锂离子蓄电池是目前性能水平最先进,发展最迅猛的民用化学电源,并成为手机、笔记本电脑、数码摄像机等高端便携式消费电子产品的首选配套电源。但因自身结构和原理方面的弱点,近年来屡屡发生锂离子电池爆炸伤人或因安全隐患召回产品等事件,锂离子电池安全逐渐成为国民生活的一个热点话题,随之锂离子电池安全标准及相关工作也成为各方关注的焦点。通常所说的便携式电池属于前一类产品,包括手机、笔记本电脑、数码相机和摄像机用锂离子蓄电池,而电动工具、电动自行车和电动汽车用锂离子蓄电池可归为后一类产品,建议分别制定便携式锂离子蓄电池安全标准和动力型锂离子蓄电池安全标准。
我国锂离子电池各标准之间有待协调
目前国内外锂离子电池安全标准基本都是符合性检测型标准,即标准规定短路、过充电、过放电、振动、冲击、挤压、碰撞(跌落)、热箱、低气压、温度循环等电气、机械和环境方面的试验项目,用以模拟电池在正常使用以及可预见的误用时的应用情况,确保产品在这些情况下的安全性。这种标准形式的优点是判据清晰、操作性好,只需针对成品电池进行试验室检测即可判定是否符合标准,缺点则是无法全面有效地保障产品的质量与可靠性,因为安全性作为产品性能的一个组成方面是在产品设计与制造过程中形成并确立的,现行标准的考核对象与此存在偏差,此外安全试验是破坏性检验,只能采用抽取样品的方式进行,这种方法本身也存在一定的风险概率。
对比国内外标准可见,我国锂离子蓄电池安全标准欠缺整体规划,基本各自为政。一方面国家与行业两级标准间,以及各类行业标准间缺乏协调,标准对象存在一定的交叉、重复,另一方面标准没有统一的指导思想,既有单纯的安全标准,又有包括电性能、环境适用性能及安全性能等全部要求的总规范性质的标准。相形之下,同一组织体系内的国外标准在工作思路及相互间关系上则较为统一、协调,如IEC针对产品安全性单独制定标准,其他标准如产品总规范规定电性能等其他要求,安全要求直接引用安全标准;IEEE则针对不同用途分别制定包括安全要求在内的产品总规范。
安全标准工作应从三方面做起
日前,信息产业部成立了电子产品安全标准工作组,准备开展锂离子蓄电池安全标准工作,并提出了制定便携式锂离子蓄电池安全标准的工作目标,结合我国锂离子蓄电池标准现状,建议今后的安全标准工作贯彻如下几条措施,以获取更大的成效。
1.以国家标准的形式在全国范围内统一锂离子蓄电池安全标准。
锂离子蓄电池作为一种深入千家万户的产品,统一其安全标准不但是充分保障消费者权益的需要,也是降低企业经营成本、规范产业发展的要求。考虑到锂离子蓄电池的生产、营销等遍及国民经济各领域,统一的安全标准形式无疑应为最高级别的国家标准。并且为保持安全标准的统一,应采取如下措施:对现行的国家与行业标准,应对其技术内容以包含或整合的方式加以替代;将来随着锂离子蓄电池的发展,通过标准修订的方式更新其安全要求,不再另行制定其他安全标准。
2.根据锂离子蓄电池的产品情况制定标准,标准水平坚持“适度”的原则。
产品与标准是互为皮毛的关系,不同性质的产品相应地需要不同的标准,目前锂离子蓄电池大致划分为能量型和功率型两大类产品,两类产品在材料、设计结构等方面存在一定差异,在相同的安全前提下,其标准的试验方法乃至要求都可能有所不同。通常所说的便携式电池属于前一类产品,包括手机、笔记本电脑、数码相机和摄像机用锂离子蓄电池,而电动工具、电动自行车和电动汽车用锂离子蓄电池可归为后一类产品,建议分别制定便携式锂离子蓄电池安全标准和动力型锂离子蓄电池安全标准。
适度是指标准应寻求并建立产品安全与性能的最佳结合点,如果单纯着眼于安全,要求当然越严格越好,但在产品总体技术水平的限制下,越好的安全性往往意味着越差的电性能水平,典型的例子是GB/T 18287-2000中3C电流充至10V电压的过充电要求,除非大幅度牺牲容量或使用寿命,否则当前的手机用锂离子蓄电池根本无法达到这一已被证明没有必要的安全要求。从应用角度来看,这显然是得不偿失的,不符合标准在一定范围内缔造最佳产品的基本原理。
3.制定专门的锂离子蓄电池安全标准,标准内容涵盖产品设计及制造工艺,并建立相应的监督认证机制。
锂离子蓄电池安全标准与产品规范应分开制定,其好处是标准能够以更为灵活机动的方式贴合产品发展的需求。在广泛应用的促进下,锂离子蓄电池电性能的提升几乎是日新月异,比较而言其安全要求则相对固定,分别制定标准可使两者以分动的形式满足各自对象的需求变化,从而避免以往包括产品全部要求的总规范形式的标准修订耗时费力的缺点。
绝大多数锂离子蓄电池的安全问题是由现行安全标准难于模拟的内部短路缺陷所引起的,只有将锂离子蓄电池的设计和制造过程全面纳入质量控制体系方能有效消除产品内部短路的隐患,这是产业界在大量锂离子蓄电池安全事件中总结并达成的共识。因此改进现行安全标准的结构形式,将其内容拓展至产品上游的设计与生产环节,是全面有效保障锂离子蓄电池安全所必需的。这随之带来了标准实施的操作问题,建议依据新形式的标准开展锂离子蓄电池强制安全认证,除最终产品检测外,认证手段还应包括产品设计与工艺评审、制造过程监督等内容,并参照质量体系认证做法,建立定期复查与随机抽检的制度,如此将可确保标准内容最大限度地得以贯彻与实施。
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我国锂离子电池标准现状
我国现行锂离子电池安全标准或含有安全规定的产品规范如下:
1.GB/T 18287-2000《蜂窝电话用锂离子电池总规范》;2.GB/T 19521.11-2005《锂电池组危险货物危险特性检验安全规范》3.GB/Z 18333.1-2001《电动道路车辆用锂离子蓄电池》;4.YD 1268.1-2003《移动通信手持机锂电池的安全要求和试验方法》;5.SJ/T 11169-1998《锂电池标准》(eqv UL1642:1995);6.QB/T 2502-2000《锂离子蓄电池总规范》;7.QC/T 743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》;8.SN/T 1414.3-2004《进出口蓄电池安全检验方法第3部分:锂离子蓄电池》。
上述标准中,前三项为国家标准,前两项为推荐性国家标准,但GB/T 19521.11的第4章和第5章为强制性内容,第三项标准为指导性技术文件;后五项分别为邮电、电子、轻工、汽车、商检行业标准,邮电行业标准YD 1268.1为强制性标准,其他四项均为推荐性标准。电子行业标准SJ/T 11169的技术内容与UL1642的1995年版标准等效。
目前正待报批发布的锂离子电池安全标准或含有安全规定的产品规范有:
1.GB/T××××-200×/IEC 62133:2002《含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组-便携式密封蓄电池和蓄电池组的安全性要求》;2.GB/T 18287-200×《移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组通用规范》;3.SJ/T ×××-200×《便携式计算机移动电源系统通用规范》。
前两项为国家标准,第三项为电子行业标准,三者均为推荐性标准。第一项标准适用于各类用途的便携式碱性蓄电池,其中包括锂离子蓄电池;第二项标准为GB/T 18287-2000的修订版标准,适用于手机用锂离子蓄电池;第三项标准适用于笔记本电脑用锂离子蓄电池。
国际锂离子电池标准现状
目前具有较大影响力的国际标准是IEC(国际电工委员会)标准、UL(美国保险商试验室)标准和IEEE(国际电气电子工程师协会)标准。其他国外标准,如欧盟标准、日本国家标准等,多为采用IEC标准。与锂离子蓄电池安全相关的主要现行国际标准为:
1.IEC 62133:2002《含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组-便携式密封蓄电池和蓄电池组的安全性要求》;
2.IEC 62281:2004《运输中锂原电池和电池组及锂蓄电池和电池组的安全》;
3.UL 1642:2006《锂电池》;
4. IEEE 1625:2004《便携式计算机用蓄电池标准》;5.IEEE 1725:2006《蜂窝电话用蓄电池标准》。
此外,IEEE1825数码相机和便携式摄像机用蓄电池标准正在制定中。上述标准中IEC 62133用于各类用途的便携式碱性蓄电池,其中包括锂离子蓄电池;IEC 62281适用于锂原电池和锂离子蓄电池的运输;UL 1642适用于所有含锂电池,包括锂原电池和锂离子蓄电池;IEEE标准则分别适用于笔记本电脑、手机和数码相机与摄像机用的锂离子蓄电池。
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