基于层次分析法的锂离子电池产品质量风险管理评估

庞 瑶，张霄霄，张 楠，刘 祥，杨梦薇

（北京市产品质量监督检验院，北京 101300）

0 引言

锂离子电池产品近年来应用广泛，由于技术含量不高，生产企业中手工或半自动化方式生产的“小作坊”众多，部分企业为压缩成本偷工减料、以次充好，导致锂离子电池产品质量问题突出。近年来，关于锂离子电池安全性问题的报道屡见不鲜，引发的安全事故已经威胁到了消费者的人身安全，屡屡成为媒体关注的焦点，各国针对频繁发生的锂离子电池安全事故也在积极应对。因此针对锂离子电池产品开展风险管理，对于提高锂离子电池产品质量安全监督水平，保障锂离子电池产品质量安全将起到积极的作用。

风险管理是指如何在一个肯定有风险的环境里把风险减至最低的管理过程。当中包括了对风险的量度、评估和应变策略。风险管理通过识别风险，并确定风险可能导致的严重程度后，使用合理有效的风险管理技术对风险进行控制[1]。

本文从风险管理的角度出发，通过识别锂离子电池产品风险环节和风险源，并基于层次分析法，分析锂离子电池产品质量风险产生与控制的关键环节，以期实现对锂离子电池产品质量风险的系统监管，完善质量风险管理体系，为实现科学监督管理奠定基础。

1 锂离子电池产品风险的度量

1.1 风险环节的确定

锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，电池充放电过程就是锂离子的运动过程，由于锂的化学性质非常活泼，当电池处于可预见的误用或滥用的环境条件下时，容易引发安全问题。按照锂离子电池产品生命周期划分和风险转化为安全事件的途径，产品质量问题分布于三个重点环节：生产环节、流通环节和使用环节。

1.1.1 生产环节

生产环节主要包括原料选用和设计生产等。

锂离子电池的原材料选用和设计生产是锂离子电池质量的重要影响因素，不合格的原材料和不合理的设计制造将直接导致电池性能降低，甚至造成安全隐患。

以锂离子电池的隔膜为例，隔膜的作用是隔离正负极，防止其短路并保持锂离子通过，隔膜的性能直接影响着电池的容量、循环性能以及安全性能等特性。隔膜属于技术壁垒最高的高附加值材料。由于电池内部构造原理，要求隔膜层要具有一定的孔径和孔隙率，并且在保持良好力学性能的同时厚度尽可能小，从而能够更好的起到传递能量的作用；同时隔膜层要有一定强度的韧性，在外来冲击力挤压的情况下不容易产生破损；此外隔膜应具有热稳定性和自动关断保护性能，当电池内部温度达到一定高时，将细孔关闭，保证电化学反应终止或近乎终止，从而避免了安全事件的发生[2]。

由此可见，锂离子电池的原材料选用和设计生产直接影响到日后产品的质量安全，属于质量风险管理的重要环节。

1.1.2 流通环节

流通环节是商品从生产者手中进入到消费者手中的运动过程。产品的交通运输状况和储存条件对于风险因素的影响是多样性的和不确定性，因此，流通环节同样是风险管理的重要环节。

以流通领域的运输环节为例，运输过程中的过度颠簸或者挤压，容易造成锂离子电池的变形或者微短路，导致在使用过程中易发生危险。

1.1.3 使用环节

使用环节是消费者直接使用产品的过程，消费者使用环境不当和使用方法不正确，同样是引发锂离子电池安全事故的重要原因，会造成严重危害，因此使用环节同样属于风险管理的重要环节。

例如手机电池的使用过程中，消费者长期使用与被充电锂离子电池不相匹配的适配器为电池充电，容易引发充电过程中的安全事件。

1.2 风险管理层次分析模型的建立

通过分析锂离子电池产品风险产生的环节，并结合各环节中影响产品质量安全的重要因素[3]，构建产品层次分析模型如图1所示。

图1 锂离子电池产品层次分析模型

由此，得到锂离子电池产品质量风险主因素集为：

各子因素集为：

即主风险因素含有9个子风险因素。

1.3 风险评价指标权重计算方法

结合锂离子电池产品三个环节风险相对重要程度，建立风险重要性矩阵[4]，如表1所示。

表1 锂离子电池产品三个环节风险相对重要程度矩阵

根据表1设定判断矩阵R如下：

2）将归一化矩阵B每一行元素平均得到产品风险权重矩阵C[5]：

其中：

2 锂离子电池产品风险的评估

风险评估就是量化测评某一事件或事物带来的影响或损失的可能程度。结合GB/T 22760-2008《消费品安全风险评估通则》，采用定性和定量相结合的方法对锂离子电池可能存在的风险进行综合评估。

风险程度是风险发生的可能性和风险伤害程度的函数，D=f（P，E）。

式中：D代表风险程度值；P代表风险发生的可能性；E 代表风险伤害程度。

依据GB/T 22760-2008构造风险二维矩阵如图2所示[6]，结合P和S的值确定风险程度D。

图2 风险二维矩阵图

S表示严重风险；M表示中等风险；L表示低风险；A表示可容许风险。

为了比较具有统一的标准，依据1～9个层次的标度方法，对判断矩阵中元素进行赋值，赋值结果如表2所示。

表2 1～9个层次的标度方法

根据表2中两风险相比的重要程度，设定S对比A为7，S对比L为5，S对比M为3，M对比L为3，M对比A为5，L对比A为3。在针对锂离子电池产品进行大量风险监测的基础上，根据检测结果得到三个环节风险相对重要程度判断矩阵如下：

通过计算得到生产环节、流通环节和使用环节的风险权重分别为0.63、0.11、0.26。评价结果表明，从锂离子电池产品出现质量问题的三个重点环节来看，产品生产环节在总体风险中所占比重最大，为63%；其次为使用环节的质量风险，比重为26%；流通环节相对来风险比重较低，为11%。说明生产环节应作为锂离子电池产品质量监督与控制的重点环节。

相应的风险因素层判断矩阵为：

根据式(6)～式(8)计算得到锂离子电池产品质量风险控制环节评价指标各层次权重如表3所示，其中综合指标权重为指标权重与准则权重之积。

从各质量风险产生环节的具体风险来源看，原材料选择环节风险比重最高，为35.3%；其次为生产工艺和适用范围，均为16.4%，接下来是出厂检验和使用方法，分别为7.6%和6.8%。

表3 锂离子电池产品质量风险管理环节权重

3 结束语

由锂离子电池产品的风险评估可见，原材料的选择、质量以及生产过程中工艺情况是锂离子电池产品风险控制的重点环节；其次产品的出厂检验、适用范围和使用方法奉献比重同样较高。在锂离子电池产品的风险管理中，控制好原材料的产品质量可以很大程度上控制产品风险的发生，生产工艺和消费者的使用情况也是造成产品风险事件发生的重要因素。

政府部门要在加强对隔膜类上游材料企业的质量监管，提高材料及部件的质量水平的同时，加强对终端产品生产企业标准的宣贯培训，促进企业提高质量意识和质量控制能力，并通过监督抽查、质量检查等方式对企业加强监督；此外及时发布产品消费预警信息，提示消费者如何正确选购和使用锂离子电池产品，并加大宣传力度，引导消费者正确处理废旧产品，最终实现对于锂离子电池产品可靠、高效的风险管理。

[1] 顾孟迪,雷鹏.风险管理[M].北京:清华大学出版社,2009.

[2] 刘坤,徐睿杰.锂电池隔膜的安全性与高性能化[J].价值工程统,2012,31(36):313-314.

[3] GB/T 18287-2013,移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范[S].

[4] 丁香乾,石硕.层次分析法在项目风险管理中的应用[J].中国海洋大学学报:自然科学版,2004(1):97-102.

[5] 朱茵,孟志勇.用层次分析法计算权重[J].北方交通大学学报,1999(5):119-122.

[6] GB/T 22760-2008,消费品安全风险评估通则[S].