电池标准

近日，工信部发布最新统计数据，截至11月，中国手机用户已超过8.42亿户。随着手机产业规模扩大，用户增多，与之相关的手机电池等配件安全越来越受到用户关注。但对于手机电池检测的标准问题，业内也存在不同说法，并因此引发数次争议。 　　现行的《蜂窝电话用锂离子电池总规范》从2000年开始实施。相关标准主要参考镍氢、镍镉等电池的有关性能和特性。然而随着手机功能越来越强大，对电池容量的要求也越来越大，业界开始普遍采用容量更大、寿命更长的锂离子电池，镍氢、镍镉电池已经基本退出了手机行业。 　　现行《蜂窝电话用锂离子电池总规范》中规定，“热冲击试验的温度标准150℃，保持30分钟”。而目前的电池无法承受150℃的标准，尤其是超过1000毫安时的大容量电池只能通过130℃的试验，所以业界针对150℃还是130℃的标准已经争议多年。2007年夏新就因为检测标准不统一，而在电池“热冲击”实验中被指为不合格产品。 　　“2005年质检总局曾经制定过一个‘新国标’，我们日常检测中都适用这个标准。如果按这个标准进行检测的话，就不会出现不合格的问题。”一位不愿透露姓名的国产手机厂商负责人表示。记者了解到，他所说的“新国标”，是国家质检总局在2005年联合全国碱性蓄电池标准化技术委员会提出的，虽然这项标准一直没有正式公布，但包括工信部下属的泰尔实验室在内的多家官方检测机构，都已经适用这一标准进行产品检测。 　　类似的问题还有电池过充电，标准中规定单电池加载电压为10V，而“新国标”要求不低于4.6V。行业发展至今，锂离子电池普遍运用到手机已有10年，目前1000毫安时以上容量的电池在手机中已经普遍应用，随着智能手机销量的增长，消费者对大容量电池的需求也更加旺盛。“技术层面已经不存在问题，但我们呼吁国家相关部门召集企业制订符合行业发展水平及实用性的标准，并尽快出台。不要因为标准不统一、不明确造成市场和消费者的误解。”上述国产手机厂商负责人表示。

p style=" text-align: center " strong 我国已发布40项燃料电池国家标准 /strong /p p style=" text-align: center " strong 有力推动了燃料电池汽车等产业发展 /strong /p p 　　截至目前，我国已经发布燃料电池国家标准40项，其中采标(采用国际标准)国家标准13项，我国自主制定国家标准27项(占总标准数量约67.5%)。这是9月23日，中国工程院院士、中科院大连化学物理研究所研究员、全国燃料电池及液流电池标委会主任委员衣宝廉在北京举行的2015年燃料电池技术与标准化国际研讨会上透露的。 /p p 　　据悉，燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，将燃料和空气分别送进燃料电池，就能生产出电能。从外表上看，燃料电池有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上不能“储电”，而是一个“发电厂”。作为一种无污染、高效的发电方式，燃料电池应用领域广泛，既可用于军事、空间、发电厂领域，也可应用于电动车、移动设备及居民家庭领域，被认为是终极的发电方式。 /p p 　　2015年被业内人士认为是燃料电池的产业化元年，燃料电池汽车投放市场、燃料电池固定式发电进入商业化运营模式以及不断开拓燃料电池在便携式、微型领域的商业化发展道路，而标准规范成为其产业化发展路上至关重要的一环。目前，无论是日本、韩国等亚洲国家，还是美国、德国等欧美国家，都十分重视燃料电池，加大马力进军这一产业，尤其是积极抢占标准这一产业制高点。IEC(国际电工委员会)专门成立了IEC/TC105(国际电工委员会燃料电池标准化技术委员会)，负责燃料电池的国际标准制定，现任主席来自日本，秘书处设在德国。 /p p 　　我国早在2008年就成立了全国燃料电池标准化技术委员会，后在2012年更名为全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC342)，主要负责燃料电池和液流电池技术领域的标准化工作。“我国一直积极参与该领域的国际标准化工作，已有十几位专家加入IEC/TC105各个工作组参与相关工作。2012年提出的低温冷启动测试方法国际标准提案已被合并入《聚合物燃料电池单电池测试方法》国际标准中。去年，我国专家齐志刚博士成为了WG1(术语标准工作组)的召集人，实现了在此领域的新突破。”全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC 342)秘书长卢琛钰介绍说。 /p p 　　同时，我国的燃料电池标准体系建设也在不断完善。目前已经发布的40项国家标准中，形成了基础标准、FC模块、固定式FC发电系统、便携式FC发电系统、微型FC发电系统、驱动辅助动力用FC发电系统等组成的燃料电池标准体系框架。尤其值得一提的是，在燃料电池的产业应用中，燃料电池汽车正成为新能源汽车的宠儿之一。我国很早就对燃料电池汽车进行了探索，并在2008年北京奥运会、2010年上海世博会上推出了示范产品。截至目前，我国先后有200余辆燃料电池电动车示范运行，累计运行里程十余万公里，产品性能与国际水平接近，但成本、耐久性等方面亟待改善。 /p p 　　在我国已经发布的国家标准中，燃料电池汽车成为重要的组成部分，包括《燃料电池电动汽车燃料电池堆安全要求》《汽车用燃料电池发电系统 技术条件》《乘用车用燃料电池发电系统测试方法》等10余项标准都与其相关。“我国在车用燃料电池和燃料电池车方面已取得较好进展，今后将在耐久性与低成本燃料电池技术方面继续开展研究工作，促进燃料电池车示范与应用。燃料电池标准化工作已有良好开端，今后应加强国际合作，促进燃料电池技术与标准化工作向深入发展。”衣宝廉说。 /p

p 　　由于安全问题而发生锂离子电池产品召回的案例日益增多。Li+的活性和高能量密度的特性，会给锂离子电池安全性带来较大的问题。目前，对锂离子电池的安全性能，尤其是一些潜在的微小结构缺陷所带来的安全隐患的筛查，检验方法和标准落后于锂离子电池技术的发展，评价方法和评价体系尚未适应锂离子电池安全性能评估的要求。有鉴于此，本文作者对国内外现有的一些具有代表性的标准进行了归纳和分析，以期为检测技术的发展提供参考。 /p p 　　 strong 1 电池安全性能检测标准简介 /strong /p p 　　目前，应用得较为广泛的国际标准是国际电工委员会(IEC)的锂离子电池标准。根据各自的需求，国际航空运输协会(IATA)、联合国危险货物运输专家委员会及国际民用航空组织(ICAO)等机构，也制定了相关的锂离子电池运输安全标准，并得到广泛应用。此外，一些国家及组织，如美国保险商实验室(UL)、美国电气及电子工程师学会(IEEE)和日本国家标准局(JIS)制定的关于锂离子电池的安全标准，也有广泛的影响。这些标准的检测项目相似，但是测试的条件有所不同。 /p p 　　应用较多、影响范围较广泛的国际标准有4个。联合国《联合国危险物品运输试验和标准手册》(UN38.3) /p p 　　和IEC62281:2012《运输中锂原电池和电池组及锂蓄电池和电池组的安全》均侧重于锂离子电池在运输中的安全测试和安全要求，主要针对锂离子电池在运输过程中的外部环境及机械振动进行模拟，试验项目包括高度模拟、温度试验、振动、冲击、外短路、撞击、过度充电和强制放电等8项，要求电池在测试过程中，应保证包装不脱落、不变形、无质量损失、不漏液、不泄放、不短路、不破裂、不爆炸且不着火。UL1642:2009《锂电池》适用于在产品中作电源用的一次(非充电的)和二次(可充电的)锂电池，标准的目的是减少锂电池在产品使用时着火或爆炸的危险。标准中关于电池的电性能测试，包括短路试验、不正常充电试验和强制放电试验 机械试验包括挤压试验、撞击试验、冲击试验和振动试验 环境试验包括热滥用、温度循环试验、高空模拟试验和抛射体试验等。试验要求，被测电池在试验过程中不起火、不爆炸、不漏液、不排气、不燃烧，且包装不破裂。IEEE1625:2008《笔记本电脑用可充电电池标准》和IEEE1725:2006《移动电话用可充电电池标准》主要是对便携式计算机和蜂窝电话用蓄电池的设计、生产和开发建立统一的准则，主要涉及电池和电池组有关的电子、物理结构、化学成分、加工流程、质量控制及包装技术等领域。相对于其他电池标准普遍重视电池或电池组的情况，上述标准分别对电芯、电池、主机节点、电源附件、消费者和环境等几个方面进行了综合性考虑。这两项标准均侧重于设计和制造过程，针对电池后期的使用问题，尤其是安全性问题涉及不多。 /p p 　　目前，国内外常用的锂离子电池标准列表归纳于表1。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/34f9e075-349d-4134-93b8-3c9ec7601566.jpg" title=" 003.jpg.png" alt=" 003.jpg.png" / /p p 　　 strong 2 现有标准的侧重点分析 /strong /p p 　　现行的主要标准可概括为以下几类: /p p 　　 strong 2.1 主要针对运输过程中的外部环境和机械振动 /strong /p p 　　如UN38.3、IEC62281:2012等，通过高度模拟、温度试验、振动、冲击、外短路和撞击等测试项目，模拟锂离子电池在运输过程中可能发生的危险，对于锂离子电池在使用过程中的安全问题涉及较少。 /p p 　　 strong 2.2 主要针对设计和制造过程 /strong /p p 　　如IEEE1625、IEEE1725等。以IEEE1725为例，标准将手机锂离子电池系统分为4个板块，即电芯、电池组、主机及电池充电器部分，全面明确地对电芯的设计、原材料、制造工艺和成品测试评估等进行了要求，为电芯乃至手机等通信产品的安全性提供可靠评估保障。上述标准主要针对电池的设计和制造过程，对于锂离子电池后期使用中的安全问题涉及不多。且诸如此类的IEEE锂离子电池标准，由于对象为不同设备中的锂离子电池的设计和制造，针对性较强，适用范围受到一定的限制。 /p p 　　 strong 2.3 主要针对锂离子电池电性能和安全性 /strong /p p 　　如UL1642、GB8897.4等，通过短路、不正常充电、强制放电试验挤压、撞击、冲击、振动、热滥用、温度循环、高空模拟试验及抛射体等测试项目，要求被测锂离子电池在试验过程中不起火、不爆炸、不漏液、不排气、不燃烧且包装不破裂。比较上述两类标准，此类标准的核心是锂离子电池的安全性，更注意温度导致的电池安全风险，但判定依据难以量化，只能用被测电池的爆炸、起火、冒烟、泄漏、破裂和变形等来区分，不利于检出可能存在潜在危险的电池。 /p p 　　 strong 3 现有标准的不足 /strong /p p 　　过充过程成为了导致锂离子电池发生不安全行为的危险因素:当发生过充时，由于发生了不可逆的化学反应，电能转变成热能，导致电池温度迅速升高，从而引发一系列的化学反应。尤其是当散热性较差时，往往导致比单纯的热冲击更严重的问题，可能发生电池起火，甚至爆炸。 /p p 　　根据对现有主要标准的分析不难发现，现有的标准对锂离子电池安全性能的检测方法和评判依据还显得不足。这些标准中，有部分是针对锂离子电池的外部环境和设计制造过程的标准 即便是针对安全性能的标准，也缺少明确的可量化衡量的检测方法和评判体系，尤其是爆炸、起火、冒烟、泄漏、破裂和变形等判断依据，过于宽泛。 /p p 　　迫切需要一种针对锂离子电池热效应及电池温度变化，可定量分析并判定安全风险的检测方法。近几年，国内外研究者在不断研究更科学、高效的检测方法和手段，其中通过对于热效应及电池温度方面的研究，取得不少进展。通过检测电池的表面温度，结合电化学模型，利用量热法计算得到电池充电过程中放出的热量和热传导系数，之后建立热效应理论模型，可模拟计算电池内部的温度，进而来描述电池的热行为。人们已经建立了多种类型的热效应模型，但采取的测温手段主要是传统的热电偶测温法。热电偶操作比较复杂，且只能有限布点，不能全面地掌握样品温度分布 同时，热电偶还带有延时性，不能及时反映锂离子电池的温度变化情况，不利于建立实时温度变化曲线。 /p p 　　在理论研究方面，目前，人们倾向于利用理论模拟的方法体现锂离子电池的热安全性能，并设计了很多模型，通过分析热性能来计算，得到锂离子电池在不同工作环境下的温度曲线。这些理论模型的原理是通过测量锂离子电池的表面温度来评价内部温度，再与利用热电偶等方式测出的温度进行比对，一方面说明理论模型的预判性和正确性 另一方面对安全性进行评价。理论模型的建立可以使学者对于锂离子电池的热效应有较全面的认识，但对于安全性能的检测和评价却不直观。 /p p 　　 strong 4 结束语 /strong br/ /p p 　　安全性能已经成为锂离子电池的一个重要指标，成为除成本因素外另一个制约锂离子电池应用的关键指标。由于锂离子电池的特性，在最初的使用阶段并不会显示出电化学行为的异常。这些潜在的缺陷给判断锂离子电池是否合格带来困难。本文作者归纳和总结了国内外常用的锂离子电池安全性能检测标准，通过分析发现，目前国内外对锂离子电池安全性的潜在风险缺乏检测方法和评判依据，未形成快速、有效的锂离子电池安全性检测方法或筛选方法。 /p p 　　随着消费者对锂离子电池电性能及安全性要求的日益提升，各电池制造商以及各国主管部门、行业协会等有必要对锂离子电池安全性能的检测手段进行研究，建立一套直观、快速、有效的检测方法，在现有标准体系的范围内，提高要求，进一步细化标准，明确判定依据，弥补现有锂离子电池检测标准和体系的不足，提高锂离子电池安全性能检测水平，保证锂离子电池行业的可持续发展，维护消费者在电池使用过程中的安全。 /p p 　　 span style=" color: rgb(127, 127, 127) " i 文章摘自Battery Bimonthly(电池)，2015，45(3)，（蔡春皓，段冀渊，寿晓立，杨荣静， 中华人民共和国上海出入境检验检疫局） /i /span /p