耿 炎，李 響，王文儉

（1.天翼電信終端有限公司，北京 100033；2.國(guó)家無線電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心，北京 100041）

鋰離子電池的發(fā)展與安全及其質(zhì)量管控的探討

耿 炎1，李 響2，王文儉2

（1.天翼電信終端有限公司，北京 100033；2.國(guó)家無線電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心，北京 100041）

本文簡(jiǎn)要分析了鋰離子電池的發(fā)展動(dòng)向，分析了其安全方面存在的問題，并結(jié)合實(shí)際情況探討了鋰離子電池質(zhì)量管控方案。

鋰離子電池；發(fā)展；安全；質(zhì)量管控

1 引言

鋰離子電池以其高容量、高工作電壓、安全穩(wěn)定性和無記憶效應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，一經(jīng)提出就引起人們極大的興趣，并引起世界范圍內(nèi)的研究高潮，鋰離子電池由此迅速向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并在移動(dòng)電話、攝像機(jī)、筆記本電腦等便攜式電器上大量應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要介紹了鋰離子電池的發(fā)展動(dòng)向以及使用安全問題，并結(jié)合目前的實(shí)際情況，探討了鋰離子電池質(zhì)量管控方案。

2 鋰離子電池的發(fā)展動(dòng)向與安全問題

如今，手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)通信終端已經(jīng)成為最普及的大眾消費(fèi)電子產(chǎn)品，電池則是移動(dòng)通信終端中惟一的大容量?jī)?chǔ)能元器件，為終端的各項(xiàng)功能提供能量保障。與此同時(shí)，通信網(wǎng)絡(luò)的日漸成熟，移動(dòng)通信終端將成為整個(gè)通信行業(yè)以及電子行業(yè)的焦點(diǎn)，終端功能更強(qiáng)大、更靈活、更簡(jiǎn)捷，這就導(dǎo)致終端對(duì)電池的要求也會(huì)越來越高。

鋰離子電池投放市場(chǎng)的時(shí)間還不算長(zhǎng)，對(duì)于它的改進(jìn)還有很大的潛力，鋰離子電池作為新型的能源在性能的提高上仍有很大的空間。盡管鋰離子電池有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它也有許多不足，例如電池成本較高、不能大電流充放電、耐過充能力差等。因此，今后對(duì)鋰離子電池的改進(jìn)方向?yàn)椋航档统杀荆贿M(jìn)一步提高電池容量；進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電池的輕量化和小型化?？傊?，隨著鋰離子電池價(jià)格的降低及其性能的進(jìn)一步改善，鋰離子電池將進(jìn)一步取代Ni/Cd，Ni/MH電池，成為世界上最有發(fā)展前景的電池。

聚合物鋰離子電池是在液態(tài)鋰離子電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因?yàn)槠鋬?nèi)部的化學(xué)物質(zhì)更致密，因此，同樣體積可以容納更多化學(xué)物質(zhì)，也就是電池容量更大，供電時(shí)間更長(zhǎng)，但是由于成本相對(duì)較高，所以多用于高端電子產(chǎn)品。

顯然隨著鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展，它將具有更廣闊的應(yīng)用前景。然而，近年來關(guān)于鋰離子電池引發(fā)的火災(zāi)甚至爆炸的報(bào)道己屢見不鮮，其安全問題引起人們普遍的關(guān)注。國(guó)家質(zhì)檢總局也加強(qiáng)了對(duì)電池的質(zhì)量監(jiān)督，監(jiān)督抽查中發(fā)現(xiàn)電池產(chǎn)品的本身確實(shí)存在很多問題：一些產(chǎn)品的包裝和標(biāo)簽標(biāo)注內(nèi)容不規(guī)范，有的產(chǎn)品無包裝或未標(biāo)注品牌、型號(hào)、制造廠名、廠址等，給消費(fèi)者在選購(gòu)時(shí)帶來不便；電池容量虛標(biāo)，使用的時(shí)間短；部分產(chǎn)品過充電保護(hù)和短路保護(hù)不合格，可能損壞電池和移動(dòng)終端；低溫放電性能不合格，導(dǎo)致在北方寒冷冬季戶外使用質(zhì)量差，會(huì)出現(xiàn)使用時(shí)間短的情況，嚴(yán)重的甚至無法開機(jī)。

鋰離子電池出現(xiàn)安全事故，主要是由電極和電解液間的化學(xué)反應(yīng)引起的。電解液的溶劑為有機(jī)碳酸酯類化合物，它們具有高活性，極易燃燒。處于充電態(tài)的電池正極材料為強(qiáng)氧化性化合物，處于充電態(tài)的負(fù)極材料為強(qiáng)還原性化合物。在濫用情況下，如過充、過熱和短路等，高氧化性正極材料穩(wěn)定性通常較差，易釋放出氧氣，而碳酸酯極易與氧氣反應(yīng)，放出大量的熱和氣體；產(chǎn)生的熱量會(huì)進(jìn)一步加速正極的分解，產(chǎn)生更多的氧氣，促進(jìn)更多放熱反應(yīng)的進(jìn)行；同時(shí)強(qiáng)還原性負(fù)極的活潑性接近金屬鋰，與氧接觸會(huì)立即燃燒并引燃電解液、隔膜等。所以可將鋰離子電池的安全問題分為兩個(gè)層次：一是封閉的鋰離子電池體系未被破壞，但是有潛在發(fā)生危險(xiǎn)的可能，主要涉及到材料的熱穩(wěn)定性；二是電池體系已經(jīng)遭到破壞，易燃的電解液和電池內(nèi)部產(chǎn)生的氧氣或電池外部的氧氣作用，可能發(fā)生燃燒甚至爆炸的危險(xiǎn)。

鋰離子電池的安全性與電池容量和大小直接相關(guān)。容量高的電池通常對(duì)應(yīng)較高的放熱量，而體積大的電池（堆）其散熱相對(duì)困難，熱量更容易被累積，從而導(dǎo)致熱失控。一般情況下，鋰離子電池儲(chǔ)存的總能量和其安全性成反比，隨著電池容量的增加，電池體積也在增加，其散熱性能變差，出事故的可能性將大幅增加，安全問題變得更為突出，然而大容量鋰離子電池肯定是未來的發(fā)展趨勢(shì)，所以如何管控好電池質(zhì)量是我們必須要做到的。

3 鋰離子電池質(zhì)量管控存在的問題

目前，除IEEE的部分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)（設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、成品檢測(cè)等）進(jìn)行評(píng)估外，其他標(biāo)準(zhǔn)基本都是符合性檢測(cè)型標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目，用以模擬電池在正常使用以及可預(yù)見誤用時(shí)的應(yīng)用情況，確保產(chǎn)品在這些情況下的安全性。這種形式的優(yōu)點(diǎn)是判據(jù)晰、操作性好，只需針對(duì)成品電池進(jìn)行試驗(yàn)室檢測(cè)即可判定是否符合標(biāo)準(zhǔn)；缺點(diǎn)是無法全面有效地保障產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性，因?yàn)榘踩宰鳛楫a(chǎn)品性能的一個(gè)組成方面在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過程中形成并確立，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的考核對(duì)象與此存在偏差。此外，安全試驗(yàn)是破壞性檢驗(yàn)，只能采用抽取樣品的方式進(jìn)行，這種方法存在一定的風(fēng)險(xiǎn)概率。因此，我們不光要對(duì)電池進(jìn)行常規(guī)的型式試驗(yàn)，還需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)管，比如現(xiàn)在最為普遍采用的方法：抽樣檢驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

抽樣檢驗(yàn)?zāi)Ｊ郊磳?duì)電池逐批或抽批實(shí)施抽樣、檢驗(yàn)。此方法雖然通過對(duì)出廠的部分電池進(jìn)行抽樣監(jiān)管從而可能發(fā)現(xiàn)存在的問題，但如果在原料、生產(chǎn)環(huán)境的溫濕度、生產(chǎn)工藝等方面存在偏差，就可能造成鋰離子電池的性能發(fā)生極大改變，甚至?xí)＜叭松斫】岛桶踩?，而現(xiàn)行的抽樣檢驗(yàn)?zāi)Ｊ讲荒芗霸?、及時(shí)發(fā)現(xiàn)上述問題。

4 對(duì)于未來鋰離子電池質(zhì)量管控體系的探討

由于鋰離子電池的質(zhì)量在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過程中形成并確立，因此將鋰離子電池安全檢驗(yàn)內(nèi)容拓展至產(chǎn)品上游的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，是全面有效保障鋰離子電池安全所必需。通過工廠審查和不定期的抽查，對(duì)電池制造廠的原輔料、生產(chǎn)環(huán)境、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程等內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)督，最大限度確保出廠鋰離子電池的安全性。另外，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，提升實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)鑒定能力，大力提升檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)作為技術(shù)執(zhí)法部門的作用。

通過上述分析，我們應(yīng)對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)（設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、成品檢測(cè)等）進(jìn)行管控，具體有以下四個(gè)基本環(huán)節(jié)（見圖1）：

（1）技術(shù)審查。技術(shù)審查主要是對(duì)電池生產(chǎn)廠資質(zhì)、能力的審核。電池生產(chǎn)廠需向監(jiān)管機(jī)構(gòu)提交生產(chǎn)廠的注冊(cè)證明如營(yíng)業(yè)執(zhí)照等，還需提交電池規(guī)格書和關(guān)鍵元器件或主要原材料清單以便以后的工廠審查。

（2）型式試驗(yàn)。電池廠家應(yīng)對(duì)自己生產(chǎn)的電池依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)送往具有相關(guān)資質(zhì)的第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，并出具檢測(cè)報(bào)告。

圖1 鋰離子電池質(zhì)量管控體系圖

（3）工廠審查。工廠審查的內(nèi)容為工廠質(zhì)量保證能力和產(chǎn)品一致性檢查。進(jìn)行審查時(shí)，需重點(diǎn)核實(shí)電池的結(jié)構(gòu)與型式試驗(yàn)測(cè)試時(shí)的樣品或檢測(cè)報(bào)告上所標(biāo)明的一致。

（4）抽查監(jiān)督。抽查監(jiān)督的方式采用工廠產(chǎn)品質(zhì)量保證能力的復(fù)查+管控產(chǎn)品一致性檢查，必要時(shí)抽取樣品送檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)。監(jiān)督頻次每年一次。

5 結(jié)束語

盡管鋰離子電池由于具有優(yōu)良的性能而廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中，但其安全性非常重要。生產(chǎn)企業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品、提高產(chǎn)品技術(shù)含量的同時(shí)，應(yīng)在原料、環(huán)境、設(shè)計(jì)、制造等各個(gè)方面確保鋰離子電池的安全性。監(jiān)管部門也要加強(qiáng)檢驗(yàn)力度，創(chuàng)新管控模式，使鋰電行業(yè)健康穩(wěn)步地發(fā)展。

[1] 楊捷．鋰離子電池的特點(diǎn)．現(xiàn)代電視技術(shù)，2004年04期

[2] 孫傳灝．鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)成關(guān)注熱點(diǎn) 統(tǒng)一電池標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫．中國(guó)電子報(bào)，2008-1-22(11)

2014（第八屆）中國(guó)光通信發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)力論壇舉行

11月20日，2014（第八屆）中國(guó)光通信發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)力論壇在北京舉行。該論壇由中國(guó)通信學(xué)會(huì)光通信委員會(huì)、亞太光通信委員會(huì)主辦，已經(jīng)成功舉辦了8屆，影響力已經(jīng)得到業(yè)界同仁的廣泛認(rèn)同。本屆論壇圍繞“面向下一代光網(wǎng)絡(luò)”主題，工信部科技委常務(wù)副主任韋樂平、中國(guó)通信學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)張新生、工信部通信科技委專職常委、亞太光通信委員會(huì)主任委員、《網(wǎng)絡(luò)電信》雜志社主編毛謙、北京郵電大學(xué)原校長(zhǎng)林金桐、運(yùn)營(yíng)商高層代表張成良、唐雄燕、武漢郵科院副院長(zhǎng)、中國(guó)通信學(xué)會(huì)光通信委員會(huì)主任委員余少華、華為傳送網(wǎng)副總裁王麗彪等各企業(yè)高層代表發(fā)表了各自在不同角度的觀點(diǎn)，并在圓桌論壇中與業(yè)內(nèi)同仁展開熱烈討論。在今年的評(píng)選活動(dòng)中，華為、烽火、長(zhǎng)飛、亨通、DSM等眾多企業(yè)分別在全球及中國(guó)光纖光纜、光傳輸、光器件和品牌榜單中榮獲獎(jiǎng)項(xiàng)。此次評(píng)選由NTR——網(wǎng)絡(luò)電信信息研究院、亞太光通信委員會(huì)共同主辦，由國(guó)內(nèi)通信領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等領(lǐng)域的權(quán)威專家組成。各項(xiàng)大獎(jiǎng)根據(jù)參評(píng)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、市場(chǎng)表現(xiàn)、產(chǎn)品性能、售后服務(wù)、增長(zhǎng)速度、和企業(yè)管理及文化等方面共73項(xiàng)要素指標(biāo)進(jìn)行評(píng)選，對(duì)參選企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)行了客觀、系統(tǒng)的分析，為光通信行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力分析提供了參考依據(jù)。

The Development and Safety for Lithium-ion Battery and the Discussion of Quality Control

Geng Yan1, Li Xiang2, Wang Wenjian2
(1.Tianyi Telecom Terminal Co.ltd, Beijing, 100033; 2.The State Radio Monitoring Center Testing Center, Beijing, 100041)

General made an analysis for the development of Lithium-ion battery, expound the safety problems of Lithium-ion battery. According to present practical circumstances, discuss the quality control system for Lithium-ion battery.

Lithium-ion battery; Development; Safety; Quality Control

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.12.011

TM911文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

1672-7274（2014）12-0052-03