鋰離子電池安全標準GB 31241—2014淺析

何鵬林（中國電子技術標準化研究院）郭子綺（北京賽西科技發展有限責任公司）孫建波（北京賽西認證有限責任公司）

鋰離子電池安全標準GB 31241—2014淺析

何鵬林（中國電子技術標準化研究院）
郭子綺（北京賽西科技發展有限責任公司）
孫建波（北京賽西認證有限責任公司）

我國首部鋰離子電池安全國家標準GB 31241—2014《便攜式電子產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日由國家質量監督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會批準發布，并將于2015年8月1日起實施。本文將分析介紹GB 31241的制定背景、適用范圍、編制原則和主要內容等。

1. 標準的制定背景

（1）產業背景

由于鋰離子電池性能優越，例如能量密度高、無記憶效應、自放電率小等，鋰離子電池自20世紀90年代發明以來，已經成為電子產品電源的最優選擇。2000年以前，日本在全球鋰離子電池市場一直占絕對優勢地位。2001年開始我國的鋰離子電池發展迅速，到2008年我國鋰離子電池產量已經占到了全球產量的1/3，成為全球鋰離子電池主產區之一。2001年～2008年產量情況如圖1所示。

（2）市場背景

我國同時也是鋰離子電池的最大市場國。以鋰離子電池最大的宿主設備——手機為例，2008年我國手機保有量約為6.4億部，遠遠超過日本和美國的人口總和，而在中國每部手機都至少配備一塊電池。此外，筆記本電腦、數碼相機、 音樂播放器等鋰離子電池的宿主設備在中國也擁有巨大的保有量。

（3）安全背景

雖然鋰離子電池性能優越，但是由于其自身的材料體系容易發生起火或者爆炸，尤其是在2007年前后全球范圍內發生多起鋰離子電池安全事故。例如，日本產的筆記本電腦電池因為安全問題全球召回，而我國則發生多起手機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，甚至是在正常使用時容易導致安全事故。圖2顯示了鋰離子電池過充電過程中發生爆炸的情況。

圖2　鋰離子電池過充電過程中爆炸

（4）標準化背景

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

國際電工委員會（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要求。但是由于該版標準存在一定的技術問題，難以真正實施，因此IEC于2007年啟動了該標準的修訂工作（IEC 62133：2012已經于2012年發布）。

2. 標準的適用范圍

在上述背景之下，我國也開始了鋰離子電池安全標準的制定工作。2007年底，相關主管部門組織召開鋰離子電池研討會，以便攜式電子產品用鋰離子電池為典型產品，啟動了GB 31241的制定工作，該標準于2011年起完成報批稿，并于2014年發布。

GB 31241適用于“便攜式電子產品”（或“便攜式電子設備”，二者為同義詞）用的鋰離子電池。按照國際和國內標準化的一般分類，電子產品主要包括以下4種：

（1）音視頻（AV）設備：例如電視機、DVD機、MP3/MP4播放器、照相機、攝像機等；

（2）信息技術（IT）設備：例如計算機、掃描儀、打印機、復印機、網絡設備、掃碼儀、驗鈔機等；

（3）通信技術設備：手機、電話、基站、傳真機、調制解調器等；

（4）測量控制設備：電壓表、電流表、測溫儀、數據采集儀、示波器等。

與GB 31241不同，IEC 62133規定的宿主設備是“便攜式設備”，規定的全部類型的便攜式設備包括：便攜式電子設備、便攜式電動工具、便攜式家電等。

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

此外，電動自行車、電動汽車、電動輪椅、電動叉車等由于不屬于“電子設備”，因而所用的鋰離子電池同樣也不適用于GB 31241。

對于程控電話用備用電源、機房后備電源、無線基站后備電源等，雖然屬于“電子設備”，但是由于是“固定式”設備，而不屬于“便攜式”設備，因而也不適用于GB 31241。目前國家標準《固定式電子設備用鋰離子電池和電池組 安全要求》已獲得主管部門立項，目前正在制定過程中。

3. 標準的編制原則

（1）標準定位和總體架構符合IEC安全相關導則的規定

本標準符合IEC導則51《在標準中包括安全的導則》的規定。IEC導則51中規定了安全標準之間的關系、安全標準的種類以及安全標準的定位。本標準屬于IEC導則51規定的“專業安全標準”，它引用其他“橫向安全標準”（試驗方法標準），并服務配套于其他“專業安全標準”（電子產品整機安全標準）。

本標準編制過程中遵循IEC導則104《安全出版物的編寫及基礎安全出版物和多專業共用安全出版物的應用導則》規定的產品安全出版物的編寫原則、安全防護的優先級順序、對其他標準的引用、產品壽命期內的安全因素（如考慮使用人員和維修人員、正常使用和合理可預見的誤用等）等。

（2）積極參考借鑒現有國際標準中的成熟試驗方法

本標準在編制過程中對于鋰離子電池國際標準中比較成熟的試驗方法，盡量與其保持一致。例如：與運輸安全相關的試驗條件和試驗順序盡量與IEC 62281和UN38.3（二者為電池運輸安全國際標準）保持一致；擠壓、強制放電、應力消除等試驗項目盡量與IEC 62133保持一致。而對于過充電、熱濫用、跌落等項目，現有國際標準的試驗方法并不能用來全面合理地評估便攜式電子產品用鋰離子電池的安全性，因此本標準在國際標準的試驗方法的基礎上進行了完善。

（3）充分考慮影響鋰離子電池安全性的全部因素

本標準在編制過程中，充分考慮了影響鋰離子電池安全性的內部因素和外部因素、縱向因素（全生命周期因素）和橫向因素（全生存環境因素，見圖3）。考慮了鋰離子電池在選材、設計、生產、使用、運輸、回收等過程中與安全相關的縱向因素，以及電池（芯）材料、電池（芯）、保護電路、封裝材料、電池組、宿主設備、外界環境等與安全相關的橫向因素。例如本標準不僅規定了便攜式電子產品用鋰離子電池和電池在使用和運輸過程中的安全要求，還制定了相應的設計和制造工藝中與安全相關的關鍵環節的安全要求為本標準的使用者提供參考（見標準中附錄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，容易引發安全問題，因此在使用過程一般需要增加保護電路作為安全防護措施。此外，在整個鋰離子電池的使用過程中，雙重防護甚至是多重防護是必要的。對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對于防護措施也需要進行必要的考核。例如，本標準中明確了對于封裝材料、保護電路（含保護裝置）的考核要求。

（5）充分考慮到我國用戶的使用習慣

本標準在制定過程中考慮了便攜式電子產品用鋰離子電池的實際使用條件，尤其是考慮到我國用戶的使用習慣，提出了部分全新的安全要求并制定了相關的試驗方法。例如針對我國用戶習慣制定的洗滌安全要求（模擬洗衣機誤洗電池）、高溫使用安全要求（模擬車載手機電池充電、車載導航儀電池、行車記錄儀電池等高溫條件下的安全性）。

4. 標準的主要內容

本標準規定了正常使用條件、可預見的誤用（或濫用）條件下的鋰離子電池的安全要求。本標準涉及的對人身安全是針對維修人員和使用人員。維修人員是指電子產品及其電池的維修人員（具備一定的專業技能），使用人員是指除維修人員以外的所有人員，如普通用戶、運輸人員、銷售人員等。在本標準范圍內鋰離子電池和電池組導致的危險是指直接引起人身財產安全的起火、爆炸和過熱危險。此外，漏液也是本標準考慮的危險。

本標準中規定的安全要求可以按照下幾種方式進行分類：

一般安全要求（包括對文件和標志的要求，標準中第5章）和試驗要求（標準中第6～12章）；

試驗要求可分為電池芯安全要求（標準中第6、7章）和電池組安全要求（標準中第8～12章）；

試驗要求還可以分為電安全要求（標準中第6、9～12章）和環境安全要求（標準中第7、8章）。

綜合來看，這些試驗要求可以分為溫度、氣壓、機械、電等不同類型的應力條件下的安全要求（如圖4所示）。

圖4　GB 31241規定的安全要求分類

5. 標準的實施方式

GB 31241為強制性國家標準，在標準實施后境內銷售的便攜式電子產品用的鋰離子電池必須滿足本標準的要求。認證是標準實施的一種重要方式。認證又分為強制性認證和自愿性認證，涉及人身財產安全的產品一般會對于安全指標實施強制性認證（我國稱為CCC認證）。

在2015年8月1日前，本標準尚未正式實施，因而無法實施強制性認證。目前GB 31241的第一起草單位中國電子技術標準化研究院所屬的北京賽西認證有限責任公司已向國家認證主管部門備案，依據GB 31241對鋰離子電池實施自愿性認證（CESI標志認證，賽西標志認證）。貼有該認證標志的鋰離子電池產品已被證明滿足GB 31241規定的安全要求。消費者在購買便攜式電子產品用鋰離子電池時，請認清貼有CESI認證標志的產品。如果我國將來對鋰離子電池實施強制認證，則需要購買貼有CCC認證標志的產品（見圖5）。

圖5　安全認證標志