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      鋰電池安全知識知多少!

      網址:www.www.kidincstore.com     日期:2020-01-06

      一、背景


      隨著鋰離子二次電池的大規模發展和應用,由鋰電池造成的起火爆炸等安全事故屢屢見諸報端;鋰電池的安全性問題越來越受到公眾關注,甚至將直接影響其市場命運。以下是近幾年比較受大家關注的幾起起火事件。


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                                                                        2013年1月,波音787起火事件                                    2015年4月,深圳五洲龍公交車起火

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                                                                                       2016年9月,三星Galaxy Note 7起火                     2019年9月,韓國鋰電池儲能系統起火


      二、引發鋰電池安全問題的因素



      鋰電池由于受到過充電、外短路、擠壓、過熱等導致內部短路,從而引發電池熱失控,造成電池破裂、電解液泄漏、起火甚至爆炸等安全事故。鋰電池熱失控是鋰電池發生安全事故的主要原因。



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      三、正極材料對電芯安全性的影響


      不同正極材料的選擇,影響鋰電池的安全性;相比之下,磷酸鐵鋰電池熱失控溫度高,熱穩定性好,安全性能更好;鈷酸鋰由于在高溫290℃時即會失氧釋放助燃劑氧氣,加重熱失控,相對更加危險;三元NCM、NCA介于二者之間。


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      四、隔膜對電芯安全性的影響


      由于鋰電池過熱,導致隔膜熱收縮,造成電池內部正負極直接接觸而內短路,進而導致熱失控引發起火、爆炸等安全問題;另外,由于鋰電池使用過程中,受到擠壓、撞擊、碰撞、跌落等,導致隔膜機械破損,亦會造成電池內部正負極直接接觸而內短路,進而導致熱失控引發起火、爆炸等安全問題。


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      五、結構設計選擇對電芯安全性的影響


      鋰電池結構設計中,盡量避免正極鋁集流體(鋁箔)與負極石墨膜片直接接觸,得以降低鋰電池濫用中著火的幾率,從而增加鋰電池的安全性。


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      六、鋰電池設計如何提升安全性


      6.1  選用安全可靠的正極材料,大容量、高比能量密度電池,更加注重安全設計;可以選用改性的正負極材料,以提升鋰電池安全性;如我們所選用的磷酸鐵鋰正極材料。


      6.2  CB值,電芯平衡系數(Cell Balance ), 鋰電池設計參數之一,即正負極容量比值;設計合理的CB值,防止鋰電池循環過程中析鋰或者濫用過充過程中析鋰造成鋰電池熱失控;一般來說,負極過量越多,安全性能越好,一般消費類電池負極過量系數一般為1%-3%;而我們的電芯負極過量系數達到15-20%。負極過量系數是消費類電池的5倍以上。


      6.3  選擇安全性能好的隔膜,PE陶瓷隔膜或者PP/PE/PP 隔膜有著較高的破膜溫度和較低的閉孔溫度;還可以選擇較厚的隔膜,從而有效的降低鋰電池的熱失控風險;消費類電池的隔膜一般在10-16μm,我們在選用高性能隔膜的同時,還使用了20μm厚的隔膜,可謂是良心之選。


      6.4  電解液溶劑易燃易爆,選擇高閃點的電解液配方;選擇合適的電解液添加劑以提升電解液的阻燃、抗過充特性等;我們不僅具備了電解液的測試能力,還根據我們電芯的應用,和廠家一起開發了適用于我們電芯的電解液,電芯電性能和安全性更有保障。


      6.5  選擇安全合理的鋰電池結構設計,例如避免鋰電池內部正極集流體與負極石墨的直接接觸;疊片結構降低正負極片振動過程中錯位的風險;防止鋰電池鋁金屬殼體帶負電,腐蝕殼體漏液等;我們在大家為了節省成本,將隔膜超出負極,負極超出正極的寬度改為2mm的時候,我們為了安全性,始終堅持在設計上,將隔膜超出負極,負極超出正極的寬度設計為5mm。


      6.6  鋰電池制造過程中嚴格控制金屬雜質、粉塵、毛刺等,降低鋰電池內短路的風險。


      6.7  鋰電池設計過程中,需要設計安全防爆功能,設計防爆閥;另外可以設計CID翻轉片、NTC熱敏電阻、PTC等安全元件;需要注意的是,并不是所有的電芯防爆閥都起作用,當你認為有用的時候,防爆閥很可能只是在作秀---在我們研發Benchmark組測試同行電芯的時候,不少廠家電芯在做過充測試時,往往是殼蓋的焊縫先爆裂,防爆閥無動于衷,電池測試后防爆閥沒有起到任何作用。而我們的蓋板防爆閥開啟壓力標準定在0.6Mpa左右,殼蓋焊縫焊接強度需超過0.8Mpa,確保防爆閥真正能起到作用。


      6.8  鋰電池PACK BMS過壓控制、過流控制、過熱控制等安全設計,模組設計、連接可靠性設計,鋰電池組溫度場CFD仿真分析、結構剛性分析等等。而我們拓邦鋰電具備從電芯、BMS到PACK產品的研發和制造能力。


      七、鋰電池安全認證檢測項目


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      八、鋰電池(電池組)安全認證檢測項目


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      九、鋰電池使用安全指南


      9.1  鋰電池使用安全指南


      濫用鋰電池可能會造成電池的損害或人身的傷害,在使用鋰電池以前,必須遵照鋰電池規格書或者說明書使用;鋰電池存在潛在的危險,在操作和維護時必須采取適當的防護措施;鋰電池的維護必須由具有鋰電池專業知識并經過安全培訓的人士執行。


      客戶知悉在鋰電池使用和操作過程中存在以下潛在的危險:


      9.1.1 操作者在操作時可能會受到化學品、電擊或者電弧的傷害。


      9.1.2 存在來自鋰電池中的電解液的化學風險。


      在操作鋰電池和選擇個人防護裝備時,客戶及其雇員必須考慮到以上潛在的風險,防止發生意外短路,造成電弧、爆炸或熱失控。


      9.2   鋰電池使用注意事項


      a. 禁止將電池暴露在極熱(超過60℃)或有火焰的環境中。


      b. 禁止將電池短路、過充或過放。


      c. 禁止使電池承受激烈的機械沖擊。


      d. 禁止將電池浸入水中,或者使其吸濕。


      e. 禁止拆卸或修整電池。


      f. 禁止和項鏈,硬幣或發夾等金屬物品放置在一起。


      g. 禁止使電池受到明顯的損害或變形。


      h. 禁止將電池與插座連接。


      i. 禁止直接接觸泄漏的單體電池。


      j. 禁止將新舊電池混合使用。


      k. 禁止將電池放置在太陽光直射的地方。


      l. 將電池放置在遠離兒童的地方。


      m. 禁止針刺,錘打或踐踏電池。


      n. 禁止撞擊或投擲電池。

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