储能用锂电池的包装结构设计

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：锂电池是近年来发展迅猛的一种新能源产品。图4-6-1锂电池三视图包装的功能就是在流通过程中保护产品、方便储运、促进销售。其防护能力是对包装最基本的要求，该锂电池对外力的承受能力较差，在选择防震包装时，需要使用刚度小的材料，使得包装具有缓冲和防震功能。由于该锂电池的质量为50kg，装卸工具选择叉、吊车，在装卸时，要保证内外包装牢固可靠，适合长途运输、起吊、托运等要求。

锂电池是近年来发展迅猛的一种新能源产品。

根据《联合国关于危险货物运输的建议书》（TDG）的分类，锂电池属于第9类危险品——杂项危险货物，锂则属于第4.3项危险品——遇水放出易燃气体的物质。并且锂电池的电极材料及电解质均有易燃性，受热（内部或外部）会起火，并分解产生气体，从而增加电池爆炸的可能性。

正是因为锂电池的危险特性，包装容器的安全性尤为重要，针对中小型锂电池的包装纸箱，除对抗压强度与耐破强度要求较高外，其他与普通纸箱相仿，但对大、中型锂电池纸箱来说，则有很多特殊的细节要考虑。

1.包装件流通环境分析

对于不同规格的锂电池，由于客户要求以及集装箱容积等方面的限制，锂电池装箱数量是不同的。通常大、中型锂电池一个包装箱内产品数量为1件，这就需要针对具体产品设计不同的包装方案，以满足防护、装卸及运输的要求，同时还应考虑包装的合理性，以免出现过度包装或是欠包装。

笔者曾为某大型锂电池生产企业加工包装纸箱，该款中型锂电池（见图4-6-1）全部用于出口，为国外民用别墅储能所用（太阳能转电能），本节以该款锂电池包装为例进行分析。

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图4-6-1　锂电池三视图

包装的功能就是在流通过程中保护产品、方便储运、促进销售。其防护能力是对包装最基本的要求，该锂电池对外力的承受能力较差，在选择防震包装时，需要使用刚度小的材料，使得包装具有缓冲和防震功能。从客户对包装要求同时也是产品特性的要求分析，锂电池从流通环境到达客户终端时，不能出现商业性破损，即不影响产品使用功能而仅在外观造成的纸箱破损。即应设计合理的结构以防止产品与包装箱产生相对运动。

在锂电池流通过程中，对锂电池的冲击，主要发生在装卸作业和运输过程中，装卸过程中的搬运、码堆倒塌、起吊脱落及装载机械的突然启动和过急升降等，都会对商品锂电池造成跌落冲击损害。同样在运输过程中，不可预测的外界环境，对产品的损害也很大。如运输工具的启动、变速而使货物受到的冲击，路况差、路轨接缝、发动机振动等造成的振动等。由于该锂电池的质量为50kg，装卸工具选择叉、吊车，在装卸时，要保证内外包装牢固可靠，适合长途运输、起吊、托运等要求。

2.方案设计与研究

（1）瓦楞纸箱的箱型材质

常见的锂电池包装箱的材质有钢、铝、木、胶合板、纤维板、再生木、塑料等；根据实际运输情况和管理实践，考虑便于运输、控制成本、防止静电等因素。按照图4-6-1所示的产品外形特征，选择瓦楞材料包装箱，具体方案为：六层复合瓦楞纸箱（BA楞）+底托板+遮盖EPE +机体塑料袋+支架塑料袋（具体结构如图4-6-2所示）。

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图4-6-2　锂电池包装箱组合图

由于该款扁平锂电池箱高仅有0.17m，承压要求为1.5t，因为客户对包装物的上盖下底有加厚要求，所以选用0201开槽型纸箱，复合双瓦楞，厚度7.7mm。面纸为200g进口美卡，B瓦楞为180g AAA级高强瓦楞纸，芯纸为200g一等品牛卡，A瓦楞为2张120g AA级高强瓦楞纸复合，里纸为200g优等品牛卡（详见第一章第2节）。

（2）瓦楞纸箱尺寸设计

瓦楞纸箱的尺寸首先取决于内装物的尺寸、数量和排列方式。其次取决于隔衬、缓冲件与托盘的尺寸，该锂电池产品长宽高尺寸为700mm×530mm×172mm，单个包装件内数量为1，排列方式平放，长度方向缓冲件总厚度为16mm ；宽度方向缓冲件总厚度为56mm；高度方向缓冲件总厚度为44mm。内尺寸计算公式如下：

Xi = xmaxnx+ d（nx -1）+ T + k′

式中　Xi——纸箱内尺寸，mm；

xmax——内装物最大外尺寸，mm；

nx——内装物排列数目，件；

d——内装物公差系数，mm；

T——衬格或缓冲件总厚度，mm；

k′——内尺寸修正系数，mm。

上式中nx = 1，内尺寸修正系数k′见表4-6-1 。(https://www.chuimin.cn)

表4-6-1　瓦楞纸箱内尺寸修正系数k′值　单位：mm

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注：Li、Bi、Hi分别为瓦楞纸箱长、宽、高度方向的内尺寸

代入公式，得：

Li = 700 + 16 + 5 = 721mm

Bi = 530 + 56 + 5 = 591mm

Hi = 172 + 44 + 3 = 219mm

表4-6-2　瓦楞纸箱伸放量　单位：mm

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由于瓦楞纸箱长、宽、高度制造尺寸为瓦楞纸箱内尺寸加上适当修正系数（伸放量），0201型纸箱伸放量，如表4-6-2所示，L、B、H、F分别为纸箱展开制造尺寸，a1、a2、a3、a4为它们的伸放量（0201型瓦楞纸箱制造尺寸计算展开图如图4-6-3所示）。

代入公式，得：

L = 721 + 9 = 730mm

B = 591 + 9 = 600mm

H = 219 + 16 = 235mm

因此，最终外箱制造尺寸为730mm×600mm×235mm。

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图4-6-3　0201型瓦楞纸箱制造尺寸计算展开图

（3）瓦楞纸箱缓冲件设计

为了防止锂电池在运输过程中受冲击和振动等机械作用引起损坏，需要对锂电池进行缓冲保护，锂电池最常用的缓冲包装材料是泡沫塑料，其次是纸制品。泡沫塑料包括EPE（聚乙烯泡沫塑料）、 EPS（聚苯乙烯泡沫塑料）、 EPP（聚丙烯泡沫塑料）等，纸制品包括瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模塑等。

由于锂电池外形为薄型塑壳，所以对外承受力较小，容易破损，同时对缓冲包装要求较高，为能达到保护固定锂电池在箱内不移动并满足危险品包装技术要求，选择EPE和瓦楞纸板相结合的方式设计缓冲包装。两者结合，既保证了其优异的缓冲性能，又兼具环保、易模切成型、成本低的优点。

首先，锂电池底面为安装平面，上下两端有部分凹陷，因此底面选择一体成型的瓦楞纸板作为底托盘和缓冲件，上下两端再增加两块瓦楞纸板托起锂电池凹陷部分，具体结构如图4-6-4所示，该缓冲件包含一个底面和四个侧壁，其中四条棱有四个护棱衬垫，其中宽度方向的两个侧壁为整块的瓦楞纸板并设有手提孔，以便于工人搬动锂电池。长度方向的侧壁将一整块瓦楞纸板折叠成长度方向的1/3，在增强缓冲效果的同时又能节约瓦楞纸板。

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图4-6-4　底托板结构示意图

其次，由于锂电池上表面是曲面，因此上内衬采用的材料为EPE（又称珍珠棉，可降解），其优点是缓冲性能好，能耐多次冲击，动态变形小。为了防止锂电池产生静电，用防静电的PE塑料袋包装锂电池，防静电PE厚度为60μm，表面电阻为1×109Ω-1×1011Ω，静电衰减时间（在相对湿度为50%的环境下，电压从1kV下降至100V所需要的时间）小于2秒。

通过以上诸多设计、制作细节上的考虑，锂电池组合套箱在实践使用中，显示了卓越的抗压与防潮功能，经过多次ISTA测试，斜面冲击、空箱抗压、垂直跌落、随机振动等验证全部合格。经过两年多的市场投入，用户反响良好。与国外同类进口包装箱相比，成本降低了三分之一，且品质优于进口纸箱。

随着这种物美价廉、抗压性能优异、使用方便的锂电池瓦楞纸套箱被越来越多的商家所认同，相信市场占有率会进一步扩大。

储能用锂电池的包装结构设计

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