由于安全問(wèn)題而發(fā)生鋰離子電池產(chǎn)品召回的案例日益增多。Li+的活性和高能量密度的特性，會(huì)給鋰離子電池安全性帶來(lái)較大的問(wèn)題。目前，對(duì)鋰離子電池的安全性能，尤其是一些潛在的微小結(jié)構(gòu)缺陷所帶來(lái)的安全隱患的篩查，檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)落后于鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展，評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)體系尚未適應(yīng)鋰離子電池安全性能評(píng)估的要求。有鑒于此，本文作者對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的一些具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了歸納和分析，以期為檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供參考。

　　1 電池安全性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

　　目前，應(yīng)用得較為廣泛的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)的鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)各自的需求，國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)(IATA)、聯(lián)合國(guó)危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸專家委員會(huì)及國(guó)際民用航空組織(ICAO)等機(jī)構(gòu)，也制定了相關(guān)的鋰離子電池運(yùn)輸安全標(biāo)準(zhǔn)，并得到廣泛應(yīng)用。此外，一些國(guó)家及組織，如美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL)、美國(guó)電氣及電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)和日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(JIS)制定的關(guān)于鋰離子電池的安全標(biāo)準(zhǔn)，也有廣泛的影響。這些標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)項(xiàng)目相似，但是測(cè)試的條件有所不同。

　　應(yīng)用較多、影響范圍較廣泛的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有4個(gè)。聯(lián)合國(guó)《聯(lián)合國(guó)危險(xiǎn)物品運(yùn)輸試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》(UN38.3)

　　和IEC62281:2012《運(yùn)輸中鋰原電池和電池組及鋰蓄電池和電池組的安全》均側(cè)重于鋰離子電池在運(yùn)輸中的安全測(cè)試和安全要求，主要針對(duì)鋰離子電池在運(yùn)輸過(guò)程中的外部環(huán)境及機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行模擬，試驗(yàn)項(xiàng)目包括高度模擬、溫度試驗(yàn)、振動(dòng)、沖擊、外短路、撞擊、過(guò)度充電和強(qiáng)制放電等8項(xiàng)，要求電池在測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)保證包裝不脫落、不變形、無(wú)質(zhì)量損失、不漏液、不泄放、不短路、不破裂、不爆炸且不著火。UL1642:2009《鋰電池》適用于在產(chǎn)品中作電源用的一次(非充電的)和二次(可充電的)鋰電池，標(biāo)準(zhǔn)的目的是減少鋰電池在產(chǎn)品使用時(shí)著火或爆炸的危險(xiǎn)。標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于電池的電性能測(cè)試，包括短路試驗(yàn)、不正常充電試驗(yàn)和強(qiáng)制放電試驗(yàn);機(jī)械試驗(yàn)包括擠壓試驗(yàn)、撞擊試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和振動(dòng)試驗(yàn);環(huán)境試驗(yàn)包括熱濫用、溫度循環(huán)試驗(yàn)、高空模擬試驗(yàn)和拋射體試驗(yàn)等。試驗(yàn)要求，被測(cè)電池在試驗(yàn)過(guò)程中不起火、不爆炸、不漏液、不排氣、不燃燒，且包裝不破裂。IEEE1625:2008《筆記本電腦用可充電電池標(biāo)準(zhǔn)》和IEEE1725:2006《移動(dòng)電話用可充電電池標(biāo)準(zhǔn)》主要是對(duì)便攜式計(jì)算機(jī)和蜂窩電話用蓄電池的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)建立統(tǒng)一的準(zhǔn)則，主要涉及電池和電池組有關(guān)的電子、物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、加工流程、質(zhì)量控制及包裝技術(shù)等領(lǐng)域。相對(duì)于其他電池標(biāo)準(zhǔn)普遍重視電池或電池組的情況，上述標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)電芯、電池、主機(jī)節(jié)點(diǎn)、電源附件、消費(fèi)者和環(huán)境等幾個(gè)方面進(jìn)行了綜合性考慮。這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均側(cè)重于設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，針對(duì)電池后期的使用問(wèn)題，尤其是安全性問(wèn)題涉及不多。

　　目前，國(guó)內(nèi)外常用的鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)列表歸納于表1。

　　2 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)重點(diǎn)分析

　　現(xiàn)行的主要標(biāo)準(zhǔn)可概括為以下幾類(lèi):

　　2.1 主要針對(duì)運(yùn)輸過(guò)程中的外部環(huán)境和機(jī)械振動(dòng)

　　如UN38.3、IEC62281:2012等，通過(guò)高度模擬、溫度試驗(yàn)、振動(dòng)、沖擊、外短路和撞擊等測(cè)試項(xiàng)目，模擬鋰離子電池在運(yùn)輸過(guò)程中可能發(fā)生的危險(xiǎn)，對(duì)于鋰離子電池在使用過(guò)程中的安全問(wèn)題涉及較少。

　　2.2 主要針對(duì)設(shè)計(jì)和制造過(guò)程

　　如IEEE1625、IEEE1725等。以IEEE1725為例，標(biāo)準(zhǔn)將手機(jī)鋰離子電池系統(tǒng)分為4個(gè)板塊，即電芯、電池組、主機(jī)及電池充電器部分，全面明確地對(duì)電芯的設(shè)計(jì)、原材料、制造工藝和成品測(cè)試評(píng)估等進(jìn)行了要求，為電芯乃至手機(jī)等通信產(chǎn)品的安全性提供可靠評(píng)估保障。上述標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)電池的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，對(duì)于鋰離子電池后期使用中的安全問(wèn)題涉及不多。且諸如此類(lèi)的IEEE鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)，由于對(duì)象為不同設(shè)備中的鋰離子電池的設(shè)計(jì)和制造，針對(duì)性較強(qiáng)，適用范圍受到一定的限制。

　　2.3 主要針對(duì)鋰離子電池電性能和安全性

　　如UL1642、GB8897.4等，通過(guò)短路、不正常充電、強(qiáng)制放電試驗(yàn)擠壓、撞擊、沖擊、振動(dòng)、熱濫用、溫度循環(huán)、高空模擬試驗(yàn)及拋射體等測(cè)試項(xiàng)目，要求被測(cè)鋰離子電池在試驗(yàn)過(guò)程中不起火、不爆炸、不漏液、不排氣、不燃燒且包裝不破裂。比較上述兩類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，此類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的核心是鋰離子電池的安全性，更注意溫度導(dǎo)致的電池安全風(fēng)險(xiǎn)，但判定依據(jù)難以量化，只能用被測(cè)電池的爆炸、起火、冒煙、泄漏、破裂和變形等來(lái)區(qū)分，不利于檢出可能存在潛在危險(xiǎn)的電池。

　　3 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的不足

　　過(guò)充過(guò)程成為了導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生不安全行為的危險(xiǎn)因素:當(dāng)發(fā)生過(guò)充時(shí)，由于發(fā)生了不可逆的化學(xué)反應(yīng)，電能轉(zhuǎn)變成熱能，導(dǎo)致電池溫度迅速升高，從而引發(fā)一系列的化學(xué)反應(yīng)。尤其是當(dāng)散熱性較差時(shí)，往往導(dǎo)致比單純的熱沖擊更嚴(yán)重的問(wèn)題，可能發(fā)生電池起火，甚至爆炸。

　　根據(jù)對(duì)現(xiàn)有主要標(biāo)準(zhǔn)的分析不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋰離子電池安全性能的檢測(cè)方法和評(píng)判依據(jù)還顯得不足。這些標(biāo)準(zhǔn)中，有部分是針對(duì)鋰離子電池的外部環(huán)境和設(shè)計(jì)制造過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn);即便是針對(duì)安全性能的標(biāo)準(zhǔn)，也缺少明確的可量化衡量的檢測(cè)方法和評(píng)判體系，尤其是爆炸、起火、冒煙、泄漏、破裂和變形等判斷依據(jù)，過(guò)于寬泛。

　　迫切需要一種針對(duì)鋰離子電池?zé)嵝?yīng)及電池溫度變化，可定量分析并判定安全風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)方法。近幾年，國(guó)內(nèi)外研究者在不斷研究更科學(xué)、高效的檢測(cè)方法和手段，其中通過(guò)對(duì)于熱效應(yīng)及電池溫度方面的研究，取得不少進(jìn)展。通過(guò)檢測(cè)電池的表面溫度，結(jié)合電化學(xué)模型，利用量熱法計(jì)算得到電池充電過(guò)程中放出的熱量和熱傳導(dǎo)系數(shù)，之后建立熱效應(yīng)理論模型，可模擬計(jì)算電池內(nèi)部的溫度，進(jìn)而來(lái)描述電池的熱行為。人們已經(jīng)建立了多種類(lèi)型的熱效應(yīng)模型，但采取的測(cè)溫手段主要是傳統(tǒng)的熱電偶測(cè)溫法。熱電偶操作比較復(fù)雜，且只能有限布點(diǎn)，不能全面地掌握樣品溫度分布;同時(shí)，熱電偶還帶有延時(shí)性，不能及時(shí)反映鋰離子電池的溫度變化情況，不利于建立實(shí)時(shí)溫度變化曲線。

　　在理論研究方面，目前，人們傾向于利用理論模擬的方法體現(xiàn)鋰離子電池的熱安全性能，并設(shè)計(jì)了很多模型，通過(guò)分析熱性能來(lái)計(jì)算，得到鋰離子電池在不同工作環(huán)境下的溫度曲線。這些理論模型的原理是通過(guò)測(cè)量鋰離子電池的表面溫度來(lái)評(píng)價(jià)內(nèi)部溫度，再與利用熱電偶等方式測(cè)出的溫度進(jìn)行比對(duì)，一方面說(shuō)明理論模型的預(yù)判性和正確性;另一方面對(duì)安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。理論模型的建立可以使學(xué)者對(duì)于鋰離子電池的熱效應(yīng)有較全面的認(rèn)識(shí)，但對(duì)于安全性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)卻不直觀。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　安全性能已經(jīng)成為鋰離子電池的一個(gè)重要指標(biāo)，成為除成本因素外另一個(gè)制約鋰離子電池應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)。由于鋰離子電池的特性，在最初的使用階段并不會(huì)顯示出電化學(xué)行為的異常。這些潛在的缺陷給判斷鋰離子電池是否合格帶來(lái)困難。本文作者歸納和總結(jié)了國(guó)內(nèi)外常用的鋰離子電池安全性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鋰離子電池安全性的潛在風(fēng)險(xiǎn)缺乏檢測(cè)方法和評(píng)判依據(jù)，未形成快速、有效的鋰離子電池安全性檢測(cè)方法或篩選方法。

　　隨著消費(fèi)者對(duì)鋰離子電池電性能及安全性要求的日益提升，各電池制造商以及各國(guó)主管部門(mén)、行業(yè)協(xié)會(huì)等有必要對(duì)鋰離子電池安全性能的檢測(cè)手段進(jìn)行研究，建立一套直觀、快速、有效的檢測(cè)方法，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系的范圍內(nèi)，提高要求，進(jìn)一步細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)，明確判定依據(jù)，彌補(bǔ)現(xiàn)有鋰離子電池檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和體系的不足，提高鋰離子電池安全性能檢測(cè)水平，保證鋰離子電池行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，維護(hù)消費(fèi)者在電池使用過(guò)程中的安全。

　　文章摘自Battery Bimonthly(電池)，2015，45(3)，（蔡春皓，段冀淵，壽曉立，楊榮靜， 中華人民共和國(guó)上海出入境檢驗(yàn)檢疫局）