锂离子电池安全性检测标准及存在问题

   日期:2019-03-04     来源:仪器信息网    浏览:17    
核心提示:我国锂电池工业产业最新发展趋势及世界主要发达国家对于锂电池工业产业的政策倾斜,提出了我国锂电池产业发展的建议;研究了锂离子电池安全性检测标准现状及存在的问题,提出了应对策略和建议。
   随着锂离子电池应用领域的不断扩大,其安全问题现已经成为了各方关注的焦点。
 
  1我国锂电池工业产业现状
 
  锂离子电池作为新能源产品具有显著的优势,世界各国开始将锂电池工业作为引领未来能源发展的支持产业之一。
 
  目前,中国已成为仅次于日本的锂离子电池生产大国。据不完全统计,中国锂离子电池的产量已经占到全球的70%,达到了16亿只,市场价值近50亿美元,其中70%以上出口。我国锂电池行业已经从传统的小型电子产品,逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展。
 
  电动汽车的核心技术是动力电池。从新能源汽车产业链上来看,因有色金属资源具有极强的地域性,上游原材料企业将会非常集中;对核心技术的掌控,使中游电池厂商将成为行业发展最大的受益者;而整车厂商在这场行业盛宴中利润微薄。目前,新能源汽车价格居高不下,原因之一是动力电池组成本太高,如一辆造价26万元的丰田普锐斯,电池成本在8万元左右,占了整车成本的三分之一。因此,国内电动汽车厂商纷纷加大投入,用于新型锂电池材料、制作工艺、技术的开发研究,期待尽快研制出成本较低的动力锂电池组,以降低电动汽车整车成本,加快行业发展。
 
  动力锂离子电池的主要材料有:正/负极材料、电解液和隔膜。随着国家对该行业的重视和投入力度的加大,越来越多新的公司加入到动力电池的研发和生产中来,未来市场格局将面临改变。以电解液为例进行分析:电解液是锂离子电池四大关键材料之一,号称锂电池的“血液”,是锂离子电池获得高电压、高比能等性能的保证。电解液占锂离子电池成本的12%左右,毛利率接近40%。锂离子电池对电解液要求比较高,但目前用量却很少。比如一块手机电池只用3g,比重很小,2000t电解液可供生产6亿块手机电池。
 
  目前全球锂电池电解液市场供求基本平衡,主要是靠现有锂电池市场。但是,汽车动力电池对电解液的需求量较大,一辆车需要40kg左右。预计到2012年,新能源车的年产量将达到100万辆,按每辆新能源汽车电池电解液40kg计算,100万辆混合动力汽车将带动4万吨电解液的需求。
 
  目前国内电池生产商电解液的配套已基本实现国产化,生产企业主要有国泰华荣化工、杉杉股份、珠海赛纬电子、天津金牛、汕头金光、广州天赐等10余家,年生产能力都在千吨级以上,可满足我国目前的锂电池生产需要,并有部分出口。总体来看,我国锂离子电池的生产尚处于起步时期。由于国家对于锂离子电池工业的政策支持,我国不少电池厂以及一些有实力的企业集团均看到了中国锂离子电池的潜在市场,正准备或已不惜投巨资生产理离子电池,这些作法将会进一步促进我国锂离子电池工业产业的发展。
 
  2主要发达国家锂电池工业产业投资政策
 
  2.1美国美国锂电暂任主席、美国布罗德普公司董事长瑞夫·布罗德博士,在第四届华南锂电高层论坛发表的演讲中提到了最近美国政府提出的新经济刺激计划。根据布罗德博士介绍,当前美国政府正前所未有地加大财政力度支持工业界发展。在美国政府的财政资助计划中,有20亿美金是用于电池工业的发展;其中约12亿美金,主要用在做锂电池和锂电池芯的发展方面。瑞夫·布罗德博士称,在这一整个工业界绝无仅有的资助行动当中,锂电池行业被放在重点当中,是“重中之重”。
 
  2009年8月份,奥巴马总统签署了一项为48个电池有关的项目提供资金援助的计划,这次援助计划的目的是为电动/混合动力汽车开发更有效的电池和电力驱动系统,援助的总金额达24亿美元,推出后将极大刺激中西部地区的发展。奥巴马总统宣称美国政府需要的是“面向未来的汽车,以及用来驱动这种汽车的技术”。
 
  虽然这一揽子援助计划主要面向的是汽车电池及电力驱动系统,但面向消费领域的电池技术也能从中受益。因为几乎所有的消费电子类产品如电动工具等都非常需要电力强劲、能持续工作数日的电池来供电,而现有的产品则只能提供几个小时的电力供应。
 
  2.2德国2009年年初,德国政府拿出5亿欧元用于资助电动汽车的研发。其中资助锂离子电池的研发费用为5900万欧元。在2007年制定的“高科技战略”中,德国政府已将电动汽车的关键技术———锂离子电池作为攻坚项目。
 
  为了完成这一项目,产业界五大巨头巴斯夫、博世、EVONIK、LiTec、大众和科学界与应用界的60家单位结合,组建了锂离子电池“创新联盟”:企业界出资3.6亿欧元,联邦科研部资助6000万欧元。据悉,以上还仅仅是联邦一级的研发投入。为了抢占市场先机,各州政府也有一批资金的投入。例如北威州的投入就达6000万欧元。北威州之所以舍得投入,除了想成为“电动汽车的模范区域”之外,更重要的是想让“北威州的轿车工业尽快生产世界领先的电动汽车”。
 
  2.3日本日本经济产业省近日披露,日本力争在2010年将新型锂离子电池用于下一代电动汽车。日本日立制作所宣称,将投资200亿日元至300亿日元,到2015年将目前面向混合动力车生产的锂电池产能提高约70倍。据称,日立将通过加大投资和扩大其位于茨城县东海事业所的产能,尽快实现大容量新型锂离子电池的量产,产品将主要向美国通用汽车公司提供。
 
  2009年5月15日,丰田、日产汽车公司及松下电器公司等相关企业签署协议,合力开发统一规格的新一代汽车锂电池,并计划在2年内实现量产。东芝公司决定,斥资500亿日元开发电动汽车用的锂离子电池,这种高效动力电池将于两年内进入半商品化生产,计划在2011年之前将高性能锂离子电池增至适于不同特性的3个种类,即除了目前的普通型之外,还将分别开发支持混合动力车和电动汽车等高输出功率型以及高能源密度型的锂离子电池。普及电动汽车的一个关键问题是需要建立足够的电力补充设施。为此,东京电力公司宣布,将带头参与有关的基础建设,明年在首都圈先建200多个充电站,3年后增加将到1000个以上。日本各大汽车公司也积极响应、参与有关研究和工程,热切期盼“脱石油”时代能尽早来到日本。目前,东京电力公司已经成功开发出了大型快速充电器,每10min完成充电,所能行驶的路程是60km,充电时间大大缩短,进一步加快了日本普及使用电动车的步伐。据日本汽车研究所预计,按照现在混合动力车的普及程度推算,到2020年,日本国内的混合动力车将达到约360万辆。如果高性能锂离子电池得到普及,混合动力车有可能进一步达到720万辆的水平。
 
  2.4对我国锂电池工业产业发展的建议
 
  1)加强科研投入力度。国家应该将高能量密度、高效率新型锂离子电池的研发提升到国家级战略高度,制定和实施有关新型锂离子电池材料、生产工艺、制造技术的“973”等高层次课题专项,吸引广大锂离子电池科学家及相关企事业单位广泛参与。
 
  2)明确产业方向,理顺管理职能。国家应该将锂离子电池工业产业作为国家“十二五”期间重点支柱的基础产业之一,加大投入力度,同时,成立专门管理锂离子电池工业产业的行业协会组织,统一管理和协调我国锂离子电池工业产业的发展。
 
  3)提高锂离子电池工业知识产权。目前锂离子电池材料、制作工艺等关键技术的知识产权均属国外所有,要想在锂离子电池工业产业中占据高地,必须研发创造属于我国知识产权的关键技术。
 
  4)加快锂离子电池标准化体系建设。提高我国锂离子电池工业标准化水平,使锂离子电池标准体系建设适应快速发展的锂离子电池工业,积极应该国际社会技术性贸易壁垒。3锂电池安全性检测标准简介及问题分析
 
  3.1锂电池安全性检测主要标准
 
  锂离子电池由于存在燃烧、爆炸等安全性隐患,国际社会针对锂离子电池安全性制定了一系列的规章、制度以及国际标准、行业标准等。我国锂离子电池产品检验主要依据的相关标准主要有:联合国《关于危险货物运输建议书》第38.3条款锂电池运输安全性能测试(UN38.3);GB-T8897.1-2003《原电池第1部分总则》;GB8897.2-2005《原电池第2部分外形尺寸和技术要求》;GB8897.4-2008《原电池第4部分锂电池的安全要求》;GB/T18287-2000《蜂窝电话用锂离子电池总规范》;GB/T19521.11-2005《锂电池组危险货物危险特性检验安全规范》;GB/Z18333.1-2001《电动道路车辆用锂离子蓄电池》;YD1268.1-2003《移动通信手持机锂电池的安全要求和试验方法》;QC/T743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》;QB/T2502-2000《锂离子蓄电池总规范》;SN/T1414.3-2004《进出口蓄电池安全检验方法第3部分锂离子蓄电池》;SJ/T11169-1998《锂电池标准》。
 
  现行的国际主要锂离子电池安全性检测标准主要有:IEC62133:2002《含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组-便携式密封蓄电池和蓄电池组的安全性要求》;IEC62281:2004《运输中锂原电池和电池组及锂蓄电池和电池组的安全》;UL1642:2006《锂电池》;IEEE1625:2004《便携式计算机用蓄电池标准》;IEEE1725:2006《蜂窝电话用蓄电池标准》。
 
  3.2锂电池安全性检测标准分析
 
  目前,国内外锂离子电池安全性检测标准基本都是符合性检测型标准,即标准规定短路、过充电、强制放电、振动、冲击、挤压、针刺、重物撞击、跌落、温度试验、低气压等电气、机械和环境方面的试验项目,用以模拟电池在正常使用以及可预见的误用时的应用情况,确保产品在这些情况下的安全性。这种标准形式具有判据清晰、操作性好的优点,只需针对成品电池进行试验室检测即可判定是否符合标准,缺点则是无法全面有效地保障产品的质量与安全性,因为安全性作为产品性能的一个组成方面是在产品设计与制造过程中形成并确立的,现行标准的考核对象与此存在偏差,此外安全试验是破坏性检验,只能采用抽样检测的方式进行,这种方法本身也存在一定的风险概率。
 
  对比国内外标准可见,我国锂电池安全标准欠缺整体规划。一方面国家与行业两级标准间,以及各类行业标准间缺乏协调,标准对象存在一定的交叉、重复,另一方面标准没有统一的指导思想,既有单纯的安全标准,又有包括电性能、环境适用性能及安全性能等全部要求的总规范性质的标准。相比较而言,国外标准在工作思路及相互间关系上则较为统一、协调,如IEC针对产品安全性单独制定标准,其他标准如产品总规范规定电性能等其他要求,安全要求直接引用安全标准;IEEE则针对不同用途分别制定包括安全要求在内的产品总规范。
 
  4关于锂离子电池安全性检测标准工作的建议
 
  工业和信息化部已经成立了电子产品安全标准工作组,准备开展锂离子电池安全标准工作,并提出了制定便携式锂离子电池安全标准的工作目标。结合我国锂离子电池工业产业发展及安全标准现状,建议我国锂离子电池安全性检测标准制定工作注意以下几个方面:
 
  1)建立统一的锂离子电池安全性检测国家标准。考虑到锂离子电池的生产、营销、使用等遍及国民经济各领域,应以最高级别的国家标准的形式制定统一的锂离子电池安全性检测标准。为保持安全标准的统一,应将现行国家与行业标准的技术内容以包含或整合的方式加以替代;将来随着锂离子电池的发展,通过标准修订的方式更新其安全要求,不再另行制定其他安全标准。
 
  2)统一的安全标准应该与锂离子电池的产品情况相适应。目前锂离子电池大致划分为能量型和功率型两大类,两类产品在材料、设计结构等方面存在一定差异,在相同的安全前提下,其标准的试验方法乃至要求都可能不同。便携式电池属于能量型,包括手机、笔记本电脑、数码相机和摄像机用锂离子电池等,而电动工具、电动自行车和电动汽车用锂离子电池可归为功率型,建议分别制定能量型和功率型锂离子电池安全标准。制定锂离子电池安全标准时要掌握“适度”原则,即标准应寻求并建立产品安全与性能的最佳结合点,因为安全性越好往往意味着电性能越差。
 
  3)锂离子电池安全性检测标准内容应涵盖产品设计及制造工艺,并建立相应的监管认证机制。绝大多数锂离子电池的安全问题是由现行安全标准难于模拟的内部短路缺陷所引起的,因此应将锂离子电池的设计和制造过程全面纳入质量控制体系方能有效避免产品内部短路的隐患。新制定的安全性检测标准应将其内容拓展至产品上游的设计与生产环节。建议国家质检部门在依据新的安全性标准开展锂离子电池强制安全认证工作时,除最终产品安全性检测外,还应对包括产品设计与工艺评审、制造过程监督等内容进行认证,并参照质量体系认证做法,建立定期复查与随机抽检的制度,如此将可确保标准内容最大限度地得以贯彻与实施。
 
日期: 2019-03-04
标签: 锂离子 锂离子电池 电池 安全
 
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