锂电池的安全性与可靠性基础知识浅谈

电池，简单来说就是储存电能的装置。电池一般分为三类：化学电池、物理电池、生物电池。

其中化学电池又分为三类：一次电池、二次电池、燃料电池，锂离子电池就属于二次电池。

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

1、正极

活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，现在又出现了镍钴锰酸锂材料，电动自行车则用磷酸铁锂，导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。

2、隔膜

一种特殊的复合膜，可以让离子通过，但却是电子的绝缘体。

3、负极

活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。

4、有机电解液

溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。

5、电池外壳

分为钢壳（现在方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。

6、工作状态和效率

锂离子电池能量密度大，平均输出电压高。自放电小，好的电池，每月在2%以下（可恢复）。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%，而且输出功率大。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。

7、充电

充电是电池重复使用的重要步骤，锂离子电池的充电过程分为两个阶段：恒流快充阶段和恒压电流递减阶段。恒流快充阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到设定的值，而最终完成充电。电量统计芯片通过记录放电曲线可以抽样计算出电池的电量。锂离子电池在多次使用后，放电曲线会发生改变，锂离子电池虽然不存在记忆效应，但是充、放电不当会严重影响电池性能

8、放电

第一次充放电，如果时间能较长（一般3至4小时足够），那么可以使电极尽可能多的达到最高氧化态（充足电），放电（或使用）时则强制放到规定的电压或直至自动关机，如此能激活电池使用容量。但在锂离子电池的平常使用中，不需要如此操作，可以随时根据需要充电，充电时既不必要一定充满电为止，也不需要先放电。像首次充放电那样的操作，只需要每隔3至4个月进行连续的1至2次即可。

锂电池电芯组装成组的过程称为PACK，可以是单只电池，也可以是串并联的电池模组等。锂电池具有着相对较高的比能量和比功率，能够为车辆提供更好的加速性能，相比镍氢电池有更短的充放电时间，并且能在适当的电池管理下能使锂电池有更长的使用寿命，因为锂电池几乎不存在记忆效应，是现在公认的新能源车、储能等方面最好的解决方案。

1、电压高

单体电池的工作电压高达3.7-3.8V（磷酸铁锂的是3.2V），是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍。

2、比能量大

目前能达到的实际比能量为555Wh/kg左右，即材料能达到150mAh/g以上的比容量（3至4倍于Ni-Cd，2--3倍于Ni-MH），已接近于其理论值的约88%。

3、循环寿命长

一般均可达到500次以上，甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上。对于小电流放电的电器，电池的使用期限，将倍增电器的竞争力。

4、安全性能好

无公害，无记忆效应。作为Li-ion前身的锂电池，因金属锂易形成枝晶发生短路，缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题。

5、自放电小

室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。

6、可快速充放电

1C充电30分钟容量可以达到标称容量的50%以上，放电可以提供支持大电流3C/5C高倍率放电。

7、工作温度范围高

工作温度为-25~45°C，随着电解液和正极的改进，期望能扩宽到-40~70°C。

不过，锂电池也是有缺点的，它的价格相对更加昂贵，对于成本方面的控制是一大难题；除此之外，锂是一种非常易燃的物质，不能被普通ABC灭火器所熄灭，如不对其进行合理地使用与管理那也是相当危险，所以现在大多数厂家都通过改变电池的化学成分来解决这个安全问题，例如我们现在较常见的磷酸铁锂电池等，这解决了锂易燃的缺点；而且相对镍基材料，锂离子相对来说对于环境更友好。

中国作为全世界锂离子电池的第一生产国同时也是最大消费国之一，于2014年国家标准化委员会颁布了GB31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》，该标准是国内第一部关于锂离子电池安全性的强制性标准，并已于2015.8.1.起正式实施。

中国质量认证中心CQC于2014年12月19日发布便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全认证规则CQC11-464114-2014，申请类别：CQC标志认证142003，修订内容如下：依据标准由CQC3306-2013修改为GB 31241-2014 。

GB31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》适用于便携式电子产品用的锂离子电池和电池组,属于本标准范围内的便携式电子产品示例如下:

a) 便携式办公产品

笔记本电脑、PDA 等。

b) 移动通信产品

手机、无绳电话、蓝牙耳机、对讲机等。

c) 便携式音/视频产品

便携式电视机、便携式DVD播放器、MP3/MP4播放器、照相机、摄像机、录音笔等。

d) 其他便携式产品

电子导航器、数码相框、游戏机、电子书等。

对于使用于GB31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组 安全要求》标准的便携式电子产品用的锂离子电池和电池组需要通过下面的一系列测试。

1、电池电安全试验

1）常温外部短路；2）高温外部短路；3）过充电 ；4）强制放电 。

2、 电池环境安全试验

1）低气压；2）温度循环；3）振动；4）加速度冲击；5）跌落；6）挤压；7）重物冲击；8）热滥用；9）燃烧喷射 。

3、 电池组环境安全试验

1）低气压；2）温度循环；3）振动；4）加速度冲击：5）跌落；6）应力消除；7）高温使用；8）洗涤 ；9）阻燃要求 。

4、 电池组电安全试验

 1）过压充电；2）过流充电；3）欠压放电；4）过载；5）外部短路；6）反向充电；7） 静电放电。

5、 电池组保护电路安全要求

 1）过压充电保护；2）过流充电保护；3）欠压放电保护；4）过载保护；5）短路保护；6）耐高压。

6、系统保护电路安全要求

1）充电电压控制；2）充电电流控制；3）放电电压控制；4）放电电流控制；5）充放电温度控制。

GB31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》标准是一个国家强制性标准，即表明在国内市场销售的电池都需要满足这个标准的要求，无论产品上是否标示满足GB31241-2014的要求。

当制造商自己没有检测能力时最好找第三方检测机构进行测试，以确保产品符合标准要求。中国的强制性认证为3C认证，不是所有强制标准的产品都是强制性认证产品，现在电池还不是一个强制性产品，所以不需要做强制性认证。