众所周知，“危险品包装”以前主要针对的是化工产品领域。按照国家有关规定，使用出入境检验检疫机构鉴定为不合格的包装容器，装运出口危险货物的处20万元以下罚款。国内销售的锂电池，则应按JT/T 617《危险货物道路运输规则》的相关规定执行。图4-5-2“T”形状大型锂电池包装纸箱埋入孔可按锂电池的外形或者最易定位的凸出部分，在纸质底板上切出相应的内孔，与埋入的锂电池单边间隙在5mm左右即可。......
2023-06-27
储能用锂电池的包装结构设计
【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。
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。
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）。
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 。
表4-6-1 瓦楞纸箱内尺寸修正系数k′值 单位：mm
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
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。
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。
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。
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