從標(biāo)準(zhǔn)化看鋰離子電池安全準(zhǔn)入與監(jiān)管趨勢

趙麗香,何鵬林,王曉冬,劉冉冉

(中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院,北京 100176)

近年來,得益于各行業(yè)對鋰離子電池旺盛需求的帶動,我國鋰離子電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)規(guī)模都有了質(zhì)的提升。當(dāng)前,我國已成為全球最大的鋰離子電池生產(chǎn)國和使用國,鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模已超過日本、韓國。2022年,我國鋰離子電池產(chǎn)能達(dá)750 GW·h,同比增長130%;產(chǎn)業(yè)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大,行業(yè)總產(chǎn)值突破1.2萬億元[1]。

鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,離不開相關(guān)政策的指導(dǎo)和引領(lǐng)。本文作者從標(biāo)準(zhǔn)化的角度出發(fā),就當(dāng)前消費型、動力型及儲能型等3大類鋰離子電池產(chǎn)品的安全準(zhǔn)入門檻進(jìn)行簡要的分析,并對未來的監(jiān)管趨勢進(jìn)行簡要的展望,以期為后續(xù)鋰離子電池的安全生產(chǎn)和高質(zhì)量產(chǎn)品的供給提供有益的參考。

1 消費型電池的準(zhǔn)入與監(jiān)管

鋰離子電池的全面商業(yè)化起源于20世紀(jì)90年代的日本,初期主要應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品。2007年,關(guān)于鋰離子電池的安全問題,在全球范圍內(nèi)發(fā)生了幾項標(biāo)志性事件,如日韓鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)制定和強(qiáng)制性認(rèn)證;國際電工委員會(IEC)修訂IEC 62133:2002《含堿性或其他非酸性電解質(zhì)的蓄電池和蓄電池組 便攜式密封蓄電池和蓄電池組的安全性要求》[2],并將鋰離子電池納入關(guān)于電工產(chǎn)品測試證書的相互認(rèn)可(IECEE-CB)體系,實施CB認(rèn)證;我國啟動首部強(qiáng)制性鋰離子電池安全國家標(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》[3]的制定工作等。為進(jìn)一步開展鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)化工作,原信息產(chǎn)業(yè)部[現(xiàn)工業(yè)和信息化部(工信部)]成立鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)特別工作組(現(xiàn)更名為“鋰離子電池及類似產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)工作組”),開展鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作,秘書處設(shè)在中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院(電子標(biāo)準(zhǔn)院,賽西)。為加強(qiáng)鋰離子電池行業(yè)管理和標(biāo)準(zhǔn)化工作,工信部還頒布了一系列政策文件《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件》[4](2015年本、2018年本、2021年本)和《鋰離子電池綜合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系》[5](2016版,詳見圖1,新版修訂中),將鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)化納入統(tǒng)一的宏觀規(guī)劃。按照工信部業(yè)務(wù)分工,電池標(biāo)準(zhǔn)工作組負(fù)責(zé)消費型、小動力型和儲能型鋰離子電池相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作;全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會電動車輛分技術(shù)委員會(SAC/TC 114/SC 27)負(fù)責(zé)電動汽車用鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)制定;全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC 114)負(fù)責(zé)電動摩托車用鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)制定;全國自行車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC 155)負(fù)責(zé)電動自行車用鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)制定。各標(biāo)委會(標(biāo)準(zhǔn)工作組)依據(jù)分工,按照《鋰離子電池綜合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系》開展標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作。

圖1 鋰離子電池綜合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系框架(2016年版)Fig.1 Li-ion battery comprehensive standardization technical system framework(2016 edition)

1.1 消費型鋰離子電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

消費型鋰離子電池領(lǐng)域,我國的首部鋰離子電池強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 31241—2014于2015年8月1日起實施。該標(biāo)準(zhǔn)首次提出了對電池組安全保護(hù)電路、高溫使用、材料阻燃的考核要求和試驗方法。以該標(biāo)準(zhǔn)為技術(shù)依據(jù)提交的修訂提案,被IEC 62133—2:2017《含堿性或其他非酸性電解質(zhì)的蓄電池和蓄電池組 便攜式密封蓄電池和蓄電池組的安全性要求第2部分:鋰系》采納。標(biāo)準(zhǔn)實施后,得到了相關(guān)企事業(yè)單位、科研院所的一致好評。近年來,隨著電池技術(shù)的進(jìn)步和新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)不再能滿足產(chǎn)品需求。

2018年,工信部委托電子標(biāo)準(zhǔn)院啟動了GB 31241—2014的修訂工作。基于2014版實施過程中積累的大量檢測經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)以及現(xiàn)階段鋰離子電池的技術(shù)水平,本著科學(xué)性和適用性原則,對多項技術(shù)指標(biāo)和測試方法進(jìn)行了調(diào)整。2022年12月29日,經(jīng)世界貿(mào)易組織(WTO)/技術(shù)性貿(mào)易壁壘協(xié)定(TBT)通報等相關(guān)流程,國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)委批準(zhǔn)發(fā)布GB 31241—2022《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組 安全技術(shù)規(guī)范》[6],并將于2024年1月1日實施。

總體而言,2022版和2014版相比,技術(shù)要求覆蓋更廣,更嚴(yán)格。①過充電試驗電壓:當(dāng)電池發(fā)生過充電時,正極活性材料中過多的Li+脫出導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌,負(fù)極過多的Li+聚集形成鋰枝晶,都會增加電池的安全風(fēng)險。2022版規(guī)定電池的過充電試驗電壓(Ut)根據(jù)充電限制電壓(Ucl)調(diào)整,當(dāng)Ucl＜4.25 V時,Ut應(yīng)為Ucl+0.40 V;當(dāng)4.25 V≤Ucl＜4.45 V時,Ut應(yīng)為4.65 V;當(dāng)Ucl≥4.45 V時,Ut應(yīng)為Ucl+0.20 V。②軟包裝電池半圓柱擠壓:為檢驗電池內(nèi)部是否存在因生產(chǎn)工藝問題而導(dǎo)致的缺陷,首次在標(biāo)準(zhǔn)中引入了半圓柱擠壓試驗。對于不小于25 mm的方形軟包裝電池,需要進(jìn)行半圓柱擠壓試驗,擠壓力根據(jù)電池的寬度進(jìn)行調(diào)整。試驗時,需將直徑25 mm的鋼質(zhì)半圓柱體置于電池寬面上擠壓,半圓柱體縱軸經(jīng)過寬面幾何中心且與電池極耳方向垂直,長度需大于被擠壓電池尺寸,擠壓力達(dá)到規(guī)定值后截止。③一致性要求:由多只單體電池組成的電池組大量用于筆記本電腦等產(chǎn)品中,單體電池之間的一致性差異嚴(yán)重影響安全性,會導(dǎo)致各單體電池充放電實時電壓分配不均,造成過壓充電或欠壓放電,引起析鋰、析銅等副反應(yīng),從而引發(fā)安全問題,因此,設(shè)計電池組和宿主設(shè)備電路時應(yīng)考慮一致性。2022版要求多只電池/電池并聯(lián)塊串聯(lián)組成的電池組的一致性應(yīng)滿足單級電池過充電、過放電保護(hù)(見圖2)的考核要求[6]。

圖2 單級電池過放電示例 Fig.2 Example of single stage battery over discharge

1.2 消費型鋰離子電池的監(jiān)管

強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)是中國技術(shù)法規(guī)的重要表現(xiàn)形式之一,具有一定的法律效力,凡是不符合強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品、服務(wù),不得生產(chǎn)、銷售、進(jìn)口或者提供。自2015年8月1日GB 31241—2014實施后,便攜式電子產(chǎn)用鋰離子電池和電池組必須滿足該標(biāo)準(zhǔn)的要求。2016年1月31日,GB 31241—2014被我國電子產(chǎn)品CCC強(qiáng)制認(rèn)證引用,便攜式電子產(chǎn)品申請CCC證書時,內(nèi)置的鋰離子電池必須滿足GB 31241—2014的要求,隨即相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)以GB 31241為技術(shù)依據(jù),開展了便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組的自愿性產(chǎn)品認(rèn)證,如中國質(zhì)量認(rèn)證(CQC)、賽西認(rèn)證(CESI)等。

2022年9月,國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化電子電器行業(yè)管理制度改革的意見》(國辦發(fā)〔2022〕31號文)[7]要求,將電子電器產(chǎn)品使用的鋰離子電池和電池組、移動電源納入強(qiáng)制性認(rèn)證管理。2023年3月,國家市場監(jiān)管總局發(fā)布《關(guān)于對鋰離子電池等產(chǎn)品實施強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證管理的公告》(2023年第10號)[8],要求:2023年8月1日開始受理CCC認(rèn)證委托;2024年8月1日起,未獲得CCC認(rèn)證證書和標(biāo)注認(rèn)證標(biāo)志的,不得出廠、銷售、進(jìn)口或在其他經(jīng)營活動中使用。對于電子電器產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組,現(xiàn)階段先對便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組開展CCC認(rèn)證,GB 31241—2022是便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組進(jìn)行CCC認(rèn)證的依據(jù)。至此,從2024年8月1日起,便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池必須滿足CCC認(rèn)證要求。這將進(jìn)一步規(guī)范我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展,在促進(jìn)產(chǎn)品安全質(zhì)量提升、保護(hù)消費者權(quán)益等方面發(fā)揮重要作用。

為進(jìn)一步貫徹落實國辦發(fā)〔2022〕31號文精神,有關(guān)部門組織電子標(biāo)準(zhǔn)院,擬將部分已發(fā)布的電子電器用鋰離子電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),為后續(xù)開展相關(guān)產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組的強(qiáng)制性認(rèn)證提供技術(shù)依據(jù)。目前,工信部已將玩具等產(chǎn)品用鋰離子電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的立項申請報送至國家標(biāo)準(zhǔn)委。

2 動力型鋰離子電池的準(zhǔn)入與監(jiān)管

動力型鋰離子電池主要應(yīng)用于電動汽車、電動摩托車、電動自行車、電動平衡車和電動工具等產(chǎn)品。目前已發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》[9]、SJ/T 11808—2022《電動工具用鋰離子電池和電池組安全技術(shù)規(guī)范》[10]、GB/T 36972—2018《電動自行車用鋰蓄電池》[11]、GB/T 40559—2021《平衡車用鋰離子電池和電池組 安全要求》[12]、GB/T 36672—2018《電動摩托車和電動輕便摩托車用鋰離子電池》[13]等。為了加強(qiáng)行業(yè)管理,擬將GB/T 36972—2018、GB/T 40559—2021、SJ/T 11808—2022等推薦性標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)工作正在進(jìn)行中。此外,為了規(guī)范電動輪椅的客運(yùn)檢驗,保障相關(guān)群體權(quán)益和人身安全,民航有關(guān)部門提交了《電動輪椅用鋰離子電池和電池組 客運(yùn)安全規(guī)范》的立項申請。

2.1 動力型鋰離子電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

電動汽車、電動摩托車、電動自行車產(chǎn)業(yè)方興未艾,對鋰離子電池的需求也在持續(xù)增長,因此,GB/T 36672-2018、GB/T 36972—2018、GB 38031—2020等標(biāo)準(zhǔn)先后發(fā)布。

2.1.1 電動汽車用鋰離子電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

電動汽車用鋰離子電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)由全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會電動車輛分技術(shù)委員會(SAC/TC 114/SC 27)負(fù)責(zé)制定。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 38031—2020適用于電動汽車用鋰離子電池和鎳氫電池等可充電儲能裝置,規(guī)定了電動汽車用動力蓄電池單體、電池包或系統(tǒng)的安全要求和試驗方法。對于電池包/系統(tǒng)的安全可靠性試驗,標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)實際工況規(guī)定了碰撞、鹽霧、高海拔和濕熱循環(huán)等項目,還規(guī)定了熱穩(wěn)定性試驗(外部火燒、熱擴(kuò)散),其中熱擴(kuò)散試驗采用加熱的方式觸發(fā)。2020年標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后,鋰離子電池技術(shù)和電動汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)都有了較大調(diào)整,目前,相關(guān)部門已提交了該標(biāo)準(zhǔn)的修訂計劃。

2.1.2 電動摩托車用鋰離子電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

電動摩托車用鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)由全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC 114)負(fù)責(zé)制定。電動摩托車用鋰離子電池不同于電動自行車用鋰離子電池,輸出電壓和能量通常更高。電動自行車整車標(biāo)準(zhǔn)GB 17761—2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》[14]規(guī)定,電動自行車用蓄電池組的標(biāo)稱電壓應(yīng)不超過48 V,最大輸出電壓應(yīng)不超過60 V,因此,電池組輸出電壓超過60 V的兩輪電動車應(yīng)納入電動摩托車管理。目前已發(fā)布的摩托車用鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 36672—2018,適用于電動摩托車和電動輕便摩托車用鋰離子電池,規(guī)定了鋰離子電池的模塊型號、蓄電池系統(tǒng)要求和相應(yīng)的試驗方法等。電池單體和模塊規(guī)定應(yīng)滿足GB/T 31485—2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》[15]的要求;電池系統(tǒng)規(guī)定了過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過溫保護(hù)保護(hù)和短路保護(hù)等常規(guī)試驗項目。目前,中國質(zhì)量中心(CQC)以該標(biāo)準(zhǔn)為技術(shù)依據(jù),對電動摩托車用鋰離子電池開展了自愿性產(chǎn)品認(rèn)證。

2.1.3 電動自行車用鋰離子電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

近年來,因鋰離子電池安全問題,引發(fā)了電動自行車起火、爆炸等事故。

電動自行車用蓄電池現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 36972—2018,適用于電動自行車用鋰離子蓄電池組,規(guī)定了電池組電性能、安全性的要求和試驗方法等。該標(biāo)準(zhǔn)中仍存在一些問題,不能有效評估電池芯和電池組的安全性:①缺少對單體電池的考核,只有對電池組的考核;②對電池保護(hù)電路的考核寬松、拆掉保護(hù)板之后,對電安全的考核過于嚴(yán)苛、缺少可操作性。2022年,工信部啟動了GB/T 36972—2018的修訂并轉(zhuǎn)化為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《電動自行車用鋰離子蓄電池 安全技術(shù)規(guī)范》(計劃號:20221482-Q-339)。標(biāo)準(zhǔn)(送審稿)適用于鋰離子蓄電池單體和電池組,主要包括單體電池電安全、電池組電安全、環(huán)境安全和機(jī)械安全等。對于電池單體,標(biāo)準(zhǔn)(送審稿)加嚴(yán)了考核:單體電池在滿足容量要求的前提下,還需要滿足針刺、過充電試驗的要求。過充電試驗要求滿電電池以1ItA恒流充電至1.5倍的充電上限電壓或者充電時間達(dá)到1.5 h,能量較高的部分三元正極材料鋰離子電池將難以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。對于電池組,不再規(guī)定電性能,只關(guān)注安全性。鋰離子電池的安全性需要在一定的電壓、電流和溫度范圍內(nèi)考量。為降低溫度對鋰離子電池安全性的影響,標(biāo)準(zhǔn)中增加了溫度保護(hù)測試:電池組在制造商規(guī)定的最高充電溫度或者55 ℃(取大者)再加5 ℃的環(huán)境下放置8 h、在制造商規(guī)定的最低充電溫度或0 ℃(取小者)再降5 ℃的環(huán)境下放置16 h后不能充電。該測試項目可降低鋰離子電池因鋰枝晶問題而誘發(fā)的安全風(fēng)險。為降低因使用劣質(zhì)、不匹配的充電器導(dǎo)致電動自行車用鋰離子電池起火、爆炸的風(fēng)險,標(biāo)準(zhǔn)(送審稿)要求電池組應(yīng)滿足互認(rèn)協(xié)同充電測試,確保充電器和電池組的匹配性。單體電池“熱失控”后的“熱擴(kuò)散”也是導(dǎo)致安全事故的重要因素,為此,標(biāo)準(zhǔn)(送審稿)引入了單體電池的“熱擴(kuò)散測試”,并給出了過充電或加熱誘發(fā)“熱失控”的試驗方法,要求在熱失控報警發(fā)生后5 min內(nèi),電池組應(yīng)不起火,不爆炸[15]。

除制定中的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)外,北京市自行車電動車行業(yè)協(xié)會制定了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/BBIA 4—2023《電動自行車用鋰離子動力電池組技術(shù)規(guī)范》[16]。標(biāo)準(zhǔn)適用于北京地區(qū)的電動自行車用鋰離子動力電池和電池組,規(guī)定了電池和電池組的安全性、電池組的電性能及電池管理系統(tǒng)(BMS)的要求。對于單體電池,為降低安全風(fēng)險,將過充電電壓設(shè)置為1.5倍的上限充電電壓;為模擬電池發(fā)生內(nèi)部短路時的危險性和能量釋放情況,引入針刺(穿透電池幾何中心)試驗。對于電池組,為檢驗電池組遭受外力擠壓時的安全性,規(guī)定了異形擠壓的方法和截止條件。此外,還對電池組BMS進(jìn)行考核:BMS應(yīng)在電池組充放電過程中實時采集單體電池電壓、電池組總壓、溫度、電流、荷電狀態(tài)和充放電次數(shù)等信息。鑒于溫度、不匹配充電器及電濫用對電池組安全性的影響,規(guī)定了互認(rèn)協(xié)同、溫度報警和過流放電預(yù)警及過電壓預(yù)警等項目。

2.2 動力型鋰離子電池的監(jiān)管

目前,電動汽車用鋰離子電池實行電動汽車電池公告制度,未來是否會實施CCC認(rèn)證管理,還需進(jìn)一步研究。盡管電動自行車實施CCC認(rèn)證管理,但對內(nèi)置的鋰離子電池/電池組沒有要求。為保障電動自行車用鋰離子電池安全,有地方政府出臺政策,對本行政區(qū)域內(nèi)出售的電動自行車內(nèi)置鋰離子電池和電池組實施強(qiáng)制性管理:2022年1月24日,北京市政府專題會研究決定,規(guī)定“嚴(yán)格電動自行車市場監(jiān)管,推動完善電動自行車蓄電池標(biāo)準(zhǔn),將BMS等涉及安全的技術(shù)要求納入電動自行車管理目錄采信推廣”;會議要求“在新車上牌時,其電池要符合本市電動自行車電池團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn),且車與電池碼要對應(yīng)”。2022年6月28日,北京市市場監(jiān)督管理局、北京市公安局公安交通管理局、北京市生態(tài)環(huán)境局共同制定了《北京市電動自行車產(chǎn)品目錄編制規(guī)程》;團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/BBIA 4—2023制定了對應(yīng)的檢測細(xì)則。在北京市出售的電動自行車型號需在目錄內(nèi),且內(nèi)置鋰離子電池和電池組應(yīng)滿足T/BBIA 4—2023。由于T/BBIA 4—2023被地方政策法規(guī)引用,在北京市出售的電動自行車內(nèi)置鋰離子電池和電池組必須滿足其要求,即T/BBIA 4—2023具有強(qiáng)制屬性(北京市內(nèi))。

根據(jù)工作安排,部分動力型鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)行推薦標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)性工作。隨著標(biāo)準(zhǔn)的制定、發(fā)布和實施,部分產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組有望納入CCC認(rèn)證管理。

3 儲能型電池的準(zhǔn)入與監(jiān)管

以風(fēng)電、光伏等為主的可再生能源發(fā)展迅速。鋰離子電池具有能量密度高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢,成為電化學(xué)儲能的重要發(fā)展方向。國內(nèi)外相關(guān)部門和機(jī)構(gòu)制定了一系列政策、標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范儲能鋰離子電池的生產(chǎn)、使用、運(yùn)輸和安裝。

3.1 儲能型鋰離子電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

儲能領(lǐng)域,目前已經(jīng)發(fā)布了1項強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 40165—2021《固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組 安全技術(shù)規(guī)范》[17]和3項推薦標(biāo)準(zhǔn)。鑒于國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定周期較長,儲能相關(guān)社會團(tuán)體組織也制定了多項團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

隨著鋰離子電池在儲能應(yīng)用中的爆發(fā)式增長,工信部于2020年提出了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《電能存儲系統(tǒng)用鋰蓄電池和電池組 安全要求》的立項申請,2021年12月由國家標(biāo)準(zhǔn)委下達(dá)標(biāo)準(zhǔn)制定計劃(20214450-Q-339),電子標(biāo)準(zhǔn)院牽頭并組織相關(guān)企事業(yè)單位、科研院所,在參考借鑒UN 38.3《危險貨物運(yùn)輸 鋰金屬和鋰離子電池》[18]、IEC 62619《含堿性或其他非酸性電解質(zhì)的蓄電池及電池組 工業(yè)設(shè)備用鋰蓄電池和電池組安全要求》[19]、IEC 63056《含堿性和其他非酸性電解質(zhì)的蓄電池及電池組 電能存儲系統(tǒng)用鋰蓄電池和電池組的安全要求》[20]等國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合國內(nèi)產(chǎn)品在存儲、運(yùn)輸、使用過程中的要求,進(jìn)行自主創(chuàng)新和補(bǔ)充完善。標(biāo)準(zhǔn)(報批稿)適用于最大直流電壓不超過1 500 V(標(biāo)稱電壓)的電能存儲系統(tǒng)用鋰離子電池和電池組。為模擬電池內(nèi)部短路試驗,針對電池單體規(guī)定:①過充電試驗,過充電試驗應(yīng)滿足用最大充電電流充電至1.5倍的充電上限電壓后,持續(xù)恒壓充電1 h或者總充電時間達(dá)到1.5 h,電池不起火、不爆炸;②淺刺試驗,電池制造過程中引入的金屬雜質(zhì)、毛刺等缺陷導(dǎo)致的內(nèi)部短路是電池發(fā)生熱失控的主要因素,標(biāo)準(zhǔn)中引入淺刺試驗,模擬電池發(fā)生內(nèi)部短路時的危險性。對于滿電電池,用Φ=5 mm的耐高溫鋼針(如鎢鋼,針尖的圓錐角為45°),以0.1 mm/s的速度從垂直于電池極板的方向刺入電池10 mm深度(刺入電池深度為實際刺入深度減去電池外殼厚度后的深度,對于電池外殼厚度小于或等于10 mm的,按10 mm計入)或電池厚度的30%,取較大值。刺入位置宜靠近所刺面的幾何中心,鋼針停留在電池中觀察1 h[10]。此外,對于電池組系統(tǒng)電安全、安裝和運(yùn)輸過程中的電氣安全、電池單體熱失控規(guī)定了相應(yīng)的試驗方法(功率加熱法)和判定條件;對于電池組系統(tǒng)熱擴(kuò)散給出了參考方法(激光加熱法)。目前,該標(biāo)準(zhǔn)在報批中,擬于2024年發(fā)布。

3.2 儲能型鋰離子電池的監(jiān)管

固定式通信技術(shù)(CT)設(shè)備、不間斷電源(UPS)、電信、光伏系統(tǒng)、中央應(yīng)急照明和報警系統(tǒng)、大容量儲能、離網(wǎng)/并網(wǎng)等電能存儲系統(tǒng)等領(lǐng)域使用的鋰離子電池,都屬于儲能型電池。基于儲能型鋰離子電池的多場景應(yīng)用,CQC目前以GB 40165—2021為技術(shù)依據(jù),開展了自愿性產(chǎn)品認(rèn)證。此外,由于儲能型鋰離子電池通常不直接面向普通消費者,納入CCC認(rèn)證管理的可能性不大。

鋰離子電池儲能屬于新型儲能的范疇,工信部等相關(guān)行業(yè)主管部門為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展制定了多項政策文件。2023年8月,工信部聯(lián)合科技部、國家能源局、國家標(biāo)準(zhǔn)委印發(fā)《新產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)航工程實施方案(2023-2035年)》[21](實施方案),將新型儲能(鋰離子電池、鈉離子電池和其他新型電池)納入9大未來產(chǎn)業(yè)之一。下一步,工信部將會同有關(guān)部門持續(xù)完善新興產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè),前瞻布局未來產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究,充分發(fā)揮新產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對推動技術(shù)進(jìn)步、服務(wù)企業(yè)發(fā)展、加強(qiáng)行業(yè)指導(dǎo)、引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級的先導(dǎo)性作用。此外,為了加強(qiáng)對鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的行業(yè)管理,工信部先后建立鋰離子電池溯源管理平臺,聯(lián)合其他部委頒布《關(guān)于做好鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈協(xié)同穩(wěn)定發(fā)展工作的通知》[22]、《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》[23],并召開多次宣貫會,以指導(dǎo)相關(guān)單位有序開展工作,保障高質(zhì)量產(chǎn)品供給。

4 結(jié)論與展望

鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,離不開頂層設(shè)計的引領(lǐng)和監(jiān)管。在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中,為加強(qiáng)鋰離子電池行業(yè)管理和監(jiān)督抽查,保障高質(zhì)量產(chǎn)品供給,有關(guān)部門發(fā)布了一系列政策文件。此外,鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)化工作在推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也發(fā)揮著基礎(chǔ)性、引領(lǐng)性作用。從我國鋰離子電池第1部強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 31241到《電動自行車用鋰離子蓄電池 安全技術(shù)規(guī)范》(送審稿)、《電能存儲系統(tǒng)用鋰蓄電池和電池組 安全要求》(報批稿)等標(biāo)準(zhǔn)的制定,都為鋰離子電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和人民群眾生命財產(chǎn)安全提供了有效支撐。2022年,國辦發(fā)〔2022〕31號文要求,將電子電器產(chǎn)品使用的鋰離子電池和電池組、移動電源納入強(qiáng)制性認(rèn)證管理。便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組已經(jīng)開始了CCC認(rèn)證受理,后續(xù)隨著相關(guān)產(chǎn)品用鋰離子電池強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的制定和發(fā)布,也有望納入CCC認(rèn)證管理。