり電流を阻止する。)を備えているのが一般的であり、外部短絡に対してはこれが作動するため、大きな事故にならないことが予想されます。一方、セルの内部で短絡が発生した場合はセルに備わっているいろいろな安全機構が作動せず、短時間にセルのほぼ全エネルギーが放出されることとなります。詳細についてはこちらをご参照ください。
釘刺し試験は満充電状態のセルのほぼ中央付近に鉄製の釘を貫通させるもので、セルの内部短絡のシミュレーション試験であるといわれます。しかし、釘の太さや釘挿入のスピードにより、試験結果が非常に大きく変わります。
このため、厳密さを要求される規格で、釘刺し試験が規定されることはありません。しかし、非常に簡便にできる試験であるため、セルメーカーではセル生産ロットの安全性の確認試験に実施されることもあるようです。

危険物輸送に関する国連勧告

この他にリチウムイオン電池の規格類で重要なものは、航空機輸送のための安全性確認試験があります。
20 輸送時の問題」をご参照ください。

輸出貿易管理令

この他にリチウムイオン電池の規格類で重要なものは、航空機輸送のための安全性確認試験があります。

日本においては主に、ハイテク製品をテロ支援国家等に輸出することを禁止する目的で、「外国為替及び外国貿易管理法」があり、輸出品の自己評価を行い、報告する義務があります。リチウムイオン電池の該非判定基準は「輸出貿易管理令」別表第一の七の項(6)の二次電池、および「輸出貿易管理令別表第一及び外国為替令別表の規定に基づき貨物又は技術を定める省令」の第六条第五号ロで規定されています。これがいわゆるパラメータシートです。

判定項目は2点あります。

(1) 電池の体積が単二形電池を超えるもの( >26.5cm3 )
(2) 5時間率電流での放電及び充電を75回繰り返した後、電圧が放電を開始する直前の電圧の75%になるまで5時間率放電電流で放電を行った場合におけるエネルギー密度が−20℃以上60℃以下の全ての温度範囲において150Wh/kgを超えるもの


この2項目をともに超えるものが該当品目となります。

(1)と(2)が言っていることは、要するに次のようなことです。体積26.5cm3以上で、かつ、電流0.2Cでサイクル試験を75サイクル行った後で、4.2Vから3.15Vまで0.2C放電させたときの容量が、−20℃から60℃の範囲内で、150Wh/kgを超えるもの、ということです。
18650円筒電池は1本が17.1cm3です。2大きな電池であれば、(1 )は該当になります。(2) は最も性能が低くなる−20℃での性能を検討すれば充分です。150Wh/kgという値は、最近はセルの性能が上がってきたため、場合によっては超えることもあり、注意が必要です。なお、該当品目になった場合には輸出に関して、経済産業省の審査が行われ、許可がない輸出は行えないことになります。輸出貿易管理令は、昔のココムリスト規制であり、それに違反したいくつかの会社が、処罰を受け、官庁への入札停止になるなど、厳しい処分をされたものです。くれぐれも、違反されないようにすることをお勧めします。

商用電源に接続される機器は「電気用品安全法」の適用を受けます。要するに壁のコンセントに接続するもの、例えば充電器は認定を受けなければ販売できません。これは外国においても同様で、各国の規制があります。

【 表 UL1642の試験項目一覧 】
1 外部短絡 発火、破裂がないこと。ケース最大温度が150℃以下であること。
2 異常充電 最大充電電流の3倍の電流で連続充電し、発火、破裂がないこと
3 強制放電 組みセルで使用する目的のセルのみの項目。放電状態の供試セルを満充電のセルと直列に接続し、外部短絡させ、発火、破裂がないこと。
4 圧壊 セルを2枚の板で挟み、1.36トンの力で圧壊する。発火、破裂がないこと。
5 衝突 セルの上に丸棒を置いておき、61cmの高さから9.1kgの重りを落下させる。発火、破裂がないこと。
6 衝撃 初期3msの平均が75g、ピークが125-175gの衝撃を3軸について行い、漏液、発火、破裂がないこと。
7 振動 10〜55Hzにわたり、全振幅1.6mmの振動試験を3軸について行い、漏液、発火、破裂がないこと。
8 加熱 室温から1分当たり5℃で昇温し、150℃で10分間保持する。発火、破裂がないこと。
9 温度サイクル 70℃と−40℃の往復を10サイクル行い、漏液、発火、破裂がないこと。
10 低圧 0.11気圧で6時間キープし、漏液、発火、破裂がないこと。
11 射出物 金網かごの中でセルをバーナーで加熱し、セルが破壊されたときにセルからの射出物で金網を貫通しないこと。本項目はエンドユーザが電池交換を行うことを想定している物についてのみ適用される。



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