基于層次分析法的鋰離子電池產品質量風險管理評估

龐 瑤，張霄霄，張 楠，劉 祥，楊夢薇

（北京市產品質量監(jiān)督檢驗院，北京 101300）

0 引言

鋰離子電池產品近年來應用廣泛，由于技術含量不高，生產企業(yè)中手工或半自動化方式生產的“小作坊”眾多，部分企業(yè)為壓縮成本偷工減料、以次充好，導致鋰離子電池產品質量問題突出。近年來，關于鋰離子電池安全性問題的報道屢見不鮮，引發(fā)的安全事故已經威脅到了消費者的人身安全，屢屢成為媒體關注的焦點，各國針對頻繁發(fā)生的鋰離子電池安全事故也在積極應對。因此針對鋰離子電池產品開展風險管理，對于提高鋰離子電池產品質量安全監(jiān)督水平，保障鋰離子電池產品質量安全將起到積極的作用。

風險管理是指如何在一個肯定有風險的環(huán)境里把風險減至最低的管理過程。當中包括了對風險的量度、評估和應變策略。風險管理通過識別風險，并確定風險可能導致的嚴重程度后，使用合理有效的風險管理技術對風險進行控制[1]。

本文從風險管理的角度出發(fā)，通過識別鋰離子電池產品風險環(huán)節(jié)和風險源，并基于層次分析法，分析鋰離子電池產品質量風險產生與控制的關鍵環(huán)節(jié)，以期實現(xiàn)對鋰離子電池產品質量風險的系統(tǒng)監(jiān)管，完善質量風險管理體系，為實現(xiàn)科學監(jiān)督管理奠定基礎。

1 鋰離子電池產品風險的度量

1.1 風險環(huán)節(jié)的確定

鋰離子電池主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作，電池充放電過程就是鋰離子的運動過程，由于鋰的化學性質非?；顫姡旊姵靥幱诳深A見的誤用或濫用的環(huán)境條件下時，容易引發(fā)安全問題。按照鋰離子電池產品生命周期劃分和風險轉化為安全事件的途徑，產品質量問題分布于三個重點環(huán)節(jié)：生產環(huán)節(jié)、流通環(huán)節(jié)和使用環(huán)節(jié)。

1.1.1 生產環(huán)節(jié)

生產環(huán)節(jié)主要包括原料選用和設計生產等。

鋰離子電池的原材料選用和設計生產是鋰離子電池質量的重要影響因素，不合格的原材料和不合理的設計制造將直接導致電池性能降低，甚至造成安全隱患。

以鋰離子電池的隔膜為例，隔膜的作用是隔離正負極，防止其短路并保持鋰離子通過，隔膜的性能直接影響著電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能等特性。隔膜屬于技術壁壘最高的高附加值材料。由于電池內部構造原理，要求隔膜層要具有一定的孔徑和孔隙率，并且在保持良好力學性能的同時厚度盡可能小，從而能夠更好的起到傳遞能量的作用；同時隔膜層要有一定強度的韌性，在外來沖擊力擠壓的情況下不容易產生破損；此外隔膜應具有熱穩(wěn)定性和自動關斷保護性能，當電池內部溫度達到一定高時，將細孔關閉，保證電化學反應終止或近乎終止，從而避免了安全事件的發(fā)生[2]。

由此可見，鋰離子電池的原材料選用和設計生產直接影響到日后產品的質量安全，屬于質量風險管理的重要環(huán)節(jié)。

1.1.2 流通環(huán)節(jié)

流通環(huán)節(jié)是商品從生產者手中進入到消費者手中的運動過程。產品的交通運輸狀況和儲存條件對于風險因素的影響是多樣性的和不確定性，因此，流通環(huán)節(jié)同樣是風險管理的重要環(huán)節(jié)。

以流通領域的運輸環(huán)節(jié)為例，運輸過程中的過度顛簸或者擠壓，容易造成鋰離子電池的變形或者微短路，導致在使用過程中易發(fā)生危險。

1.1.3 使用環(huán)節(jié)

使用環(huán)節(jié)是消費者直接使用產品的過程，消費者使用環(huán)境不當和使用方法不正確，同樣是引發(fā)鋰離子電池安全事故的重要原因，會造成嚴重危害，因此使用環(huán)節(jié)同樣屬于風險管理的重要環(huán)節(jié)。

例如手機電池的使用過程中，消費者長期使用與被充電鋰離子電池不相匹配的適配器為電池充電，容易引發(fā)充電過程中的安全事件。

1.2 風險管理層次分析模型的建立

通過分析鋰離子電池產品風險產生的環(huán)節(jié)，并結合各環(huán)節(jié)中影響產品質量安全的重要因素[3]，構建產品層次分析模型如圖1所示。

圖1 鋰離子電池產品層次分析模型

由此，得到鋰離子電池產品質量風險主因素集為：

各子因素集為：

即主風險因素含有9個子風險因素。

1.3 風險評價指標權重計算方法

結合鋰離子電池產品三個環(huán)節(jié)風險相對重要程度，建立風險重要性矩陣[4]，如表1所示。

表1 鋰離子電池產品三個環(huán)節(jié)風險相對重要程度矩陣

根據表1設定判斷矩陣R如下：

2）將歸一化矩陣B每一行元素平均得到產品風險權重矩陣C[5]：

其中：

2 鋰離子電池產品風險的評估

風險評估就是量化測評某一事件或事物帶來的影響或損失的可能程度。結合GB/T 22760-2008《消費品安全風險評估通則》，采用定性和定量相結合的方法對鋰離子電池可能存在的風險進行綜合評估。

風險程度是風險發(fā)生的可能性和風險傷害程度的函數(shù)，D=f（P，E）。

式中：D代表風險程度值；P代表風險發(fā)生的可能性；E 代表風險傷害程度。

依據GB/T 22760-2008構造風險二維矩陣如圖2所示[6]，結合P和S的值確定風險程度D。

圖2 風險二維矩陣圖

S表示嚴重風險；M表示中等風險；L表示低風險；A表示可容許風險。

為了比較具有統(tǒng)一的標準，依據1～9個層次的標度方法，對判斷矩陣中元素進行賦值，賦值結果如表2所示。

表2 1～9個層次的標度方法

根據表2中兩風險相比的重要程度，設定S對比A為7，S對比L為5，S對比M為3，M對比L為3，M對比A為5，L對比A為3。在針對鋰離子電池產品進行大量風險監(jiān)測的基礎上，根據檢測結果得到三個環(huán)節(jié)風險相對重要程度判斷矩陣如下：

通過計算得到生產環(huán)節(jié)、流通環(huán)節(jié)和使用環(huán)節(jié)的風險權重分別為0.63、0.11、0.26。評價結果表明，從鋰離子電池產品出現(xiàn)質量問題的三個重點環(huán)節(jié)來看，產品生產環(huán)節(jié)在總體風險中所占比重最大，為63%；其次為使用環(huán)節(jié)的質量風險，比重為26%；流通環(huán)節(jié)相對來風險比重較低，為11%。說明生產環(huán)節(jié)應作為鋰離子電池產品質量監(jiān)督與控制的重點環(huán)節(jié)。

相應的風險因素層判斷矩陣為：

根據式(6)～式(8)計算得到鋰離子電池產品質量風險控制環(huán)節(jié)評價指標各層次權重如表3所示，其中綜合指標權重為指標權重與準則權重之積。

從各質量風險產生環(huán)節(jié)的具體風險來源看，原材料選擇環(huán)節(jié)風險比重最高，為35.3%；其次為生產工藝和適用范圍，均為16.4%，接下來是出廠檢驗和使用方法，分別為7.6%和6.8%。

表3 鋰離子電池產品質量風險管理環(huán)節(jié)權重

3 結束語

由鋰離子電池產品的風險評估可見，原材料的選擇、質量以及生產過程中工藝情況是鋰離子電池產品風險控制的重點環(huán)節(jié)；其次產品的出廠檢驗、適用范圍和使用方法奉獻比重同樣較高。在鋰離子電池產品的風險管理中，控制好原材料的產品質量可以很大程度上控制產品風險的發(fā)生，生產工藝和消費者的使用情況也是造成產品風險事件發(fā)生的重要因素。

政府部門要在加強對隔膜類上游材料企業(yè)的質量監(jiān)管，提高材料及部件的質量水平的同時，加強對終端產品生產企業(yè)標準的宣貫培訓，促進企業(yè)提高質量意識和質量控制能力，并通過監(jiān)督抽查、質量檢查等方式對企業(yè)加強監(jiān)督；此外及時發(fā)布產品消費預警信息，提示消費者如何正確選購和使用鋰離子電池產品，并加大宣傳力度，引導消費者正確處理廢舊產品，最終實現(xiàn)對于鋰離子電池產品可靠、高效的風險管理。

[1] 顧孟迪,雷鵬.風險管理[M].北京:清華大學出版社,2009.

[2] 劉坤,徐睿杰.鋰電池隔膜的安全性與高性能化[J].價值工程統(tǒng),2012,31(36):313-314.

[3] GB/T 18287-2013,移動電話用鋰離子蓄電池及蓄電池組總規(guī)范[S].

[4] 丁香乾,石碩.層次分析法在項目風險管理中的應用[J].中國海洋大學學報:自然科學版,2004(1):97-102.

[5] 朱茵,孟志勇.用層次分析法計算權重[J].北方交通大學學報,1999(5):119-122.

[6] GB/T 22760-2008,消費品安全風險評估通則[S].