锂离子电池的发展与安全及其质量管控的探讨

耿 炎，李 响，王文俭

（1.天翼电信终端有限公司，北京 100033；2.国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

锂离子电池的发展与安全及其质量管控的探讨

耿 炎1，李 响2，王文俭2

（1.天翼电信终端有限公司，北京 100033；2.国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

本文简要分析了锂离子电池的发展动向，分析了其安全方面存在的问题，并结合实际情况探讨了锂离子电池质量管控方案。

锂离子电池；发展；安全；质量管控

1 引言

锂离子电池以其高容量、高工作电压、安全稳定性和无记忆效应等优势，一经提出就引起人们极大的兴趣，并引起世界范围内的研究高潮，锂离子电池由此迅速向产业化发展，并在移动电话、摄像机、笔记本电脑等便携式电器上大量应用。本文简要介绍了锂离子电池的发展动向以及使用安全问题，并结合目前的实际情况，探讨了锂离子电池质量管控方案。

2 锂离子电池的发展动向与安全问题

如今，手机、平板电脑等移动通信终端已经成为最普及的大众消费电子产品，电池则是移动通信终端中惟一的大容量储能元器件，为终端的各项功能提供能量保障。与此同时，通信网络的日渐成熟，移动通信终端将成为整个通信行业以及电子行业的焦点，终端功能更强大、更灵活、更简捷，这就导致终端对电池的要求也会越来越高。

锂离子电池投放市场的时间还不算长，对于它的改进还有很大的潜力，锂离子电池作为新型的能源在性能的提高上仍有很大的空间。尽管锂离子电池有很多优点，但是它也有许多不足，例如电池成本较高、不能大电流充放电、耐过充能力差等。因此，今后对锂离子电池的改进方向为：降低成本；进一步提高电池容量；进一步实现电池的轻量化和小型化。总之，随着锂离子电池价格的降低及其性能的进一步改善，锂离子电池将进一步取代Ni/Cd，Ni/MH电池，成为世界上最有发展前景的电池。

聚合物锂离子电池是在液态锂离子电池基础上发展起来的，因为其内部的化学物质更致密，因此，同样体积可以容纳更多化学物质，也就是电池容量更大，供电时间更长，但是由于成本相对较高，所以多用于高端电子产品。

显然随着锂离子电池技术的发展，它将具有更广阔的应用前景。然而，近年来关于锂离子电池引发的火灾甚至爆炸的报道己屡见不鲜，其安全问题引起人们普遍的关注。国家质检总局也加强了对电池的质量监督，监督抽查中发现电池产品的本身确实存在很多问题：一些产品的包装和标签标注内容不规范，有的产品无包装或未标注品牌、型号、制造厂名、厂址等，给消费者在选购时带来不便；电池容量虚标，使用的时间短；部分产品过充电保护和短路保护不合格，可能损坏电池和移动终端；低温放电性能不合格，导致在北方寒冷冬季户外使用质量差，会出现使用时间短的情况，严重的甚至无法开机。

锂离子电池出现安全事故，主要是由电极和电解液间的化学反应引起的。电解液的溶剂为有机碳酸酯类化合物，它们具有高活性，极易燃烧。处于充电态的电池正极材料为强氧化性化合物，处于充电态的负极材料为强还原性化合物。在滥用情况下，如过充、过热和短路等，高氧化性正极材料稳定性通常较差，易释放出氧气，而碳酸酯极易与氧气反应，放出大量的热和气体；产生的热量会进一步加速正极的分解，产生更多的氧气，促进更多放热反应的进行；同时强还原性负极的活泼性接近金属锂，与氧接触会立即燃烧并引燃电解液、隔膜等。所以可将锂离子电池的安全问题分为两个层次：一是封闭的锂离子电池体系未被破坏，但是有潜在发生危险的可能，主要涉及到材料的热稳定性；二是电池体系已经遭到破坏，易燃的电解液和电池内部产生的氧气或电池外部的氧气作用，可能发生燃烧甚至爆炸的危险。

锂离子电池的安全性与电池容量和大小直接相关。容量高的电池通常对应较高的放热量，而体积大的电池（堆）其散热相对困难，热量更容易被累积，从而导致热失控。一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性成反比，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加，安全问题变得更为突出，然而大容量锂离子电池肯定是未来的发展趋势，所以如何管控好电池质量是我们必须要做到的。

3 锂离子电池质量管控存在的问题

目前，除IEEE的部分标准对整个电池系统（设计、生产、成品检测等）进行评估外，其他标准基本都是符合性检测型标准，即标准规定的试验项目，用以模拟电池在正常使用以及可预见误用时的应用情况，确保产品在这些情况下的安全性。这种形式的优点是判据晰、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在产品设计与制造过程中形成并确立，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，这种方法存在一定的风险概率。因此，我们不光要对电池进行常规的型式试验，还需要对其进行监管，比如现在最为普遍采用的方法：抽样检验模式。

抽样检验模式即对电池逐批或抽批实施抽样、检验。此方法虽然通过对出厂的部分电池进行抽样监管从而可能发现存在的问题，但如果在原料、生产环境的温湿度、生产工艺等方面存在偏差，就可能造成锂离子电池的性能发生极大改变，甚至会危及人身健康和安全，而现行的抽样检验模式不能及早、及时发现上述问题。

4 对于未来锂离子电池质量管控体系的探讨

由于锂离子电池的质量在产品设计与制造过程中形成并确立，因此将锂离子电池安全检验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电池安全所必需。通过工厂审查和不定期的抽查，对电池制造厂的原辅料、生产环境、产品设计、制造过程等内容进行监督，最大限度确保出厂锂离子电池的安全性。另外，应进一步加强实验室建设，提升实验室检测鉴定能力，大力提升检验检疫机构作为技术执法部门的作用。

通过上述分析，我们应对整个电池系统（设计、生产、成品检测等）进行管控，具体有以下四个基本环节（见图1）：

（1）技术审查。技术审查主要是对电池生产厂资质、能力的审核。电池生产厂需向监管机构提交生产厂的注册证明如营业执照等，还需提交电池规格书和关键元器件或主要原材料清单以便以后的工厂审查。

（2）型式试验。电池厂家应对自己生产的电池依据相关标准送往具有相关资质的第三方实验室进行试验，并出具检测报告。

图1 锂离子电池质量管控体系图

（3）工厂审查。工厂审查的内容为工厂质量保证能力和产品一致性检查。进行审查时，需重点核实电池的结构与型式试验测试时的样品或检测报告上所标明的一致。

（4）抽查监督。抽查监督的方式采用工厂产品质量保证能力的复查+管控产品一致性检查，必要时抽取样品送检测机构检测。监督频次每年一次。

5 结束语

尽管锂离子电池由于具有优良的性能而广泛应用于生产、生活中，但其安全性非常重要。生产企业在开发新产品、提高产品技术含量的同时，应在原料、环境、设计、制造等各个方面确保锂离子电池的安全性。监管部门也要加强检验力度，创新管控模式，使锂电行业健康稳步地发展。

[1] 杨捷．锂离子电池的特点．现代电视技术，2004年04期

[2] 孙传灏．锂离子电池安全标准成关注热点 统一电池标准迫在眉睫．中国电子报，2008-1-22(11)

2014（第八届）中国光通信发展与竞争力论坛举行

11月20日，2014（第八届）中国光通信发展与竞争力论坛在北京举行。该论坛由中国通信学会光通信委员会、亚太光通信委员会主办，已经成功举办了8届，影响力已经得到业界同仁的广泛认同。本届论坛围绕“面向下一代光网络”主题，工信部科技委常务副主任韦乐平、中国通信学会副理事长兼秘书长张新生、工信部通信科技委专职常委、亚太光通信委员会主任委员、《网络电信》杂志社主编毛谦、北京邮电大学原校长林金桐、运营商高层代表张成良、唐雄燕、武汉邮科院副院长、中国通信学会光通信委员会主任委员余少华、华为传送网副总裁王丽彪等各企业高层代表发表了各自在不同角度的观点，并在圆桌论坛中与业内同仁展开热烈讨论。在今年的评选活动中，华为、烽火、长飞、亨通、DSM等众多企业分别在全球及中国光纤光缆、光传输、光器件和品牌榜单中荣获奖项。此次评选由NTR——网络电信信息研究院、亚太光通信委员会共同主办，由国内通信领域和经济学、管理学、统计学等领域的权威专家组成。各项大奖根据参评企业的生产规模、市场表现、产品性能、售后服务、增长速度、和企业管理及文化等方面共73项要素指标进行评选，对参选企业的竞争力进行了客观、系统的分析，为光通信行业竞争力分析提供了参考依据。

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文献标示码：B

1672-7274（2014）12-0052-03