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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2012,*,SZYSPX,易石培訓(xùn)室,SZYSPX,易石培訓(xùn)室,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,2012,鋰離子電池的生產(chǎn)安全,安全管理人員培訓(xùn)講座,2012,內(nèi) 容,一、事故警示,二、鋰離子電池生產(chǎn)基本概念,三、生產(chǎn)過程的危險(xiǎn)與有害因素辨識,四、安全對策措施,2012,安,理,全,管,培,課,訓(xùn),基本概念,鋰電池燃、爆照片,鋰電池事故,案例,1,：,2010,年,10,月,11,日，深圳,A,公司客戶退回的鋰電池在存放處發(fā)生自燃起火，工人用滅火器撲救后

2、再次發(fā)生起火，過火面積,50,平方米左右。,案例,2,：,2012,年,2,月,19,日深圳,B,公司三樓清洗房發(fā)生發(fā)生火災(zāi),火災(zāi)中一批手機(jī)鋰電池被燒毀，兩名工人因吸入濃煙感到不適送醫(yī)院治療。,案例,3,：,2012,年,8,月,22,日，,C,新能源公司，電器線路著火引發(fā)火災(zāi)事故，將三樓車間多臺設(shè)備燒壞。,案例,4,：,2012,年,10,月,10,日,D,新能源科技有限公司的二樓倉庫發(fā)生火災(zāi)事故，,15,時(shí),30,分左右撲滅，無人員傷亡，將存放在庫房中的鋰電池?zé)?，損失,400,萬元。,案例,5,：,2012,年,11,月,28,日,A,公司老化房起火，燒毀多個(gè)貨柜式老化房，待電池一批。,2

3、012,安,理,全,管,培,課,訓(xùn),基本概念,7,什么叫鋰離子電池？,Li-Ion battery,鋰離子電池是指,Li,+,嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。,正極采用鋰化合物,Li,X,CoO,2,、,Li,X,NiO,2,、,Li,X,MnO,2,、,LiFePO,4,和三元復(fù)合材料。,負(fù)極采用鋰,-,碳層間化合物,Li,X,C,6,。,在充放電過程中，,Li,+,在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱為“搖椅電池”。,充電池時(shí)，,Li,+,從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)。,放電時(shí)則相反。,8,鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和組成,圓柱型鋰離子電池,方型鋰離子電池,軟包裝和聚合物鋰離

4、子電池,二次鋰電池的構(gòu)造,10,鋰離子電池結(jié)構(gòu),正極,活性物質(zhì),導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體,負(fù)極,活性物質(zhì),（石墨、,MCMB,、,CMS),粘合劑、溶劑、基體,隔膜,電解液,外殼五金件,（鋼殼、鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片、絕緣膠帶）,11,鋰離子電池結(jié)構(gòu),正極,正極基體：鋁箔（約,0.016mm,厚,),正極物質(zhì)：,LiFePO4+,碳黑,+PVDF,正極集流體：鋁帶（約,0.1mm,厚）,高溫膠帶（約,0.05mm,厚）,電池放電時(shí)從外電路獲得電子的電極,此時(shí)電極發(fā)生還原反應(yīng)。通常是電位高的電極。鋰離子電池中的鈷酸鋰、錳酸鋰電極等。,12,鋰離子電池結(jié)構(gòu),負(fù)極,負(fù)極基體：銅箔（約,0.010

5、mm,厚,),負(fù)極物質(zhì)：石墨,+CMC+SBR,負(fù)極集流體：鎳帶（約,0.07mm,厚）,電池放電時(shí)向外電路輸送電子的電極，此時(shí)電極發(fā)生氧化反應(yīng)。通常是電位低的電極，鋰離子電池中石墨電極。,13,能較好的溶解電解質(zhì)鹽，即有較高的介電常數(shù)；,應(yīng)有較好的流動性，即低黏度；,對電池的其他組件應(yīng)該是惰性的，尤其是充電狀態(tài)下的正、負(fù)極表面；,在很寬的溫度范圍內(nèi)保持液態(tài)，熔點(diǎn)要低，沸點(diǎn)要高；,安全性要好，即閃點(diǎn)要高，無毒。,電解液特性要求,14,電解液,溶 劑,鋰 鹽,添加劑,EC,、,PC,、,EMC,、,DEC,等,LiPF,6,、,LiClO,4,、,LiBF,4,等,防過充添加劑,阻燃劑,抑制氣體

6、生成,改善,SEI,膜性能,控制水和酸含量,鋰離子電池電解液組成示意圖,15,鋰離子電池結(jié)構(gòu),隔膜,材質(zhì)：單層,PE,（聚乙烯）或者,三層復(fù)合,PP,（聚丙烯）,+PE+PP,厚度：單層一般為,0.016,0.020mm,三層一般為,0.020,0.025mm,隔膜,是放置于兩極之間，作為隔離電極的裝置，藉以避免兩極上的活性物質(zhì)直接接觸而造成電池內(nèi)部的短路。但隔膜仍需能讓帶電離子通過，以形成通路。,隔膜要求：,離子透過度大,機(jī)械性強(qiáng)度適當(dāng),本身為絕緣體,不與電解液及電極發(fā)生反應(yīng),16,鋰離子電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制,鋰電制作的一般流程,配漿,涂布,輥壓,裝配,注液,化成,檢測,出貨,18,圓柱型鋰離

7、子電池的制造工藝流程,正極配料,來料檢驗(yàn),負(fù)極配料,正極涂布,負(fù)極涂布,正極制片,負(fù)極制片,隔 膜,卷 繞,入 殼,烘 烤,短路檢驗(yàn),滾 槽,注 液,封 口,化 成,密封性檢驗(yàn),分 容,外包裝,出 廠,出廠檢驗(yàn),濕度控制,2012,安,理,全,管,培,課,訓(xùn),危險(xiǎn)有害因素分析,二次鋰電池安全因素,1、最主要的因素是目前,電池能量密度大,，同樣的體積的情況下要得到更高的容量必定會對其安全造成影響，所以我們不一定要求供應(yīng)商最小的體積做最大的容量。,2、,過充,-對電芯過充電，當(dāng)電壓上升到4.6Vcell以上或更高時(shí)，電芯本體溫度不斷升高達(dá)到熱爆炸的狀態(tài)，從而發(fā)生破裂，冒煙，起火，爆炸的危險(xiǎn)。,3、

8、,短路,-因?yàn)殡姵厝萘看髢?nèi)部電阻低，所以外部短絡(luò)時(shí)通過大的電流，電池內(nèi)部達(dá)到熱爆炸的狀態(tài)，從而發(fā)生破裂，冒煙，起火的危險(xiǎn)。,4、因?yàn)?電解液,主要是由,有機(jī)溶劑,組成的,所以有燃燒的可能性。,1.,電解液的溶劑,鋰,電池的電解液（電解質(zhì)鹽,LiPF,6,）溶劑主要組成是碳酸烷基酯，如碳酸二甲酯（,DMC,）,碳酸二乙酯（,DEC,）,碳酸甲乙酯（,EMC,）,等，都是沸點(diǎn)很低的可燃液體，遇火易燃燒。,六氟磷酸鋰(LiPF6)有腐蝕作用。不可燃性，加熱和酸類進(jìn)行反應(yīng)會產(chǎn)生有害的氟化氫。腐蝕性的氟化氫。氟化氫和金屬反應(yīng)會產(chǎn)生爆炸性的氣體。,鋰電池生產(chǎn)危險(xiǎn)性,產(chǎn)生火花點(diǎn)燃電解液，進(jìn)而殃及塑料機(jī)身和與

9、之接觸的易燃物，造成火災(zāi)；,引起電池內(nèi)溫度急驟上升，電池內(nèi)空間很狹小，可能因壓力增加而爆炸；,電池內(nèi)溫度上升較慢，電池外殼逐漸溶化，使有腐蝕性的電解液泄漏。,2.,儲電的負(fù)極,充好電的負(fù)極儲存了多量的強(qiáng)還原性物質(zhì)碳化,鋰,（嵌層化合物等），,LiC6,的電位接近3.0,V，,還原劑與金屬,鋰,差不多，遇水即可燃燒。,3.,枝晶,在一些設(shè)計(jì)或制作不好的,鋰,電池中，長期循環(huán)會形成枝晶，,鋰,金屬沉積出來，形成粉末狀單質(zhì)（通常是電極邊緣的灰黑色粉末），遇到空氣即可燃燒，非常危險(xiǎn)。,4.,內(nèi)部短路,當(dāng)電池的正負(fù)極之間隔膜被意外刺破（如枝晶生長，外力作用）導(dǎo)致正負(fù)極直接連通時(shí)，即為內(nèi)部短路，大量能量在

10、電池內(nèi)部釋放，很容易燃燒或爆炸。,要求其厚度，廠家，空氣滲透性（,隔膜中孔的曲折程度，空氣滲透性穩(wěn)定，有利于提高鋰離子電池的循環(huán)性能,），孔隙率（,適當(dāng)?shù)目紫堵誓鼙ＷC隔膜吸附足夠的電解液，提高離子電導(dǎo)率,），自閉溫度，熔融溫度，熱性能，力學(xué)性能（,隔膜的抗拉強(qiáng)度應(yīng)保證在電池卷繞時(shí)不被拉斷,），電導(dǎo)率,5.,電解液分解,在多種情況下，,鋰,電池的電解液會產(chǎn)生氣體，如電解液在循環(huán)充放電的過程中，不斷與電極互相作用可能產(chǎn)生分解放出；,電解液中帶有水分等雜質(zhì)時(shí)，在充電時(shí)水分或酸被分解產(chǎn)生氣體；,電解質(zhì)鹽,LiPF6,在高溫下也可能分解，分解放出氣體等等。這種氣體在電池內(nèi)部會形成壓力，積累太多可能導(dǎo)致電

11、池變形、泄漏甚至爆炸。,6.,外殼破壞,液,鋰,電池通常用,鋼殼或鋁殼,封裝,鋰,離子電池。通常情況下沒有什么問題，外殼也比較堅(jiān)固。但在某些情況下，如充電設(shè)備或保護(hù)電路出現(xiàn)故障產(chǎn)生,過充電,，電池內(nèi)部,隔膜被刺穿導(dǎo)致內(nèi)部短路,等，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度迅速上升，壓力也急劇增加，這時(shí)可能出現(xiàn),安全閥,失靈或來不及動作，就會發(fā)現(xiàn)具破壞力的爆炸。對于鋁塑復(fù)合膜包裝的電池，如果包裝膜被刺破、割破，可能發(fā)生電解液的泄漏。,7.,過充電,鋰,離子電池中在某些情況下，如外部電路故障或未使用保護(hù)時(shí)，則可能因?yàn)楦鞣N原因產(chǎn)生氣體：,1）正極被過度放電而釋放,O2，,同時(shí)電極材料轉(zhuǎn)變成不能再充電的形態(tài)，容量會明顯下降。,

12、2）電解液分解。這是產(chǎn)生氣體的主要原因。可能產(chǎn)生的氣體有二氧化碳，一氧化碳，甲烷，乙烷，乙烯等。,3）其它原因。如溫度高時(shí)電解液汽化本身的蒸汽，添加劑產(chǎn)生的副反應(yīng)等。,8.,電解液的毒性,鋰,離子電池中最常用的電解質(zhì)鹽為六氟磷酸,鋰,LiPF,6,，,它的電導(dǎo)率比較好，在有機(jī)溶劑中的溶解度高，耐氧化性好，是目前最重要的,鋰,離子電解液電解質(zhì)鹽。但是它具有毒性，與水會反應(yīng)生成有害的氫氟酸等，對環(huán)境和人的傷害性很大。,其它事故,1,注液不通風(fēng)引起中毒,泄漏引起燃爆；,2,化成、老化時(shí)燃爆；,3,使用乙醇和丙酮擦洗容器，引起燃爆；,4,鋰電池生產(chǎn)、儲存中的自燃、爆炸十分突出；,5,鋰電池生產(chǎn)過程中不

13、精細(xì)操作留下安全隱患；,鋰電池的安全隱患及事故目前無法杜絕。,2012,安,理,全,管,培,課,訓(xùn),對策措施,技術(shù)措施,管理措施,培訓(xùn)教育,2012,技術(shù)措施,（一）工藝要求,-,電池材料、結(jié)構(gòu)等,（二）老化房的要求,（三）倉庫的安全技術(shù)要求,（四）管理要求,安全性的內(nèi)部因素,-,結(jié)構(gòu),電池結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性,工藝,電池制作的過程控制,:,極片毛刺,極粉脫落,卷繞對位,.,不良電池的篩選,內(nèi)短路,:,微短路,結(jié)構(gòu)性內(nèi)短路,安全性的內(nèi)部因素,-,微短路,主要由正負(fù)極片上微粉或凸點(diǎn)刺穿隔膜,引起電芯內(nèi)部短路造成,.,輕微的將造成自放電率高,嚴(yán)重的將造成電池爆炸,極粉刺穿隔膜造成電池爆炸,安全性

14、的內(nèi)部因素,-,極粉內(nèi)短路,內(nèi)層負(fù)極片掉粉刺穿隔膜,造成電芯鼓脹,安全性的內(nèi)部因素,-,電芯內(nèi)部短路,主要由于電芯極耳過長,與極片或與殼體接觸造成短路,.,或極耳壓迫卷芯,導(dǎo)致正負(fù)極短路,.,引起電芯發(fā)燙,嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致爆炸,.,內(nèi)短路防范措施,電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化,在關(guān)鍵工序使用自動化設(shè)備和改善工夾具,通過嚴(yán)格存儲條件篩除微短路和內(nèi)短路電芯,同時(shí)材料體系的穩(wěn)定性也有助于安全性的改善,.,微短路和內(nèi)短路電芯的篩除,自放電嚴(yán)重的電芯有安全隱患,半荷電電芯,正常情況下,開路電壓大約,1,個(gè)月,壓降為,15-20mV,2,個(gè)月的壓降為,25-35mV,半年壓降為,50-60mV,.,通過嚴(yán)格存儲條件,可把

15、有微短路和內(nèi)短路隱患的,電芯篩除,.,過充電,(,電壓,),外短路,過溫,:150,度,30,分鐘,以上幾種情況均有可能導(dǎo)致電池發(fā)生,安全性事故,安全性的外部因素,-,過充安全性,主要與電芯正極材料有關(guān),.LiCoO2,在,4.2V,時(shí),結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定并放出氧氣,.,同時(shí)電解液在,4.2V,時(shí)分解,與,LiCoO2,反應(yīng)產(chǎn)生大量熱,.,導(dǎo)致電芯內(nèi)壓急劇升高發(fā)生爆炸,.,外短路防范措施,外短路,過充，和熱穩(wěn)定性主要從電池的材料體系來解決,正負(fù)極材料的的選擇和處理,電解液組成及添加劑,提高電池本身穩(wěn)定性和安全性,.,正負(fù)極材料的選擇和二次處理,選擇安全性和穩(wěn)定性較好的正負(fù)極材料,對比表面較大的材料采取

16、二次處理的方式,以降低正負(fù)極材料的反應(yīng)活性,.,其好處是明顯的,電解液的添加劑,改善電池的穩(wěn)定性,:,提高電池的循環(huán)性和存儲性,改善電池的過充安全性,提高電芯的高，低溫性能,.,防范措施,鋰離子電池是高能量,長壽命的移動能源,.,但有一定安全隱患,.,評價(jià)鋰離子電池優(yōu)主要從三個(gè)方面,:,安全性,穩(wěn)定性,和體積容量,.,鋰離子電池性能取決與材料,設(shè)計(jì)和工藝控制,鋰離子電池的安全性問題是一個(gè)綜合性問題,要從電池材料體系，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝控制等方面著手解決,.,電池安全性的解決措施,原則：必須兼顧電池的性能,.,正負(fù)極,和,電解液,等新材料開發(fā)，選用熱力學(xué)更穩(wěn)定的材料,電池設(shè)計(jì)：,不同形狀、負(fù)極與正極容量比；,電池,制造過程：,漿料質(zhì)量、涂布質(zhì)量等，優(yōu)化電池工藝,安全保護(hù)電路,：過充電保護(hù)、過放電保護(hù)和過電流,/,短路保護(hù),二、老化室安全管理要求,建筑耐火等級符合“二級”及以上要求；,相鄰房間應(yīng)是非明火、散發(fā)火花地點(diǎn)；與其他房間相鄰的墻應(yīng)為無門、窗洞口的防火墻；,每處防火分區(qū)的面積（建議）控制在,5,平方米以下；,安裝相應(yīng)等級的防爆型電器設(shè)施；（風(fēng)機(jī)、照明、插座、開關(guān)、線路、接頭等）；,安裝有