鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)GB 31241—2014淺析

何鵬林（中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院）郭子綺（北京賽西科技發(fā)展有限責(zé)任公司）孫建波（北京賽西認(rèn)證有限責(zé)任公司）

鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)GB 31241—2014淺析

何鵬林（中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院）
郭子綺（北京賽西科技發(fā)展有限責(zé)任公司）
孫建波（北京賽西認(rèn)證有限責(zé)任公司）

我國(guó)首部鋰離子電池安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 31241—2014《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》自2007年底開始著手制定，于2014年12月5日由國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布，并將于2015年8月1日起實(shí)施。本文將分析介紹GB 31241的制定背景、適用范圍、編制原則和主要內(nèi)容等。

1. 標(biāo)準(zhǔn)的制定背景

（1）產(chǎn)業(yè)背景

由于鋰離子電池性能優(yōu)越，例如能量密度高、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電率小等，鋰離子電池自20世紀(jì)90年代發(fā)明以來(lái)，已經(jīng)成為電子產(chǎn)品電源的最優(yōu)選擇。2000年以前，日本在全球鋰離子電池市場(chǎng)一直占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。2001年開始我國(guó)的鋰離子電池發(fā)展迅速，到2008年我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量已經(jīng)占到了全球產(chǎn)量的1/3，成為全球鋰離子電池主產(chǎn)區(qū)之一。2001年～2008年產(chǎn)量情況如圖1所示。

（2）市場(chǎng)背景

我國(guó)同時(shí)也是鋰離子電池的最大市場(chǎng)國(guó)。以鋰離子電池最大的宿主設(shè)備——手機(jī)為例，2008年我國(guó)手機(jī)保有量約為6.4億部，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)日本和美國(guó)的人口總和，而在中國(guó)每部手機(jī)都至少配備一塊電池。此外，筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、 音樂(lè)播放器等鋰離子電池的宿主設(shè)備在中國(guó)也擁有巨大的保有量。

（3）安全背景

雖然鋰離子電池性能優(yōu)越，但是由于其自身的材料體系容易發(fā)生起火或者爆炸，尤其是在2007年前后全球范圍內(nèi)發(fā)生多起鋰離子電池安全事故。例如，日本產(chǎn)的筆記本電腦電池因?yàn)榘踩珕?wèn)題全球召回，而我國(guó)則發(fā)生多起手機(jī)電池造成的傷害事件。安全水平低的電池在誤用或者濫用時(shí)，甚至是在正常使用時(shí)容易導(dǎo)致安全事故。圖2顯示了鋰離子電池過(guò)充電過(guò)程中發(fā)生爆炸的情況。

圖2　鋰離子電池過(guò)充電過(guò)程中爆炸

（4）標(biāo)準(zhǔn)化背景

日本、韓國(guó)作為全球最主要的鋰離子電池生產(chǎn)國(guó)，分別于2007年和2008年制定了本國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JIS C 8714：2007《便攜電子設(shè)備用鋰離子蓄電池的單電池及電池組的安全試驗(yàn)》和KS C 8546：2008《便攜設(shè)備用鋰蓄電池和電池組的安全試驗(yàn)》。美國(guó)作為鋰離子電池的主要市場(chǎng)國(guó)，也于2007年左右開展了UL 1642《鋰電池標(biāo)準(zhǔn)》、IEEE 1725《移動(dòng)電話用可再充電電池標(biāo)準(zhǔn)》等鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）此前制定的IEC 62133：2002《含堿性或非酸性電解液的蓄電池及蓄電池組便攜設(shè)備用密封蓄電池和蓄電池組的安全性要求》涵蓋了鋰離子電池的相關(guān)要求。但是由于該版標(biāo)準(zhǔn)存在一定的技術(shù)問(wèn)題，難以真正實(shí)施，因此IEC于2007年啟動(dòng)了該標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作（IEC 62133：2012已經(jīng)于2012年發(fā)布）。

2. 標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍

在上述背景之下，我國(guó)也開始了鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。2007年底，相關(guān)主管部門組織召開鋰離子電池研討會(huì)，以便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池為典型產(chǎn)品，啟動(dòng)了GB 31241的制定工作，該標(biāo)準(zhǔn)于2011年起完成報(bào)批稿，并于2014年發(fā)布。

GB 31241適用于“便攜式電子產(chǎn)品”（或“便攜式電子設(shè)備”，二者為同義詞）用的鋰離子電池。按照國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的一般分類，電子產(chǎn)品主要包括以下4種：

（1）音視頻（AV）設(shè)備：例如電視機(jī)、DVD機(jī)、MP3/MP4播放器、照相機(jī)、攝像機(jī)等；

（2）信息技術(shù)（IT）設(shè)備：例如計(jì)算機(jī)、掃描儀、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、掃碼儀、驗(yàn)鈔機(jī)等；

（3）通信技術(shù)設(shè)備：手機(jī)、電話、基站、傳真機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等；

（4）測(cè)量控制設(shè)備：電壓表、電流表、測(cè)溫儀、數(shù)據(jù)采集儀、示波器等。

與GB 31241不同，IEC 62133規(guī)定的宿主設(shè)備是“便攜式設(shè)備”，規(guī)定的全部類型的便攜式設(shè)備包括：便攜式電子設(shè)備、便攜式電動(dòng)工具、便攜式家電等。

也就是說(shuō)，電動(dòng)工具和家用電器（如吸塵器、電動(dòng)牙刷等）并不屬于“電子設(shè)備”，從而其所用鋰離子電池并不適用于本標(biāo)準(zhǔn)。但是在電動(dòng)工具和家用電器用鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)制定之前，可以參照使用GB 31241。

此外，電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、電動(dòng)輪椅、電動(dòng)叉車等由于不屬于“電子設(shè)備”，因而所用的鋰離子電池同樣也不適用于GB 31241。

對(duì)于程控電話用備用電源、機(jī)房后備電源、無(wú)線基站后備電源等，雖然屬于“電子設(shè)備”，但是由于是“固定式”設(shè)備，而不屬于“便攜式”設(shè)備，因而也不適用于GB 31241。目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組 安全要求》已獲得主管部門立項(xiàng)，目前正在制定過(guò)程中。

3. 標(biāo)準(zhǔn)的編制原則

（1）標(biāo)準(zhǔn)定位和總體架構(gòu)符合IEC安全相關(guān)導(dǎo)則的規(guī)定

本標(biāo)準(zhǔn)符合IEC導(dǎo)則51《在標(biāo)準(zhǔn)中包括安全的導(dǎo)則》的規(guī)定。IEC導(dǎo)則51中規(guī)定了安全標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系、安全標(biāo)準(zhǔn)的種類以及安全標(biāo)準(zhǔn)的定位。本標(biāo)準(zhǔn)屬于IEC導(dǎo)則51規(guī)定的“專業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)”，它引用其他“橫向安全標(biāo)準(zhǔn)”（試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)），并服務(wù)配套于其他“專業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)”（電子產(chǎn)品整機(jī)安全標(biāo)準(zhǔn)）。

本標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中遵循IEC導(dǎo)則104《安全出版物的編寫及基礎(chǔ)安全出版物和多專業(yè)共用安全出版物的應(yīng)用導(dǎo)則》規(guī)定的產(chǎn)品安全出版物的編寫原則、安全防護(hù)的優(yōu)先級(jí)順序、對(duì)其他標(biāo)準(zhǔn)的引用、產(chǎn)品壽命期內(nèi)的安全因素（如考慮使用人員和維修人員、正常使用和合理可預(yù)見(jiàn)的誤用等）等。

（2）積極參考借鑒現(xiàn)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的成熟試驗(yàn)方法

本標(biāo)準(zhǔn)在編制過(guò)程中對(duì)于鋰離子電池國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中比較成熟的試驗(yàn)方法，盡量與其保持一致。例如：與運(yùn)輸安全相關(guān)的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)順序盡量與IEC 62281和UN38.3（二者為電池運(yùn)輸安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）保持一致；擠壓、強(qiáng)制放電、應(yīng)力消除等試驗(yàn)項(xiàng)目盡量與IEC 62133保持一致。而對(duì)于過(guò)充電、熱濫用、跌落等項(xiàng)目，現(xiàn)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法并不能用來(lái)全面合理地評(píng)估便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池的安全性，因此本標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善。

（3）充分考慮影響鋰離子電池安全性的全部因素

本標(biāo)準(zhǔn)在編制過(guò)程中，充分考慮了影響鋰離子電池安全性的內(nèi)部因素和外部因素、縱向因素（全生命周期因素）和橫向因素（全生存環(huán)境因素，見(jiàn)圖3）?？紤]了鋰離子電池在選材、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、運(yùn)輸、回收等過(guò)程中與安全相關(guān)的縱向因素，以及電池（芯）材料、電池（芯）、保護(hù)電路、封裝材料、電池組、宿主設(shè)備、外界環(huán)境等與安全相關(guān)的橫向因素。例如本標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池在使用和運(yùn)輸過(guò)程中的安全要求，還制定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)和制造工藝中與安全相關(guān)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的安全要求為本標(biāo)準(zhǔn)的使用者提供參考（見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)中附錄B）。

圖3　影響鋰離子電池安全的因素（橫向）

（4）充分考慮鋰離子電池安全的特殊性

鋰離子電池由于自身材料體系的特殊性，容易引發(fā)安全問(wèn)題，因此在使用過(guò)程一般需要增加保護(hù)電路作為安全防護(hù)措施。此外，在整個(gè)鋰離子電池的使用過(guò)程中，雙重防護(hù)甚至是多重防護(hù)是必要的。對(duì)于電池芯本身需要制定安全要求，在不能確保電池芯安全時(shí)對(duì)于防護(hù)措施也需要進(jìn)行必要的考核。例如，本標(biāo)準(zhǔn)中明確了對(duì)于封裝材料、保護(hù)電路（含保護(hù)裝置）的考核要求。

（5）充分考慮到我國(guó)用戶的使用習(xí)慣

本標(biāo)準(zhǔn)在制定過(guò)程中考慮了便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池的實(shí)際使用條件，尤其是考慮到我國(guó)用戶的使用習(xí)慣，提出了部分全新的安全要求并制定了相關(guān)的試驗(yàn)方法。例如針對(duì)我國(guó)用戶習(xí)慣制定的洗滌安全要求（模擬洗衣機(jī)誤洗電池）、高溫使用安全要求（模擬車載手機(jī)電池充電、車載導(dǎo)航儀電池、行車記錄儀電池等高溫條件下的安全性）。

4. 標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了正常使用條件、可預(yù)見(jiàn)的誤用（或?yàn)E用）條件下的鋰離子電池的安全要求。本標(biāo)準(zhǔn)涉及的對(duì)人身安全是針對(duì)維修人員和使用人員。維修人員是指電子產(chǎn)品及其電池的維修人員（具備一定的專業(yè)技能），使用人員是指除維修人員以外的所有人員，如普通用戶、運(yùn)輸人員、銷售人員等。在本標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)鋰離子電池和電池組導(dǎo)致的危險(xiǎn)是指直接引起人身財(cái)產(chǎn)安全的起火、爆炸和過(guò)熱危險(xiǎn)。此外，漏液也是本標(biāo)準(zhǔn)考慮的危險(xiǎn)。

本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的安全要求可以按照下幾種方式進(jìn)行分類：

一般安全要求（包括對(duì)文件和標(biāo)志的要求，標(biāo)準(zhǔn)中第5章）和試驗(yàn)要求（標(biāo)準(zhǔn)中第6～12章）；

試驗(yàn)要求可分為電池芯安全要求（標(biāo)準(zhǔn)中第6、7章）和電池組安全要求（標(biāo)準(zhǔn)中第8～12章）；

試驗(yàn)要求還可以分為電安全要求（標(biāo)準(zhǔn)中第6、9～12章）和環(huán)境安全要求（標(biāo)準(zhǔn)中第7、8章）。

綜合來(lái)看，這些試驗(yàn)要求可以分為溫度、氣壓、機(jī)械、電等不同類型的應(yīng)力條件下的安全要求（如圖4所示）。

圖4　GB 31241規(guī)定的安全要求分類

5. 標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施方式

GB 31241為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后境內(nèi)銷售的便攜式電子產(chǎn)品用的鋰離子電池必須滿足本標(biāo)準(zhǔn)的要求。認(rèn)證是標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的一種重要方式。認(rèn)證又分為強(qiáng)制性認(rèn)證和自愿性認(rèn)證，涉及人身財(cái)產(chǎn)安全的產(chǎn)品一般會(huì)對(duì)于安全指標(biāo)實(shí)施強(qiáng)制性認(rèn)證（我國(guó)稱為CCC認(rèn)證）。

在2015年8月1日前，本標(biāo)準(zhǔn)尚未正式實(shí)施，因而無(wú)法實(shí)施強(qiáng)制性認(rèn)證。目前GB 31241的第一起草單位中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院所屬的北京賽西認(rèn)證有限責(zé)任公司已向國(guó)家認(rèn)證主管部門備案，依據(jù)GB 31241對(duì)鋰離子電池實(shí)施自愿性認(rèn)證（CESI標(biāo)志認(rèn)證，賽西標(biāo)志認(rèn)證）。貼有該認(rèn)證標(biāo)志的鋰離子電池產(chǎn)品已被證明滿足GB 31241規(guī)定的安全要求。消費(fèi)者在購(gòu)買便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池時(shí)，請(qǐng)認(rèn)清貼有CESI認(rèn)證標(biāo)志的產(chǎn)品。如果我國(guó)將來(lái)對(duì)鋰離子電池實(shí)施強(qiáng)制認(rèn)證，則需要購(gòu)買貼有CCC認(rèn)證標(biāo)志的產(chǎn)品（見(jiàn)圖5）。

圖5　安全認(rèn)證標(biāo)志