（上海市质量监督检验技术研究院 上海）
摘要：随着近年来政府监管及生产技术的提升，便携式电子产品用锂离子电池整体质量安全普遍提升，行业逐步规范。本文结合2017年便携式电子产品用锂离子电池政府抽查项目结果对主流产品质量安全现状进行了概述，并对主要不合格项目进行了分析，以为今后的相关监管工作提供参考。
关键词：便携式电子产品；锂离子电池；过充电
锂离子电池不含重金属、比能量高、电压高、自放电率低，且几乎没有“记忆效应”，成为高性能电池的代表[1]，广泛应用于消费类电子电气产品。在消费类电子产品领域中，主要以笔记本电脑和手机中的锂离子电池使用量最大，随着产品制造技术趋于成熟，其它便携式设备如蓝牙耳机、移动电源、便携式音箱等对于锂离子电池的需求也越来越多。但同时，锂离子电池也存在一定的安全风险，其各部分材料电化学与热稳定特性，带来了锂电池易燃易爆的风险。为规范锂离子电池行业市场行为，优化锂电池产品性能及安全质量，2015年8月1日起我国发布实施首部锂离子电池安全强制性国标GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》[2]。近年来，通过国家质监机构以该强制性标准为依据对移动电源、手机等便携式设备用锂离子电池实施的监督抽查和风险监测等项目的监管，便携式电子产品用锂离子电池市场逐步规范。
1.便携式电子产品用锂离子电池产品质量抽查结果
2017年上海市质监局对主流便携式电子产品（信息终端设备）用锂离子电池质量安全实施监督抽查，产品类型覆盖便携式办公产品（笔记本）、移动通信产品（蓝牙耳机、智能手机、老人机、无线信息终端）、便携式音频产品（蓝牙音箱、MP3播放器、收音机、照相机/摄像机、点读笔、录音笔）、其他便携式产品（电子书、移动电源）等14类，基本涵盖了GB 31241-2014标准中适用的产品类别。生产企业涉及广东、上海、北京、江苏、福建、河南、湖南、山东等8个地区，电池容量覆盖85mAh-10000mAh，电池外形涵盖圆柱形、方形、软包，采样渠道包含生产厂、线下实体店销售及线上电商平台。对共计80批次便携式电子产品（信息终端设备）用锂离子电池及整机产品的内部单体锂离子电池进行了高温外部短路、过充电、低气压、振动、加速度冲击、挤压、热滥用、燃烧喷射等8个常见的安全性能测试项目，产品合格率达95%，产品生产企业合格率达94.9%。其中，4批次不合格样品的不合格项目均为过充电，其中2批次为移动电源产品，内部电池为18650圆柱型电池，2批次为老人机产品，内部电池为方形电池。本次抽查项目中移动电源产品合格率为88.9%，老人机产品合格率为83.3%。移动电源产品主要销售渠道为网络电商，消费者对移动电源的市场需求从爆发式增长到稳步增长，近两年国家质检总局加强了对移动电源的监督检测，并推动相关电池标准的出台，有效的遏制了行业性的质量问题，但是不同品牌间价格品质仍存在较大差异，市场中依然存在以劣质电池组装的移动电源，产品质量仍需提高。老人机产品价格低廉，生产企业多以中小型企业为主，市场需求量不大，监管力度较低，品质普遍不高，应加强监管。
2.过充电项目安全分析
过充电项目以3C1A、4.6V（磷酸铁锂体系5.0V）大电流高电压对放空电电池样品进行充电，模拟充电控制保护机制故障导致对内部锂离子电池的过流过压充电。合格样品的过充电曲线如图1所示，恒流充电阶段电压平稳上升到4.6V后浸入恒压充电阶段，电流逐渐下降，直到样品表面温度降至峰值温度的80%时停止充电，样品不起火不爆炸。
不合格样品的过充电曲线如图2所示，恒流充电过程中电压上升曲线出现不规则波动，恒压阶段电流下降曲线也出现异常波动，直至电池出现异常升温，造成热失控而产生起火爆炸等失效现象。
过充情况下，锂离子会在电池负极（阳极）累积，导致负极材料表面包覆非均匀的锂金属镀层，以过电流充电对于局部镀层非均匀性的影响较大。随着过充程度加深，锂镀层会逐渐形成枝晶，最终或可穿透隔膜导致电池内部正负极短路。一旦内部短路发生，整个电池60%以上的能量会在极短时间内通过短路点进行释放，从而引起局部温度快速升高，导致锂离子电池发生热失控；其二，过充电尤其是过电压充电情况下，高电压可能超过电解液中不同有机溶剂的分解电位，造成锂电池电解液发生分解反应产生气体。分解反应出现后，锂电池将迅速膨胀，若未设计合理泄压方式，即可能导致电池热失控，引起起火、爆炸[3]。
3.小结
便携式电子产品（信息终端设备）已成为广大消费者的日常生活品，消费市场巨大，其质量安全及曝光的安全事故主要在于内部电池的质量管控。通过各类产品用锂离子电池标准的制订实施，便携式电子产品用锂离子电池产品市场已趋于规范。而随着各类便携式智能产品的飞速更新换代，使用的环境和工况也产生较多区别，对内部锂离子电池的续航能力、安全性能等要求也在逐步提高。工信部计划至2020年，初步建立起锂离子电池产业标准体系，各研究机构及企业也在建立完备的失效分析数据库及模型体系，共同推动锂离子产品质量安全及产业健康有序发展。
参考文献
[1]黄可龙.锂离子电池原理与关键技术[M].化学工业出版社,2007.
[2]菁菁.我国首部锂离子电池安全强制性国家标准发布——《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》[J].中国质量技术监督,2015(03):16-19.
[3]王其钰,王朔,张杰男等.锂离子电池失效分析概述[J].储能科学与技术,2017,6(05):1008-1025.
论文作者:张丹,周怡,刘邓,杨雪蛟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/26
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