锂离子电池安全标准GB 31241—2014浅析

何鹏林（中国电子技术标准化研究院）郭子绮（北京赛西科技发展有限责任公司）孙建波（北京赛西认证有限责任公司）

锂离子电池安全标准GB 31241—2014浅析

何鹏林（中国电子技术标准化研究院）
郭子绮（北京赛西科技发展有限责任公司）
孙建波（北京赛西认证有限责任公司）

我国首部锂离子电池安全国家标准GB 31241—2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》自2007年底开始着手制定，于2014年12月5日由国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准发布，并将于2015年8月1日起实施。本文将分析介绍GB 31241的制定背景、适用范围、编制原则和主要内容等。

1. 标准的制定背景

（1）产业背景

由于锂离子电池性能优越，例如能量密度高、无记忆效应、自放电率小等，锂离子电池自20世纪90年代发明以来，已经成为电子产品电源的最优选择。2000年以前，日本在全球锂离子电池市场一直占绝对优势地位。2001年开始我国的锂离子电池发展迅速，到2008年我国锂离子电池产量已经占到了全球产量的1/3，成为全球锂离子电池主产区之一。2001年～2008年产量情况如图1所示。

（2）市场背景

我国同时也是锂离子电池的最大市场国。以锂离子电池最大的宿主设备——手机为例，2008年我国手机保有量约为6.4亿部，远远超过日本和美国的人口总和，而在中国每部手机都至少配备一块电池。此外，笔记本电脑、数码相机、 音乐播放器等锂离子电池的宿主设备在中国也拥有巨大的保有量。

（3）安全背景

虽然锂离子电池性能优越，但是由于其自身的材料体系容易发生起火或者爆炸，尤其是在2007年前后全球范围内发生多起锂离子电池安全事故。例如，日本产的笔记本电脑电池因为安全问题全球召回，而我国则发生多起手机电池造成的伤害事件。安全水平低的电池在误用或者滥用时，甚至是在正常使用时容易导致安全事故。图2显示了锂离子电池过充电过程中发生爆炸的情况。

图2　锂离子电池过充电过程中爆炸

（4）标准化背景

日本、韩国作为全球最主要的锂离子电池生产国，分别于2007年和2008年制定了本国的国家标准JIS C 8714：2007《便携电子设备用锂离子蓄电池的单电池及电池组的安全试验》和KS C 8546：2008《便携设备用锂蓄电池和电池组的安全试验》。美国作为锂离子电池的主要市场国，也于2007年左右开展了UL 1642《锂电池标准》、IEEE 1725《移动电话用可再充电电池标准》等锂离子电池标准的修订工作。

国际电工委员会（IEC）此前制定的IEC 62133：2002《含碱性或非酸性电解液的蓄电池及蓄电池组便携设备用密封蓄电池和蓄电池组的安全性要求》涵盖了锂离子电池的相关要求。但是由于该版标准存在一定的技术问题，难以真正实施，因此IEC于2007年启动了该标准的修订工作（IEC 62133：2012已经于2012年发布）。

2. 标准的适用范围

在上述背景之下，我国也开始了锂离子电池安全标准的制定工作。2007年底，相关主管部门组织召开锂离子电池研讨会，以便携式电子产品用锂离子电池为典型产品，启动了GB 31241的制定工作，该标准于2011年起完成报批稿，并于2014年发布。

GB 31241适用于“便携式电子产品”（或“便携式电子设备”，二者为同义词）用的锂离子电池。按照国际和国内标准化的一般分类，电子产品主要包括以下4种：

（1）音视频（AV）设备：例如电视机、DVD机、MP3/MP4播放器、照相机、摄像机等；

（2）信息技术（IT）设备：例如计算机、扫描仪、打印机、复印机、网络设备、扫码仪、验钞机等；

（3）通信技术设备：手机、电话、基站、传真机、调制解调器等；

（4）测量控制设备：电压表、电流表、测温仪、数据采集仪、示波器等。

与GB 31241不同，IEC 62133规定的宿主设备是“便携式设备”，规定的全部类型的便携式设备包括：便携式电子设备、便携式电动工具、便携式家电等。

也就是说，电动工具和家用电器（如吸尘器、电动牙刷等）并不属于“电子设备”，从而其所用锂离子电池并不适用于本标准。但是在电动工具和家用电器用锂离子电池安全标准制定之前，可以参照使用GB 31241。

此外，电动自行车、电动汽车、电动轮椅、电动叉车等由于不属于“电子设备”，因而所用的锂离子电池同样也不适用于GB 31241。

对于程控电话用备用电源、机房后备电源、无线基站后备电源等，虽然属于“电子设备”，但是由于是“固定式”设备，而不属于“便携式”设备，因而也不适用于GB 31241。目前国家标准《固定式电子设备用锂离子电池和电池组 安全要求》已获得主管部门立项，目前正在制定过程中。

3. 标准的编制原则

（1）标准定位和总体架构符合IEC安全相关导则的规定

本标准符合IEC导则51《在标准中包括安全的导则》的规定。IEC导则51中规定了安全标准之间的关系、安全标准的种类以及安全标准的定位。本标准属于IEC导则51规定的“专业安全标准”，它引用其他“横向安全标准”（试验方法标准），并服务配套于其他“专业安全标准”（电子产品整机安全标准）。

本标准编制过程中遵循IEC导则104《安全出版物的编写及基础安全出版物和多专业共用安全出版物的应用导则》规定的产品安全出版物的编写原则、安全防护的优先级顺序、对其他标准的引用、产品寿命期内的安全因素（如考虑使用人员和维修人员、正常使用和合理可预见的误用等）等。

（2）积极参考借鉴现有国际标准中的成熟试验方法

本标准在编制过程中对于锂离子电池国际标准中比较成熟的试验方法，尽量与其保持一致。例如：与运输安全相关的试验条件和试验顺序尽量与IEC 62281和UN38.3（二者为电池运输安全国际标准）保持一致；挤压、强制放电、应力消除等试验项目尽量与IEC 62133保持一致。而对于过充电、热滥用、跌落等项目，现有国际标准的试验方法并不能用来全面合理地评估便携式电子产品用锂离子电池的安全性，因此本标准在国际标准的试验方法的基础上进行了完善。

（3）充分考虑影响锂离子电池安全性的全部因素

本标准在编制过程中，充分考虑了影响锂离子电池安全性的内部因素和外部因素、纵向因素（全生命周期因素）和横向因素（全生存环境因素，见图3）。考虑了锂离子电池在选材、设计、生产、使用、运输、回收等过程中与安全相关的纵向因素，以及电池（芯）材料、电池（芯）、保护电路、封装材料、电池组、宿主设备、外界环境等与安全相关的横向因素。例如本标准不仅规定了便携式电子产品用锂离子电池和电池在使用和运输过程中的安全要求，还制定了相应的设计和制造工艺中与安全相关的关键环节的安全要求为本标准的使用者提供参考（见标准中附录B）。

图3　影响锂离子电池安全的因素（横向）

（4）充分考虑锂离子电池安全的特殊性

锂离子电池由于自身材料体系的特殊性，容易引发安全问题，因此在使用过程一般需要增加保护电路作为安全防护措施。此外，在整个锂离子电池的使用过程中，双重防护甚至是多重防护是必要的。对于电池芯本身需要制定安全要求，在不能确保电池芯安全时对于防护措施也需要进行必要的考核。例如，本标准中明确了对于封装材料、保护电路（含保护装置）的考核要求。

（5）充分考虑到我国用户的使用习惯

本标准在制定过程中考虑了便携式电子产品用锂离子电池的实际使用条件，尤其是考虑到我国用户的使用习惯，提出了部分全新的安全要求并制定了相关的试验方法。例如针对我国用户习惯制定的洗涤安全要求（模拟洗衣机误洗电池）、高温使用安全要求（模拟车载手机电池充电、车载导航仪电池、行车记录仪电池等高温条件下的安全性）。

4. 标准的主要内容

本标准规定了正常使用条件、可预见的误用（或滥用）条件下的锂离子电池的安全要求。本标准涉及的对人身安全是针对维修人员和使用人员。维修人员是指电子产品及其电池的维修人员（具备一定的专业技能），使用人员是指除维修人员以外的所有人员，如普通用户、运输人员、销售人员等。在本标准范围内锂离子电池和电池组导致的危险是指直接引起人身财产安全的起火、爆炸和过热危险。此外，漏液也是本标准考虑的危险。

本标准中规定的安全要求可以按照下几种方式进行分类：

一般安全要求（包括对文件和标志的要求，标准中第5章）和试验要求（标准中第6～12章）；

试验要求可分为电池芯安全要求（标准中第6、7章）和电池组安全要求（标准中第8～12章）；

试验要求还可以分为电安全要求（标准中第6、9～12章）和环境安全要求（标准中第7、8章）。

综合来看，这些试验要求可以分为温度、气压、机械、电等不同类型的应力条件下的安全要求（如图4所示）。

图4　GB 31241规定的安全要求分类

5. 标准的实施方式

GB 31241为强制性国家标准，在标准实施后境内销售的便携式电子产品用的锂离子电池必须满足本标准的要求。认证是标准实施的一种重要方式。认证又分为强制性认证和自愿性认证，涉及人身财产安全的产品一般会对于安全指标实施强制性认证（我国称为CCC认证）。

在2015年8月1日前，本标准尚未正式实施，因而无法实施强制性认证。目前GB 31241的第一起草单位中国电子技术标准化研究院所属的北京赛西认证有限责任公司已向国家认证主管部门备案，依据GB 31241对锂离子电池实施自愿性认证（CESI标志认证，赛西标志认证）。贴有该认证标志的锂离子电池产品已被证明满足GB 31241规定的安全要求。消费者在购买便携式电子产品用锂离子电池时，请认清贴有CESI认证标志的产品。如果我国将来对锂离子电池实施强制认证，则需要购买贴有CCC认证标志的产品（见图5）。

图5　安全认证标志