一、锂离子电池的危险。

锂离子电池是一个有潜在危险的化学电源,因为自己的化学特点和系统组成。

(1)很高的化学活性。
锂是主组的第二周期元素周期表,极其活跃的化学性质。

(2)高的能量密度。
锂离子电池的特定的能量非常高(≥140 wh /公斤),几次高于镍镉,镍氢和其他二次电池。如果发生热失控反应,它就会发出高热量,容易导致不安全行为。

(3)使用有机电解液系统。
有机电解液的有机溶剂系统是碳氢化合物,分解电压很低,很容易氧化,和溶剂是易燃;如果发生泄漏,将会导致电池着火,燃烧和爆炸。

(4)副反应的概率很高。
在锂离子电池的正常使用,有一个积极的化学反应之间的电能和化学能。然而,在某些情况下,如过量充电、过放电和过电流工作,它将容易导致电池内部化学副反应;副反应加剧后,它会严重影响电池的性能和使用寿命,并且可能产生大量的气体,这将导致安全问题引起的爆炸和火灾后的迅速增加电池内部的压力。

(5)电极材料的结构是不稳定的。

锂离子电池的过度充电反应会改变阴极材料,使材料的结构有很强的氧化作用,使电解液中的溶剂强烈氧化,这影响是不可逆转的。如果反应造成的热量积累,有热失控的风险。

二世。锂离子电池产品的安全问题的原因分析。
经过30年的工业发展,锂离子电池的安全技术已经取得了很大的进步,有效地控制副反应的发生在电池,确保电池的安全性。然而,随着越来越多的锂离子电池的广泛使用和更高的能量密度,还有重复的事件如爆炸伤或产品召回近年来由于安全风险。我们总结了锂离子电池产品的安全问题主要原因如下:

(1)电池材料的问题。
使用的材料在电池包括:积极的活性物质,消极的活性物质,隔膜、电解液、壳牌等细胞的安全性能是由材料的选择和系统的匹配。在积极和消极的选择活动材料和薄膜材料,制造商没有评估的特点和匹配的原材料,导致先天性的缺陷安全的核心。

(2)生产过程的问题。
宽松检查电池原材料和生产环境差导致的混合杂质在生产,这不仅不利于电池的容量,但也有一个伟大的对电池的安全性的影响;此外,如果太多的水和电解质,可能发生副反应,提高电池的内部压力,这将影响安全。由于生产工艺的限制,产品不能达到良好的电极的生产过程的一致性。例如,可怜的平滑的电极矩阵,电极活性物质的脱落,混合其他杂质的活性物质,不稳定的焊接温度,电极的边缘毛刺,在关键部件使用绝缘胶带不得影响安全的核心。

(3)电池的设计缺陷,安全性能降低。
在结构设计中,许多关键影响安全,制造商没有注意,如在关键部分没有绝缘胶带,没有保证金或保证金在隔膜设计不足,不合理的设计,正面和负面的电极容量比例,不合理的设计面积比积极的和消极的活性物质,不合理的设计极耳长度,等等,所有这些可能埋葬电池的安全隐患。此外,电池生产过程中,一些电池制造商试图保存和压缩原材料为了节约成本和提高性能,减少隔膜等区域,稀释铜箔,铝箔和不使用压力安全阀,绝缘胶带等等。所有这些将会减少电池的安全。

(4)能量密度太高了。
目前,市场追求更高容量的电池产品,制造商为了增加产品的竞争力,继续提高锂离子电池的体积比能,大大提高了电池的风险。

三世。安全技术。
虽然锂离子电池有很多隐患,在特定的使用条件下,采用一定的措施能有效控制副反应的发生和严重反应的细胞和确保其安全使用。下面简要介绍几种常用的安全技术为锂离子电池。

1 >选择安全系数较高的原材料。
选择积极的和消极的活性材料、隔膜材料和电解质和更高的安全系数。
一)阴极材料的选择。
阴极材料的安全性主要基于以下三个方面:
(1)热力学稳定的材料。
(2)材料的化学稳定性。
(3)物理性能的材料。

B)隔膜材料的选择。
隔膜的主要功能是单独的电池的正、负电极,防止正负电极接触短路,并使电解质的离子通过的能力,也就是说,电子绝缘和离子导电性。以下几点应注意在选择横隔膜的锂离子电池:
(1)有电子绝缘,确保机械隔离正负电极。
(2)有一定的孔径和孔隙率,以确保低电阻和高离子电导率。
(3)隔膜材料必须有足够的化学稳定性和耐电解液腐蚀。
(4)隔膜应该自动关闭保护的功能。
(5)隔膜的热收缩和变形应尽可能小。
(6)隔膜应该有一定的厚度。
(7)隔膜应该有强壮的体力和足够的anti-puncture能力强。

C)电解质的选择。
电解质是锂离子电池的重要组成部分,传输,进行目前的锂离子电池正极和负极电极之间。中使用的电解质锂离子电池电解质溶液溶解形成的相应的锂盐在有机质子混合溶剂。它通常应符合下列要求:
(1)化学稳定性好,没有化学反应与电极活性物质,电流收集器和隔膜。
(2)良好的电化学稳定性和宽的电化学窗口。
(3)高锂离子电导率和低电子电导率。
(4)广泛的液体温度。
(5)安全、无毒、对环境友好。

加强细胞的总体安全设计。
电池链接,它结合了各种材料的电池,正极的集成,负电极、隔膜、电极的耳朵和包装电影等等。电池的结构设计不仅影响各种材料的性能,但也有一个重要的影响对整个电池的电化学性能和安全性能。的选择材料和细胞结构的设计是一种部分和整体之间的关系。在电池的设计,应该建立一个合理的结构模式根据材料特点。

此外,一些额外的保护装置可以被认为是在锂电池的结构。共同保护机制设计如下:1使用开关元件,和它的阻力增加,当电池的温度上升,当温度过高时,会自动停止供电。(2)设置安全阀(也就是说,电池的顶部的通风)。当电池的内部压力上升到一定数值时,安全阀自动打开,以确保电池的安全性。

以下是一些核心结构的安全设计的例子:
正负电极的)能力比率和设计尺寸。
适当的比率正负电极容量的选择根据正负电极材料的特点。正负电极容量的比值是一个重要的链接有关锂离子电池的安全性。如果积极的容量太大,将沉积在金属锂负极的表面。电池的容量太大负电极将有一个巨大的损失。一般来说,N / P = 1.05 ~ 1.15,做出适当的选择根据实际的电池容量和安全要求。电影是这样设计的大小-粘贴的位置(活性物质)是比积极的粘贴,宽1毫米大,长度应该5毫米大。
B)有一个边缘的宽度隔膜。
设计的一般原则的隔膜的宽度是防止内部短路造成的正负电极的直接接触。的热收缩薄膜的变形导致隔膜在长度和宽度方向的电池充电和放电和热冲击环境中。隔膜褶皱的面积增加了极化的增加正负电极之间的距离,和隔膜张力的面积增加的可能性micro-short电路由于隔膜的变薄。隔膜的边缘区域的收缩可能导致内部短路造成正负电极之间的直接接触,从而使电池热失控的危险。因此,在设计电池时,必须考虑隔膜的收缩特性的使用面积和宽度的隔膜,以及分离器大于阳极和阴极。考虑到除了流程错误,隔离膜必须至少0.1毫米长于外部的电极。
C)绝缘处理。
内部短路是一个重要因素在锂离子电池的安全隐患。有许多潜在的危险的地方,造成内部短路锂离子电池的结构设计,所以必要的措施或绝缘应该建立在这些关键的位置。为了防止短路的发生在异常情况下,电池等积极的和消极的耳朵之间保持必要的距离。绝缘胶带应该贴在中间non-paste结束的位置,和所有的暴露部分应该包装;绝缘胶带应粘贴之间积极的铝箔和负极活性物质;焊接的部分电极耳朵应该完全覆盖绝缘胶带;顶部的核心应该是覆盖着绝缘胶带,等等。
D)设置安全阀泄压装置。
锂离子电池的危险通常是由爆炸和火灾造成的过度内部温度或压力;建立一个合理的压力释放装置可以快速释放电池内部的压力和热量在危险发生时,减少爆炸的风险。需要一个合理的压力释放装置不仅满足电池的内部压力正常,但也自动打开,释放压力,当内部压力达到危险的限制。设置泄压装置的位置需要考虑电池壳的变形特征由于内部压力的增加。安全阀的设计可以实现由薄片边缘,接缝和划痕。
(3)提高技术水平。
努力做一个好工作在电池生产过程的规范化和标准化。混合步骤,涂料、烘干、压实、切割和绕组,标准化(如隔膜宽度,电解液注入,等等),提高过程手段(如低压液体喷射法、离心壳方法,等等),做好过程控制,确保过程质量,减少产品之间的差异。影响安全的关键步骤,建立特殊的步骤(如去极化的毛刺,扫粉,不同材料使用不同焊接方法,等等),实现标准化的质量控制,消除有缺陷的零件,消除缺陷产品(如电极变形、隔膜穿刺,活性物质脱落和电解液泄漏,等等)。保持生产现场清洁干净,实施5 s管理和六西格玛质量控制,防止杂质和水分的混合生产,和减少安全事故的影响。