《高能量密度移动电源电芯安全设计指南》

ICS29.220.01

CCSK84

T

团体标准

T/TMAC×××—202X

高能量密度移动电源电芯安全设计指南

Guideforsafedesignofhighenergydensitymobile

powerbatterycells

（征求意见稿）

××××-××-××发布××××-××-××实施

中国技术市场协会发布

T/TMACXXX—202X

高能量密度移动电源电芯安全设计指南

1范围

本文件规定了高能量密度移动电源用电芯的安全设计原则、电芯结构与关键安全设计要求、安全设

计验证与试验方法、安全设计程序流程。

本文件适用于额定能量密度≥250Wh/kg的锂离子电芯在移动电源（含便携式储能电源、充电宝等）

中的安全设计参考。也可供其他类似用途高能量密度电芯产品参考使用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB31241便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全技术规范

GB/T35590信息技术便携式数字设备用移动电源通用规范

GB/T36276电力储能用锂离子电池

3术语和定义

GB31241中界定的术语和定义适用于本文件。

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

CID：电流中断装置（currentinterruptdevice）

FUSE：熔断器（fuse）

PTC：正温度系数热敏电阻（positivetemperaturecoefficient）

TSL：内置温控膜（thermalshutdownlayer）

5安全设计原则

高能量密度移动电源用电芯的安全设计应遵循下列原则：

a）本质安全优先原则：优先通过选材、结构、电化学设计实现本质安全，减少对外部保护电路的

依赖；

b）失效冗余设计：对关键风险点（包括过压、过热）设置两级或多级保护（包括CID+PTC+FUSE）；

c）热传播阻断原则：防止单体电芯热失控传导至相邻电芯，结构上需具备热隔离单元；

d）检测可视化设计：电芯应具备状态监控接口（包括电压、温度、内阻监测）或诊断识别通道。

e）电芯材料选择：正负极活性物质、电解液、隔膜等材料需满足GB31241热稳定性要求。电解液

应添加阻燃剂，隔膜需具备陶瓷涂层或高熔点基材（熔点≥200℃）；

f）散热设计：采用多极耳结构降低内阻发热，电芯壳体使用高导热材料。模组层级需设计散热通

道，强制风冷条件下电芯表面温升≤15℃；

g）保护设计：集成电子保护电路，过充/过放电压阈值误差≤±2%，并配置保护机制。温度监控精

度需达±1℃；

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T/TMACXXX—202X

h）物理防护设计：壳体抗挤压强度≥100kN（符合GB31241挤压试验），针刺防护层厚度≥0.5mm，

跌落高度≥1.5m时无泄漏（参照GB/T31485）。

6电芯结构与关键安全设计要求。

6.1壳体结构要求

电芯壳体结构设计宜参考表1进行设计。

表1电芯壳体结构设计

项目要求

壳体材质宜选用热稳定性≥300℃的铝合金、镁合金、工程塑料

密封方式宜采用激光焊接密封；电解液不渗漏，气密性＜1×10-5Pa·m³/s

压力释放通道宜具备单向泄压阀或爆破片设计，触发压力在0.5MPa～0.8MPa之间

防滑设计壳体外表面宜采用磨砂纹理或凸点结构，静态摩擦系数≥0.6

宜设置散热鳍片或采用高导热涂层（热导率≥15W/(m・K)），确保连续充

散热设计

放电时壳体表面温升≤25K（环境温度25℃）

防腐蚀处理壳体表面需经阳极氧化、镀锌或电泳处理，盐雾测试≥48h无锈蚀、鼓泡

采用黄黑双色警示纹，标注“高压危险”字样，字符高度≥5mm，位于壳

高压警示标识

体醒目位置

6.2内部防护元件

电芯内部防护元件结构设计宜采用下列要求：

a）CID动作电压应控制在4.4V±0.05V；

b）PTC触发电流不应低于20A（10s）；

c）TSL（内置温控膜）熔断温度：≥130℃。

6.3隔膜热稳定性要求

电芯隔膜热稳定性设计宜参考表2进行设计。

表2电芯隔膜热稳定性设计要求

项目要求参考标准

熔融收缩温度≥135℃GB/T36276

氧化热稳定温度（TGA）≥180℃GB/T35590

双面涂覆陶瓷隔膜（可选）支持本文件

6.4电极设计要求

电极结构设计宜采用下列要求：

a）涂布密度需均匀，偏差≤±2%；

b）正负极容量比控制在1.05:1.00～1.10:1.00；

c）集流体厚度≥15μm，具备抗穿刺能力≥250N（针刺测试）；

d）正负极材料选择：

1）正极材料：优先选用能量密度高且热稳定性可控的材料，材料选择需综合考虑能量密度、循

环寿命、倍率性能等安全关键参数；

2）负极材料：选用高容量、循环稳定性好且与电解液相容性佳的材料。材料选择需评估其风险

及热稳定性。

7安全设计验证与试验方法

7.1原理

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通过模拟典型故障条件（过充、短路、针刺、热箱等），验证电芯安全结构设计有效性，确保满足

极端工况不燃烧、不爆炸。

7.2试验类型与条件

电芯安全试验宜参考表3进行。

表3电芯安全试验项目、条件与判定

试验项目条件判定标准

过充试验以1C电流充电至10V，保持1h不起火、不爆炸

热箱试验放置于130℃恒温箱中30min不起火、不爆炸

外部短路在55℃环境下短接电芯正负极30min表面温度不超过150℃

针刺试验直径3mm钢针以25mm/s贯穿电芯不起火、不爆炸（带热隔断结构）

从1.0m高度自由跌落至水泥地面，6不起火、不爆炸，外观无破裂，电性能

跌落测试

个面各跌落1次参数偏差≤5%

在85℃±2℃环境中存储168h，取出外观无鼓包、漏液，容量保持率≥80%

高温存储测试

后在25℃环境静置2h（相对于初始容量）

用直径12mm钢柱沿电芯最大面中心施

挤压测试加13kN压力，持续1min（速率50不起火、不爆炸，壳体无贯穿性破裂

mm/min）

在-40℃±2℃（保持2h）与85℃±2℃

无漏液、鼓包，容量保持率≥85%，内

温度循环测试（保持2h）之间循环50次，转换时间

阻增长≤20%

≤30min

7.3试验步骤

高能量密度移动电源电芯宜采用下列步骤进行试验：

a）将样品电芯充满电至额定容量；

b）放置于（130±2）℃热空气环境中；

c）保持30min，观察是否发生变形、起火、爆炸；

d）记录温度变化、形貌变化等参数。

8安全设计流程

8.1设计前状态

高能量密度移动电源电芯进行安全设计程序前宜符合下列状态：

a）明确产品额定能量、使用场景、安全目标；

b）评估设计初期原材料特性与安全冗余等级；

c）确定电芯结构类型（软包/方形/圆柱）。

8.2安全设计流程图

高能量密度移动电源电芯安全设计程序流程包括需求分析、安全风险识别、材料选型、结构设计等

流程,具体如图1所示。

a）需求分析：明确产品目标规格、应用场景、工作环境、预期寿命及核心安全目标；

b）安全风险识别：基于需求分析，系统识别潜在失效模式及其可能诱因和后果。参考相关标准及

历史故障数据，确定高风险项；

c）材料选型：根据安全目标、能量密度要求及成本约束，依据第4章中e）项和5.4中d）项原则，

筛选正极活性材料、负极活性材料、电解液、隔膜等关键材料，评估其基础物化性能、兼容性

及安全特性；

d）结构设计：结构设计完成电芯结构设计，确保满足热隔离、机械强度、散热路径等要求；

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e）保护系统设计：设计BMS功能模块，包括电压、电流、温度采样，保护阈值设定，通信接口定义，

故障记录机制；

f）失效模式与影响分析（FMEA）：对设计方案进行FMEA验证，确认风险已降低至可接受水平；

g）样品试制：根据设计图纸小批量试制样品，进行工艺验证；

h）安全验证试验：按照第6章试验方法开展安全测试，包括过充、短路、针刺、热箱、跌落等；

i）不合格项修正：针对试验中发现的问题，进行设计优化与工艺调整；

j）批量设计冻结：完成设计验证报告，冻结设计图纸、BOM、工艺参数，进入小批量试产阶段。

保护系统

安全风险识别材料选型结构设计

需求分析设计

失效模式

批量设计安全验证

不合格项修正样品试制和影响分

冻结试验

析（FMEA）

图1电芯安全设计全过程流程图

8.3设计后结果

高能量密度移动电源电芯在安全设计程序后应符合下列结果：

a）电芯设计满足GB31241的规定；

b）具备在过充、热、机械冲击条件下的基本安全性能；

c）出具《安全设计评审报告》《安全设计验证报告》并归档。

_________________________________

4

《高能量密度移动电源电芯安全设计指南》

（征求意见稿）

编制说明

一、工作简况

（一）任务来源

本文件由北京中研博采技术服务有限公司提出，经中国技术

市场协会标准化工作委员会批准，正式列入2025年团体标准制

修订计划，标准名称为《高能量密度移动电源电芯安全设计指南》。

（二）项目背景

随着便携式电子设备、户外储能等领域的快速发展，高能量

密度移动电源的应用场景日益广泛，从日常消费电子充电拓展至

户外作业、应急供电等专业领域，对电芯的安全性能、能量密度

及可靠性提出了更高要求。高能量密度电芯作为移动电源的核心

部件，直接决定了产品的使用安全、续航能力与使用寿命。

传统移动电源电芯在高能量密度提升过程中，面临着热失控

风险增加、结构稳定性不足、极端环境适应性差等问题，难以满

足复杂场景下的安全使用需求。高能量密度电芯虽能显著提升移

动电源的续航表现，但当前行业内缺乏统一的安全设计标准，各

企业的设计理念、技术路线及测试方法差异较大，导致产品安全

性能参差不齐，兼容性与可靠性难以保障，不仅增加了下游厂商

的应用风险与适配成本，也制约了高能量密度移动电源产业的健

康发展。为规范该类电芯的安全设计、技术研发及质量管控，提

升产品安全一致性与市场信任度，推动移动电源产业向高能量、

高安全方向升级，制定《高能量密度移动电源电芯安全设计指南》

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十分必要。

（三）目的意义

1.目的

（1）确保使用安全可控

高能量密度电芯在充放电及存储过程中面临多种安全风险，

本指南通过统一安全设计原则、结构要求及防护标准，确保电芯

在过充、短路、高低温等复杂工况下均能保持安全稳定状态，满

足不同应用场景下的安全使用需求。

（2）规范产品设计研发

明确电芯在材料选型、结构设计、保护机制等方面的安全要

求，为企业提供清晰的设计指引，减少因设计不当导致的安全隐

患，提升产品研发效率与质量管控水平。

（3）促进产业协同发展

通过建立统一的安全技术语言，为电芯制造商、移动电源整

机厂及检测机构提供一致的技术依据，降低因标准不统一带来的

沟通成本与适配难度，加速产业链协同创新与产品迭代。

2.意义

（1）提升产品安全水平

本指南的实施将推动高能量密度电芯在安全设计、材料选用

及工艺优化等方面的升级，有效降低热失控、泄漏等安全风险，

提升移动电源产品的整体安全性能，增强消费者使用信心。

（2）助力产业高质量发展

引导企业聚焦高能量密度与安全性能的平衡提升，推动正极

材料、隔膜、电解液等核心环节的技术创新，促进移动电源产业

2

向规范化、高品质方向转型，提升我国相关产品的国际竞争力。

（3）响应绿色发展需求

通过优化电芯结构设计与能量利用效率，减少资源浪费与环

境影响，符合绿色低碳的产业发展趋势，为新能源储能领域的可

持续发展提供技术支撑，助力“双碳”战略落地。

（四）起草单位及起草人名单

本文件起草单位：赣州诺威新能源有限公司、北京中研博采

技术服务有限公司、北京六只猫创意科技有限公司、北京彬诚科

技有限公司、北京工业大学等单位。

本文件主要起草人：温恒、张春华、乐志斌、夏卫彬、杨笛。

（五）主要起草过程

1.文本调研

2025年4月启动了文本的调研工作，并于2025年5月完成

了相关资料的收集和分析工作。

2.标准立项

2025年8月向中国技术市场协会标准化委员会提出申请，

于2025年8月11日获得中国技术市场协会标准化工作委员会批

准立项。

3.形成标准草案

2025年8月27日，起草组对资料收集情况进行汇总处理，

确定了标准框架和主要内容。2025年9月11日，《高能量密度

移动电源电芯安全设计指南》形成标准初稿。

4.形成征求意见稿

2025年9月22日～2025年10月20日，起草组根据反馈的

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意见和建议，对草案内容进行了修改和调整，形成标准征求意见

稿。

二、确定标准主要内容的论据

（一）编制原则

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：

标准化文件的结构和起草规则》以及《中国技术市场协会团体标

准工作程序》的规定起草。

（二）标准主要内容及适用范围

本文件规定了高能量密度移动电源用电芯的安全设计原则、

电芯结构与关键安全设计要求、安全设计验证与试验方法、安全

设计程序流程。

本文件适用于额定能量密度≥250Wh/kg的锂离子电芯在移

动电源（含便携式储能电源、充电宝等）中的安全设计参考。也

可供其他类似用途高能量密度电芯产品参考使用。

（三）确定标准主要内容的论据

1.解决传统电芯安全性能短板

传统高能量密度电芯存在热稳定性不足、防护机制单一等问

题，安全风险较高。本指南通过明确本质安全设计原则、多级防

护要求及结构优化方向，可系统性提升电芯的安全冗余，有效弥

补传统设计的性能缺陷，满足复杂场景下的安全使用需求。

2.满足多元场景对安全可靠性的需求

高能量密度移动电源应用场景日趋多元，从日常消费到专业

应急，对电芯的安全性能提出了差异化、高标准要求。指南通过

统一安全设计指标、验证方法及检验规则，确保电芯在不同使用

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环境与工况下均具备稳定可靠的安全性能，适配多元化应用需求。

3.推动产业链标准化协同发展

当前行业内电芯安全设计参数不统一、测试方法各异，导致

上下游企业适配成本高、沟通效率低。指南通过规范核心技术要

求与设计流程，降低供应链协作壁垒，提升零部件通用性与产品

一致性，加速高能量密度移动电源的产业化进程与市场推广。

三、主要试验[或验证]情况分析、技术经济论证、预期经济

效果

（一）主要试验[或验证]情况分析

为确保本指南所提出的安全设计要求的科学性、先进性和实

用性，起草工作组联合了多家在高能量密度锂离子电芯领域具有

技术优势的企业及国家级检测机构，共同开展了针对性的设计验

证和试验分析。

1.试验样本与基础

验证工作选取了12家主流企业提供的、采用不同安全设计

方案的≥250Wh/kg高能量密度电芯样本，共计30款。重点对

比了在材料体系（如高镍三元正极、硅碳负极）、结构设计（如

叠片/卷绕工艺、壳体材质与厚度、泄压阀设计），以及保护机

制（如内置CID、PTC）等方面的差异。

2.本质安全设计验证与分析

过充保护测试：在1C倍率、不同截止电压（如4.4V,4.45V）

下进行过充测试。结果显示，采用“陶瓷隔膜+高热稳定性正极

材料”组合设计的电芯，其热失控触发温度可提升20-30℃，有

效延缓了热失控进程。而集成“双CID（电流断开装置）”设计

5

的电芯，在过充至130%-150%​标称电压时能可靠切断电流，

避免了内部压力累积和壳体破裂风险。这些数据为指南中推荐采

用高性能材料和冗余保护设计提供了直接证据。

针刺测试：采用φ3mm钢针以25mm/s速度穿刺满电电芯。

测试发现，采用特殊涂层隔膜（如芳纶涂覆）的电芯，其内部短

路点温升速率显著降低，最高温度可控制在≤120℃，且无明火、

无爆炸。而未采用此类安全设计的对照样本，穿刺后瞬间温度可

超过600℃并引发燃烧。此结果支撑了指南中对关键材料选型和

安全裕度设计的要求。

3.结构安全与机械完整性验证与分析

挤压测试：施加13kN压力至电芯变形量达30%。采用高强

度铝合金壳体、内部采用网状支撑结构的电芯，其壳体破裂风险

降低50%以上，且电解液泄漏量显著减少。而壳体厚度不足或焊

接工艺不佳的样本，在挤压下易过早失效。这验证了指南中关于

壳体机械强度、结构优化和制造工艺控制的重要性。

跌落与振动测试：模拟运输及日常使用场景。经过从1米高

度进行6个方向自由跌落后，内部极耳焊接牢固、采用缓冲泡棉

固定的电芯，其内阻变化率＜5%，性能稳定。振动测试后，电芯

未出现内部结构松动或外部连接件脱落。这些数据为制定电芯内

部结构固定和外部防护设计指引提供了依据。

4.环境适应性与长期可靠性验证与分析

高低温循环测试（-20℃至60℃，每个极端温度保持8小时，

循环20次）：具备良好电解液配方和电极界面的电芯，其容量

恢复率＞98%，且无析锂现象。而设计不当的电芯容量衰减可达

6

5%-10%，并存在安全隐患。

高温存储与循环寿命测试（60℃环境下满电存储28天，以

及45℃下1C循环）：采用抗氧化添加剂和稳定粘结剂体系的电

芯，在高温存储后容量保持率≥85%，循环寿命可达800次（容

量保持率80%）。这表明材料级别的安全设计对提升电芯长期可

靠性至关重要。

通过上述系统性验证，积累了超过1500组有效数据。分析

表明，本指南所倡导的“本质安全优先”“冗余设计”“材料与

结构协同优化”等原则，能有效提升高能量密度电芯在极端条件

下的安全阈值。各项具体设计建议均有可靠的试验数据支撑，确

保了指南的实用价值和指导意义。

（二）技术经济论证

1.技术可行性论证

技术成熟度：指南中推荐的安全设计技术，如高性能隔膜、

内置PTC/CID、结构优化等，均为行业内已商业化或接近商业化

的成熟技术。主要电芯制造商已具备相应的研发和量产能力，无

需颠覆性技术突破。指南的作用在于系统化整合和标准化这些最

佳实践，降低企业技术选型难度。

实施路径清晰：对于电芯企业，遵循指南意味着在现有产品

开发流程（如DFMEA-设计失效模式与影响分析）中，嵌入更规

范的安全设计评审点。检测机构也可基于指南明确的验证方法，

开发相应的检测服务。技术迁移和应用的路径明确，可行性高。

从技术层面看，本指南的要求符合当前产业技术发展水平，

具备大规模推广应用的可行性。

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2.经济合理性论证

（1）企业成本效益分析

初期成本增加：采纳指南要求，预计会使单颗电芯的直接材

料成本（BOM）上升8%-20%，主要来自更高等级的隔膜、添加剂、

结构件以及更复杂的制造工艺。研发和测试验证的投入也会相应

增加。

长期效益显著：降低售后与风险成本：显著减少因潜在安全

问题导致的客户投诉、退货、召回乃至法律诉讼产