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      中歐鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)兼容性評(píng)價(jià)研究

      2024-12-11 00:00:00郝皓童多娜李惠
      標(biāo)準(zhǔn)科學(xué) 2024年14期
      關(guān)鍵詞:鋰離子電池國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

      摘 要:本研究圍繞中國(guó)和歐盟這兩大鋰離子電池制造和消費(fèi)市場(chǎng),開展中歐鋰離子電池產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)分析,并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)兼容性問(wèn)題進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示,兩者在產(chǎn)品安全參數(shù)要求和測(cè)試方法上都有顯著差異,這些差異構(gòu)成了技術(shù)性貿(mào)易壁壘,影響了中國(guó)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。結(jié)合目前中歐標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀,本文提出加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)是化解國(guó)際貿(mào)易摩擦的有效手段,建議中歐應(yīng)加強(qiáng)國(guó)際合作,聯(lián)合開展國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研制,以標(biāo)準(zhǔn)化促進(jìn)中歐鋰離子電池產(chǎn)業(yè)更好協(xié)同、健康、高質(zhì)量發(fā)展。

      關(guān)鍵詞:鋰離子電池,歐盟電池新規(guī),安全標(biāo)準(zhǔn),國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

      0 引 言

      近年來(lái),鋰離子電池由于其高密度存儲(chǔ)性能和環(huán)境可持續(xù)特性,正成為我國(guó)重要優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè),是拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的出口“新三樣”之一。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)EV Ta nk聯(lián)合伊維經(jīng)濟(jì)研究院共同發(fā)布的《中國(guó)鋰離子電池 行業(yè)發(fā)展白皮書(2 0 2 4年)》數(shù)據(jù)顯示,2 0 23年,全球鋰離子電池總體出貨量1 2 0 2 . 6 GW h,其中中國(guó)鋰離子電池出貨量達(dá)到887.4GW h,占全球總量的73.8%,出貨量占比繼續(xù)提升,已成為我國(guó)貿(mào)易新增長(zhǎng)點(diǎn)。在電池的國(guó)際貿(mào)易中,歐盟是我國(guó)的重要目標(biāo)市場(chǎng),根據(jù)聯(lián)合國(guó)貿(mào)易數(shù)據(jù)顯示,2023年,我國(guó)各類鋰離子電池出口總額已超過(guò)650億美元,其中對(duì)歐盟市場(chǎng)出口總額超過(guò)246億美元,占我國(guó)該類產(chǎn)品全球出口總額的37.85%,同比增長(zhǎng)1.5%。

      鋰離子電池產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的背后,其安全問(wèn)題也越來(lái)越受到各方關(guān)注。然而,不同地區(qū)的安全標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異,對(duì)鋰離子電池的國(guó)際貿(mào)易產(chǎn)生了不良影響。主要體現(xiàn)在以下幾方面:首先,在沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的情況下,安全問(wèn)題難以有效管理,容易出現(xiàn)燃爆、污染等嚴(yán)重問(wèn)題。其次,標(biāo)準(zhǔn)的差異加大了廠商的合規(guī)成本,阻礙了技術(shù)的推廣和市場(chǎng)的擴(kuò)大。2023年7月,歐盟正式發(fā)布新歐盟電池法規(guī),對(duì)出口至歐盟地區(qū)的電池產(chǎn)品提出了一系列新要求,尤其強(qiáng)調(diào)安全性,要求電池產(chǎn)品必須滿足對(duì)應(yīng)的安全試驗(yàn)指標(biāo)。對(duì)我國(guó)而言,歐盟市場(chǎng)至關(guān)重要,因而對(duì)標(biāo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),提升產(chǎn)品安全性顯得尤為迫切。在2024年的全國(guó)兩會(huì)上,全國(guó)人大代表提出建議,將“針刺試驗(yàn)”寫入GB 38031標(biāo)準(zhǔn)作為單體電池的強(qiáng)制性項(xiàng)目,并制定科學(xué)合理的試驗(yàn)要求,以提升電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的安全可靠性。電池產(chǎn)品安全性已成為社會(huì)各界共同關(guān)注的議題,促進(jìn)我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)同目標(biāo)市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào),對(duì)鋰離子電池出口貿(mào)易的發(fā)展至關(guān)重要。

      本文選取了中國(guó)、歐盟圍繞鋰離子電池產(chǎn)品安全性所制定標(biāo)準(zhǔn),對(duì)中國(guó)和歐盟同類鋰離子電池產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行橫向比對(duì)研究,同時(shí)對(duì)相同安全測(cè)試方法開展相似度計(jì)算以作為兼容性評(píng)價(jià)依據(jù),并對(duì)雙方標(biāo)準(zhǔn)差異度帶來(lái)的貿(mào)易挑戰(zhàn)進(jìn)行分析。最后,針對(duì)提升中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際兼容性與歐盟國(guó)家的互認(rèn),平衡中國(guó)作為鋰離子電池制造國(guó)同消費(fèi)國(guó)對(duì)于產(chǎn)品安全的需求提出相關(guān)建議和思考。

      1 中歐鋰離子電池產(chǎn)品代表性安全標(biāo)準(zhǔn)選取方法

      1.1 我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)品代表性安全標(biāo)準(zhǔn)選取方法

      目前,關(guān)于鋰離子電池產(chǎn)品的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要由國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)負(fù)責(zé),IEC根據(jù)鋰離子電池元素和用途對(duì)其進(jìn)行了分類,鋰離子電池主要分為啟動(dòng)用(star ter batteries)、牽引用(tractionbatteries)、固定式(stationary batteries)、電動(dòng)汽車用(batteries for E-mobility)、便攜式(portablebatteries)等多種。本文在選取中國(guó)的鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí),首先是根據(jù)IEC的分類方法篩選符合類別的標(biāo)準(zhǔn),其次是重點(diǎn)選取國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)(GB)而非推薦性標(biāo)準(zhǔn)(GB/T),最后在標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間年限上進(jìn)行了滿足近5年時(shí)間要求的限制。最終,遴選出以下3份標(biāo)準(zhǔn),即GB 31241-2022《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組 安全要求》、GB 40165-2021《固定式電子設(shè)備用鋰離子電池和電池組 安全要求》、GB 38031-2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》。

      對(duì)于本文選取的3份鋰離子電池代表性安全標(biāo)準(zhǔn),見表1,對(duì)每份標(biāo)準(zhǔn)在不同的層級(jí)下,即電池單體、電池包、電池系統(tǒng)所需的安全要求進(jìn)行了總結(jié)??梢钥闯?,不同的標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)同一層級(jí)的電池類產(chǎn)品都存在相同的安全試驗(yàn)要求,如:振動(dòng)、溫度循環(huán)、過(guò)充電和擠壓,本文將該類安全試驗(yàn)作為重點(diǎn)試驗(yàn),對(duì)同一試驗(yàn)在中歐不同標(biāo)準(zhǔn)中的具體安全要求參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。

      1.2 歐盟新電池法規(guī)安全試驗(yàn)及選取標(biāo)準(zhǔn)介紹

      2 0 2 3 年7月1 2日,歐盟正式發(fā)布關(guān)于電池與廢電池的第2 0 2 3 / 1 5 4 2號(hào)的法規(guī),修訂指令20 08/98/ EC和法規(guī)(歐盟)2019/1020,并廢除指令2006/66/EC。一方面,歐盟電池新法規(guī)的推出是其“歐洲綠色協(xié)議”戰(zhàn)略的一部分,以及為更好地實(shí)現(xiàn)其2050年設(shè)定的碳中和目標(biāo);另一方面,該法規(guī)的推出給出口到歐盟的電池企業(yè)也設(shè)定了隱性的貿(mào)易技術(shù)壁壘。

      歐盟新電池法規(guī)不僅包含了電池在可持續(xù)性、安全性、標(biāo)簽、標(biāo)記和信息方面的要求,其他還規(guī)定了生產(chǎn)者延伸責(zé)任、廢電池收集和處理以及報(bào)告的最低要求,以允許在歐盟范圍內(nèi)將電池投放市場(chǎng)或投入使用。安全性作為重要板塊,法規(guī)第12條針對(duì)電池的安全性提出了投放市場(chǎng)或投入使用的固定式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在正常運(yùn)行和使用過(guò)程中應(yīng)確保安全的要求。

      為符合新法規(guī)的安全要求,法規(guī)附錄V中列出了11項(xiàng)安全參數(shù),這些參數(shù)對(duì)應(yīng)了電池可能存在的主要安全風(fēng)險(xiǎn)。如通過(guò)這些測(cè)試,則可以證明電池在這些方面具有安全性。附錄V中的11項(xiàng)安全參數(shù)以及相關(guān)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),見表2。

      將歐盟新電池法規(guī)中要求的11項(xiàng)安全試驗(yàn)與中國(guó)代表性標(biāo)準(zhǔn)中的安全試驗(yàn)進(jìn)行初步比照,可看出中歐雙方相同的試驗(yàn)包括外部短路保護(hù)、過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、熱濫用5項(xiàng),而其余7項(xiàng)試驗(yàn)在選取的中方代表性標(biāo)準(zhǔn)文件中并無(wú)對(duì)應(yīng)。

      2 中歐鋰離子電池產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)兼容性評(píng)價(jià)方法及結(jié)果

      針對(duì)相同的安全試驗(yàn),本文對(duì)中歐雙方相同試驗(yàn)具體要求參數(shù)相似程度進(jìn)行量化的對(duì)比。對(duì)比方法如圖1所示,具體步驟如下:第一步,篩選出中歐雙方都具有的試驗(yàn)方法,如:外部短路保護(hù);第二步,將篩選出的試驗(yàn)方法所針對(duì)的電池層級(jí)測(cè)試范圍進(jìn)行比較,共包括電芯、電池模組、電池包和電池系統(tǒng)4個(gè)層級(jí),如:外部短路保護(hù)試驗(yàn),中歐雙方只有在電池系統(tǒng)這一層級(jí)存在共同覆蓋范圍,則該步驟相似度為1/4,即25%;第三步,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)試方法的具體參數(shù)進(jìn)行比較,在外部短路試驗(yàn)中,中歐雙方對(duì)于環(huán)境溫度和短路電阻要求一致,但驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)略有不同,該步驟相似度則為2/3,即67%;最后,將步驟二和三的相似度進(jìn)行相乘,得出最終相似度,相似度越低,則體現(xiàn)中歐雙方在鋰離子電池安全性標(biāo)準(zhǔn)上的兼容性越差,協(xié)調(diào)空間則越大,反之亦然。

      按照以上方法,對(duì)5項(xiàng)相同試驗(yàn)方法進(jìn)行相似度測(cè)算比較,結(jié)果見表3,5項(xiàng)試驗(yàn)相似度總體較低,分別為0.1675、0.0825、0.0 425、0.0825、0.125;其中過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)相似度最低,分別為0.0825、0.0425和0.0825??傮w來(lái)看,中國(guó)與歐盟在鋰離子電池安全要求方面的共同試驗(yàn)較少,且共同試驗(yàn)的具體參數(shù)相似度也偏低,中歐雙方分別作為制造國(guó)和消費(fèi)國(guó)對(duì)鋰離子電池的安全要求差異性顯著。

      3 中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)品企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

      3.1 技術(shù)壁壘與研發(fā)挑戰(zhàn)

      中國(guó)與歐盟在鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)要求上存在顯著差異,這構(gòu)成了一道技術(shù)壁壘,對(duì)中國(guó)企業(yè)的研發(fā)能力提出了嚴(yán)峻考驗(yàn),同時(shí)也對(duì)產(chǎn)品內(nèi)銷和外貿(mào)兩個(gè)環(huán)節(jié)提出了不同的安全要求。眾所周知,歐盟的標(biāo)準(zhǔn)制定往往從消費(fèi)國(guó)的角度出發(fā),設(shè)定了更為嚴(yán)格的合規(guī)要求。因此,中國(guó)企業(yè)不僅需要優(yōu)化現(xiàn)有的共同試驗(yàn)要求,還需考慮納入目前未涵蓋的歐盟方要求的安全試驗(yàn)。然而,部分中國(guó)企業(yè)在技術(shù)研發(fā)方面存在短板,短期內(nèi)可能難以適應(yīng)和滿足歐盟市場(chǎng)的安全標(biāo)準(zhǔn),從而可能被迫退出歐盟市場(chǎng)。

      3.2 法律風(fēng)險(xiǎn)和合規(guī)成本上升

      中國(guó)企業(yè)在出口產(chǎn)品時(shí)面臨著潛在的法律風(fēng)險(xiǎn)。一旦產(chǎn)品未能達(dá)到歐盟的安全標(biāo)準(zhǔn),企業(yè)可能面臨退貨、罰款甚至市場(chǎng)禁入的風(fēng)險(xiǎn)。為了滿足歐盟的合規(guī)要求,企業(yè)需要投入更多資源進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試和認(rèn)證,這無(wú)疑增加了企業(yè)的合規(guī)成本。這些成本包括測(cè)試設(shè)備的購(gòu)置和維護(hù)、測(cè)試人員的培訓(xùn)和資質(zhì)認(rèn)證以及認(rèn)證費(fèi)用的支付等。對(duì)于規(guī)模較小、資金有限的企業(yè)來(lái)說(shuō),這些額外的成本可能會(huì)成為其進(jìn)軍歐盟市場(chǎng)的沉重負(fù)擔(dān)。

      3.3 品牌形象受損

      鋰離子電池的安全性能直接關(guān)系到消費(fèi)者的生命財(cái)產(chǎn)安全,因此消費(fèi)者對(duì)電池的安全性能有著極高的關(guān)注度。如果中國(guó)企業(yè)的產(chǎn)品未能達(dá)到歐盟的安全標(biāo)準(zhǔn),或者在市場(chǎng)上出現(xiàn)安全問(wèn)題,這將對(duì)企業(yè)的品牌形象造成嚴(yán)重的損害,形成民間壁壘。因此,中國(guó)企業(yè)需要高度重視鋰離子電池產(chǎn)品的安全性能合規(guī)保證,加強(qiáng)質(zhì)量管理,確保產(chǎn)品符合歐盟的安全標(biāo)準(zhǔn),以維護(hù)良好的品牌形象。

      3.4 市場(chǎng)適應(yīng)性與創(chuàng)新壓力

      隨著全球市場(chǎng)對(duì)鋰離子電池安全性標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高,中國(guó)企業(yè)面臨著必須快速適應(yīng)這些變化的壓力。這不僅涉及到技術(shù)的更新和迭代,還包括對(duì)新興市場(chǎng)需求的敏感性和創(chuàng)新能力的提升。企業(yè)必須投入資源進(jìn)行持續(xù)的技術(shù)研發(fā),以發(fā)展更安全、更高效的電池技術(shù),同時(shí)也要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和市場(chǎng)策略上進(jìn)行創(chuàng)新,以滿足不同市場(chǎng)的特定需求。這要求企業(yè)在保持技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí),也要具備靈活應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化的能力。

      4 中歐鋰離子電池產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)建議

      4.1 加強(qiáng)國(guó)際交流合作 提升國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)兼容性

      為加強(qiáng)國(guó)際合作并提升國(guó)內(nèi)鋰電池標(biāo)準(zhǔn)的兼容性,中國(guó)需要進(jìn)一步深化專業(yè)人才在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的參與程度。通過(guò)系統(tǒng)性培訓(xùn)和參與國(guó)際交流項(xiàng)目,可以提升中國(guó)專家在國(guó)際鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)制定中的積極性和效率。此外,倡議國(guó)內(nèi)外主要行業(yè)參與者共同建立標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接和技術(shù)交流的常態(tài)化機(jī)制,尤其是在鋰電池的熱穩(wěn)定性、短路保護(hù)機(jī)制、電池管理系統(tǒng)(BMS)的功能與安全性等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)這種跨國(guó)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的密切合作,不僅可以推動(dòng)雙方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的一致性研究,也有助于促進(jìn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一認(rèn)證體系的建設(shè)。

      4.2 關(guān)注國(guó)際政策趨勢(shì) 及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品升級(jí)方向

      隨著國(guó)際電池安全規(guī)范的不斷發(fā)展,中國(guó)鋰離子電池制造商必須密切關(guān)注相關(guān)的國(guó)際政策趨勢(shì)。這包括電池的電化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性等方面的新規(guī)定。為適應(yīng)這些變化,企業(yè)需要構(gòu)建一套高效的監(jiān)測(cè)和響應(yīng)機(jī)制,確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)能及時(shí)反映最新的安全要求。同時(shí),應(yīng)與國(guó)家電池安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)等權(quán)威機(jī)構(gòu)保持密切合作,為中國(guó)鋰電池企業(yè)提供技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)品迭代的指導(dǎo),確保其產(chǎn)品能夠滿足國(guó)際市場(chǎng)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

      4.3 科學(xué)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)可行性 尋求國(guó)際對(duì)話和磋商

      對(duì)于歐洲鋰電池安全標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際操作中的適用性和成本效益關(guān)系,需要進(jìn)行深入分析和評(píng)價(jià)。例如:歐盟新電池法規(guī)中要求的內(nèi)部短路試驗(yàn),雖然其重要性不容置疑,但測(cè)試的可行性和重復(fù)性問(wèn)題仍然存在。因此,通過(guò)開展技術(shù)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)分析,企業(yè)可以更好地評(píng)估符合標(biāo)準(zhǔn)的成本和效益。此外,應(yīng)通過(guò)行業(yè)組織或相關(guān)外交部門發(fā)揮橋梁作用,對(duì)于部分不合理的強(qiáng)制性要求導(dǎo)致的不公平競(jìng)爭(zhēng),中方應(yīng)積極尋求國(guó)際對(duì)話和磋商。這種國(guó)際對(duì)話不僅有助于解決具體的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題,更能維護(hù)本國(guó)企業(yè)的利益。

      4.4 推廣先進(jìn)的安全技術(shù) 促進(jìn)雙邊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)融合

      為進(jìn)一步促進(jìn)中歐鋰離子電池產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)的互認(rèn)與合作,建議雙方共同推廣并應(yīng)用先進(jìn)的安全技術(shù)和測(cè)試方法。這包括但不限于電池的熱像監(jiān)控技術(shù)、壓力傳感技術(shù)以及先進(jìn)的電化學(xué)分析技術(shù),這些技術(shù)能夠在電池使用過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控其狀態(tài),預(yù)防安全事故的發(fā)生。通過(guò)在國(guó)際研討會(huì)和技術(shù)交流會(huì)上展示相關(guān)技術(shù)成果,雙方可以更好地理解各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域,從而找到更多的合作機(jī)會(huì)和互認(rèn)的可能性,從而加速新安全技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程,共同推動(dòng)全球鋰離子電池市場(chǎng)的健康發(fā)展。

      5 結(jié)論與展望

      本研究深入分析了中歐鋰離子電池產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)的差異性和互認(rèn)難題,通過(guò)比較中歐雙方在鋰離子電池安全測(cè)試方法、測(cè)試范圍和測(cè)試參數(shù)等方面的標(biāo)準(zhǔn),本文發(fā)現(xiàn)雙方的相似度較低,共性不多,顯示出顯著的標(biāo)準(zhǔn)差異。這些差異構(gòu)成了技術(shù)壁壘,對(duì)中國(guó)企業(yè)進(jìn)入歐洲市場(chǎng)構(gòu)成了挑戰(zhàn),增加了合規(guī)成本并可能影響企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。為了提升中國(guó)鋰離子電池的國(guó)際兼容性和市場(chǎng)接受度,建議加強(qiáng)國(guó)際交流合作,積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定,密切關(guān)注國(guó)際政策趨勢(shì),并通過(guò)科學(xué)評(píng)估和國(guó)際磋商來(lái)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施效果。通過(guò)這些策略,可以促進(jìn)中歐在鋰離子電池領(lǐng)域的更好合作,共同推動(dòng)全球鋰離子電池市場(chǎng)的健康與可持續(xù)發(fā)展。

      參考文獻(xiàn)

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