锂电池在不同运输方式下的豁免情况

王 珍,祝惠惠,华 雯,吴 珂

( 常州工业及消费品检验有限公司,江苏 常州 213017 )

近年来,随着在各行各业的广泛使用,人们对锂电池运输的需求日益增多。 锂电池的危险性主要取决于所含的锂,因为锂是活泼金属,易燃,遇水会剧烈反应,放出氢气。 运输过程中若操作不当,易导致电池被破坏,进而产生高温,甚至发生燃烧和爆炸[1],因此,锂电池的运输安全越来越被重视。

联合国《关于危险货物运输的建议书 规章范本》(简称规章范本)第21 修订版[2]中规定,作为危险货物运输的锂电池需要满足危险货物的包装要求,张贴标签标记,并提供相应的文件资料等,具有一定的合规成本[3]。 在实际情况下,并非所有锂电池运输时的潜在危险都相同,小电池或电池以小包装的方式进行运输时,发生危险的可能性较低。 在风险控制的前提下,国际运输法规在制定时,对于风险相对低的产品豁免了部分运输条件限制。 托运人在合规的前提下,若采用豁免规则进行运输,在保证运输安全的同时,可降低运输成本[4]。 朱洪坤等[5]详细说明了规章范本(第17 修订版)中关于锂电池按照特殊规定188 运输的含义,并不是简单地按照非危险货物进行运输,以及按照其他特殊规定230、310、348 及360 运输时需满足的要求。 H.B.Huo 等[6]指出,锂电池在不同国家运输时,由于各国法规与国际法规之间的差异,导致锂电池运输时存在包装、标签标记和文件上的区别,不利于锂电池的国际运输。

目前的研究,大多数仅分析了锂电池在单一运输方式下的要求。 锂电池在运输时的基本要求来源于规章范本,采用不同的运输方式,合规运输要求存在一定的差异性。 本文作者基于规章范本的要求,对比研究国际海事组织(IMO)《国际海运危险货物规则》(IMDG Code)(39-18 版)[7]、交通运输部标准JT/T617--2018《危险货物道路运输规则》[8]及国际航空协会(IATA)《危险品规则》(DGR)(61 版)[9]中关于锂电池运输要求的豁免条例,总结了要求的异同点。

1 锂电池的运输分类

常规锂电池主要有3 种类型:锂离子电池、锂金属电池以及同时含有锂金属原电芯和锂离子电芯的电池。 锂电池运输时的包装有3 种方式:单独运输、与设备包装在一起运输以及安装在设备中运输。 在规章范本危险货物一览表中,电池根据种类以及运输时所采取的包装方式不同,归类至不同的联合国(UN)编号,具体分类见表1。

表1 锂电池运输的分类Table 1 Classification of lithium batteries transportation

锂电池运输条件的豁免主要分为两大类:第一类是豁免使用危险货物包装(UN 包装);第二类是豁免对联合国《关于危险货物运输的建议书 试验和标准手册》[11](第7 修订版)中第38.3 章节关于锂电池的测试认证试验,即UN38.3试验。 为控制运输风险,确保安全,运输条件的豁免均有一定的限制。

2 锂电池运输条件的豁免

2.1 豁免使用UN 包装的运输要求

锂电池作为危险货物,常规运输时需要使用UN 包装,且须满足Ⅱ类性能要求,但对于“小”电池[即能量小于100 Wh(或20 Wh)的锂离子电池(电芯)和锂质量小于2.0 g(或1.0 g)的锂金属电池(电芯)],在规章范本(第21 修订版)中,满足特殊规定188 的要求,即可豁免UN 包装。 同时含有锂金属原电芯和锂离子电芯的电池,豁免UN 包装时除符合特殊规定188 的要求外,还需满足特殊规定387 的要求。

在海运IMDG Code(39-18 版)中,豁免UN 包装的要求与规章范本一致,而中国道路运输JT/T 617--2018 中并没有关于同时含有锂金属原电芯和锂离子电芯的电池的相关特殊规定。 空运时,对单独运输的锂电池豁免UN 包装的具体要求,见DGR(61 版)包装规范PI965、PI968 的Section ⅠB和Section Ⅱ;对于与设备包装在一起的锂电池需满足的要求,见PI966、PI969 中Section Ⅱ;安装在设备中的锂电池则需满足PI967、PI970 中的Section Ⅱ的要求。 不同包装以及运输方式下,豁免UN 包装的具体要求不尽相同。

锂电池在运输前均需满足一定的质量和制造要求,海运要求详见IMDG Code(39-18 版)第2.9.4 章节,中国道路运输要求详见JT/T 617.2--2018 第5.9.5.1 章节,空运要求详见DGR(61 版)第3.9.2.6.1 章节。 上述具体要求均基于规章范本(第21 修订版)第2.9.4 章节的内容制定。 此外,在空运时,DGR(61 版)包装说明P965 中规定,锂离子电池的荷电量(SOC)不得超过30%[10];当SOC＞30%时,运输前需获得当局批准,而海运与中国道路运输没有相应的规定。

2.1.1 锂电池单独运输

单独运输的锂电池豁免UN 包装时,各运输方式下主要的限制条件基本相同,空运时个别条件有差异。 表2 对比了不同运输方式下,锂电池按照特殊规定SP188 进行单独运输时,豁免UN 包装时要求的异同点。

表2 锂电池单独包装的豁免条件Table 2 Exemption transportation of lithium batteries individually packaged

2.1.1.1 电池的容量或锂含量需满足的要求

3 种运输方式均与规章范本的要求保持一致,即锂金属电池的锂质量,限制为电芯中不大于1.0 g、电池中不大于2.0 g。 锂离子电池能量限制为电芯不大于20 Wh、电池不大于100 Wh。 需要注意的是:对于同时含有锂金属原电芯和锂离子电芯的电池,要求合计锂质量不大于1.5 g,电芯合计能量不大于10 Wh。 JT/T 617--2018 转化自《危险货物国际道路运输欧洲公约》(ADR)2015 版[12],而同时含有锂金属原电芯和锂离子电芯的电池更新于规章范本第20 修订版、ADR-2019 版,因此,JT/T617--2018 并未收录此类电池的豁免要求。

2.1.1.2 包装需满足的要求

可不采用UN 包装,但是包装应完整,有防止电池短路、意外启动的装置,且外包装需要通过1.2 m 跌落测试要求,空运时,包装外侧需标明电池净重和数量。 对于货物的混装要求,空运时,DGR(61 版)PI965、PI968 包装规范 Section Ⅱ的要求最为严格,电池不可与其他危险品放入同一包装中,Section ⅠB 次之,电池不可与第1 类(爆炸品除1.4S)、第2.1 项、第3 类、第4.1 项或第5.1 项放入同一包装中;而在海运IMDG Code(39-18 版)与中国道路运输JT/T 617--2018 中,没有具体规定同一包装中其他货物的危险性,但必须满足电池不发生反应的要求。 对于总质量在12 kg 以上的“大”电池,或安装在设备中的电池,若外包装或设备足够坚固,对电池能够起到一定的保护作用,在海运以及中国道路运输中,包装无需符合4.1.1.3 的要求;而空运需经过始发国的批准,质量超过12 kg 单独运输的锂电池的包装,可不受IATA-DGR 第6 章内容的要求。

2.1.1.3 包装质量需满足的要求

海运IMDG Code(39-18 版)以及中国道路运输JT/T 617--2018 中规定,单个包装毛重不超过30 kg;空运则是限制了锂金属与锂离子电池包装的净重,且要求不同,按照DGR(61 版)PI965、PI968 包装规范Section ⅠB 运输的锂离子电池,要求包装净重不超过10 kg,而锂金属电池要求包装净重不超过2.5 kg,按照Section Ⅱ包装时,锂电池容量或锂含量不同时,净重及数量要求不同,具体见表2。

2.1.1.4 采用集合包装时需满足的要求

空运时,按照DGR(61 版)PI965、PI968 包装规范SectionⅠB 以及Section Ⅱ要求包装的锂电池,不可与第1 类(爆炸品除1.4S)、第2.1 项、第3 类、第4.1 项或第5.1 项放入同一个集合包装中,以防发生危险;海运IMDG Code(39-18 版)与中国道路运输JT/T 617--2018 中,对含有锂电池的集合包装没有明确隔离规定,但在运输时需要考虑锂金属在遇热时可能燃烧爆炸的危险性,不能与可能发生反应的物质包装在一起。

2.1.1.5 包装标签标记需满足的要求

海运时只需显示锂电池的标记;在空运时,依据DGR(61版)PI965、PI968 中不同包装要求运输的包装,标签标记有所不同:按照Section ⅠB 要求的包装,需要显示的标签标记有锂电池标记、锂电池9(A)运输标签及仅限货机运输的标记;按照Section Ⅱ要求运输的锂电池,只需要锂电池标记、仅限货机运输的标记;中国道路运输JT/T 617--2018 由于版本没有更新,没有引入锂电池标记、锂电池9(A)等运输标签,但是要根据特殊规定SP188 的要求,在包装外侧做出相应的文字标记:①根据情况,标明包装内装有“锂金属”或“锂离子”电池或电池组;②标明包装应小心轻放,如果包装损坏,有着火的危险;③标明如果包装受到损坏应遵守的特别程序,包括检查和必要时进行重新包装;④了解该包装其他情况的联系方式。

2.1.2 锂电池与设备包装在一起或安装在设备中运输

对于“设备”一词,在规章范本中有相应的解释,即“由锂电池或电池组作为工作电源的装置”。 针对不同包装方式下与设备在一起运输的锂电池,海运、中国道路运输与空运的豁免的要求也有所不同。 整体来说,考虑到设备也可以作为一个锂电池的“保护外壳”,因此锂电池与设备包装在一起运输时,豁免UN 包装的要求比锂电池安装在设备中运输更为严格。 空运时,锂电池与设备包装在一起或安装在设备中运输时,豁免UN 包装可分别采用DGR(61 版)包装说明P966、P969 或P967 和P970 Section Ⅱ的要求进行操作。 需要注意的是,当包装中同时含有安装在设备中的锂电池和单独包装的备用锂电池时,需要按照锂电池与设备包装在一起时运输的标准,进行分类与包装。

海运、中国道路运输及空运时,与设备包装在一起或安装在设备中的锂电池豁免UN 包装时,运输要求的异同点见表3。

表3 与设备包装在一起或安装在设备中的锂电池豁免条件Table 3 Exemption transportation of lithium batteries packed_________with equipment or installed in equipment

2.1.2.1 电池的容量或锂含量需满足的要求

与锂电池单独运输时的要求相同。

2.1.2.2 包装需满足的要求

与设备包装在一起的锂电池使用非UN 包装进行运输时,要求设备必须固定在包装中,不可移动,须有防止电池意外启动的装置,且包装必须通过1.2 m 的跌落试验,满足电池不损坏、内容物不泄漏等要求。 安装在设备中进行运输的锂电池,由于设备本身可对锂电池起一定的保护作用,无需通过1.2 m 的跌落试验。

2.1.2.3 包装内电池净重及数量需满足的要求

空运时,锂电池无论是与设备包装在一起,还是安装在设备中,DGR(61 版)中包装说明PI966、PI969 或PI967、PI970 Section Ⅱ规定,客机和货机运输均限制每个包装中电池的净重不超过5 kg;对于与设备包装在一起的,在运输时有数量限制,即不超过驱动设备所需数量及两套备用电池。海运以及中国道路运输,对包装内的锂电池没有数量限制。

2.1.2.4 采用集合包装需满足的要求

考虑到成本、防静电等问题,纸箱是目前锂电池在运输时最常见的容器。 考虑到包装的易燃性,集合包装中的物质不应与锂电池发生反应,造成燃烧或者放出大量热,释放易燃、窒息性或毒性气体,以及产生腐蚀性或不稳定物质[13]。

2.1.2.5 豁免运输时锂电池相关标签标记需满足的要求

海运与空运时,均只需要张贴锂电池标记即可。 在海运中,按照IMDG Code(39-18 版)的规定,若包装内只有安装在设备上的扣式电池或者包装中安装在设备中的电芯少于4个,电池少于2 只且每批货物的包装不超过2 个时,可不用张贴相应的标记。 中国道路运输JT/T 617--2018 由于版本问题未引入锂电池标记,需在包装外侧做相应的文字标记。

2.2 豁免UN38.3 试验的运输要求

锂电池的UN38.3 试验,主要是模拟锂电池在不同的运输环境中需承受的各种极端条件,以保证锂电池在整个运输过程中的安全。

规章范本(第21 修订版)中要求锂电池运输时需要随附UN38.3 试验报告,但在某些情况下可不用提供,主要是针对非常规性的锂电池,或处于试验阶段的锂电池。 这些电池可能不满足UN38.3 试验条件,主要包括以下几种:少量生产的电芯或电池、已经损坏的锂电池以及准备回收的锂电池。

2.2.1 少量生产的电芯或电池

这类电池一般是处于研发阶段的原型电池或者小批量生产(生产数量不超过100 只)的电芯或电池,且原型电池运输目的仅是为了进行试验。 考虑到UN38.3 试验时电池的消耗量以及上述电池的实际运输风险,可以不进行UN38.3 试验。 海运以及中国道路运输时,按照特殊规定310 的要求进行操作,海运IMDG Code(39-18 版)中需要满足包装规范P910 中Ⅱ类包装性能水平的规定;而中国道路运输JT/T 617--2018 中规定,每只锂电池需使用独立的内包装,且外包装需满足Ⅰ类包装性能水平的要求;空运时,这类电池需要参考DGR(61 版)特殊规定A88,满足始发国的批准要求,包装容器须达到Ⅰ类包装性能的要求,且仅限货机运输。

2.2.2 已经损坏的锂电池

确认已经损坏的锂电池,本身是无法满足UN38.3 测试要求的。 海运IMDG Code(39-18 版)与中国道路运输JT/T 617--2018 中的要求见特殊规定376。 此类电池进行运输时,需要由技术专家对电池的安全性能进行评估,确定不会造成严重危害时,才可按照包装导则P904 中的要求进行运输。 海运中,增加了对于在正常运输时可能会造成严重危害的锂电池的包装要求,如迅速解体、起火、高温和排放毒气、腐蚀性气体或易燃气体。 这类电池需由主管部门批准后才可运输,所使用的包装须满足包装导则P911 的规定:即Ⅰ类包装性能要求,且包装需标明损坏/残次的锂电池。 中国道路运输中禁止运输可能造成严重危害的电池;空运禁止运输已经损坏的锂电池。

2.2.3 回收的锂电池

海运与中国道路运输时,对于准备处理以及回收的锂电池可按照IMDG Code(39-18 版)与JT/T 617--2018 中的特殊规定377 进行运输。 这类锂电池在运输时同样无需提供UN38.3 试验报告。 锂电池在单独运输时,需要满足包装规范P909 中Ⅱ类包装的要求,而安装在设备中的可回收锂电池,若设备足够坚固,可无需外包装;在空运DGR(61 版)中,特殊规定A183 明确指出,除非有始发国和经营人所属国的批准,否则不允许运输该类锂电池。

3 结论

本文作者基于不同法规要求,对在豁免条件下运输的锂电池的主要限制条件进行归纳和差异性分析。 锂电池运输要求的豁免需建立在安全运输的前提下,规章范本(第21 修订版)作为危险货物运输的最基本法规,明确了基本要求。以不同的方式运输,考虑到运输环境的差异性,各自适用的法规中均有更详细的规定。 海运与中国道路运输基本采纳了规章范本(第21 修订版)中关于锂电池的豁免要求;而空运时,综合考虑运输风险和事故的应急响应等,要求得更加详细、严格,以保证飞机及人员在整个飞行过程中的安全。对比可知,不同的运输方式对采用豁免条件运输的锂电池存在不同的包装规范要求,其中空运的要求最严格,锂电池在多方式联运条件下进行豁免条件运输时,需满足最严格运输方式的要求。

应用的广泛性使得锂电池的运输需求日益增多,而该类产品运输的安全性则需要生产企业的质量控制、承运人的合规操作以及检验人员的严格监管相结合,在确保运输安全的同时,促进锂电池行业的进一步发展。