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锂电池安全知识知多少!

网址:www.topbandbattery.cn     日期:2020-01-06

一、背景


随着锂离子二次电池的大规模发展和应用,由锂电池造成的起火爆炸等安全事故屡屡见诸报端;锂电池的安全性问题越来越受到公众关注,甚至将直接影响其市场命运。以下是近几年比较受大家关注的几起起火事件。


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                                                                  2013年1月,波音787起火事件                                    2015年4月,深圳五洲龙公交车起火

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                                                                                 2016年9月,三星Galaxy Note 7起火                     2019年9月,韩国锂电池储能系统起火


二、引发锂电池安全问题的因素



锂电池由于受到过充电、外短路、挤压、过热等导致内部短路,从而引发电池热失控,造成电池破裂、电解液泄漏、起火甚至爆炸等安全事故。锂电池热失控是锂电池发生安全事故的主要原因。



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三、正极材料对电芯安全性的影响


不同正极材料的选择,影响锂电池的安全性;相比之下,磷酸铁锂电池热失控温度高,热稳定性好,安全性能更好;钴酸锂由于在高温290℃时即会失氧释放助燃剂氧气,加重热失控,相对更加危险;三元NCM、NCA介于二者之间。


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四、隔膜对电芯安全性的影响


由于锂电池过热,导致隔膜热收缩,造成电池内部正负极直接接触而内短路,进而导致热失控引发起火、爆炸等安全问题;另外,由于锂电池使用过程中,受到挤压、撞击、碰撞、跌落等,导致隔膜机械破损,亦会造成电池内部正负极直接接触而内短路,进而导致热失控引发起火、爆炸等安全问题。


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五、结构设计选择对电芯安全性的影响


锂电池结构设计中,尽量避免正极铝集流体(铝箔)与负极石墨膜片直接接触,得以降低锂电池滥用中着火的几率,从而增加锂电池的安全性。


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六、锂电池设计如何提升安全性


6.1  选用安全可靠的正极材料,大容量、高比能量密度电池,更加注重安全设计;可以选用改性的正负极材料,以提升锂电池安全性;如我们所选用的磷酸铁锂正极材料。


6.2  CB值,电芯平衡系数(Cell Balance ), 锂电池设计参数之一,即正负极容量比值;设计合理的CB值,防止锂电池循环过程中析锂或者滥用过充过程中析锂造成锂电池热失控;一般来说,负极过量越多,安全性能越好,一般消费类电池负极过量系数一般为1%-3%;而我们的电芯负极过量系数达到15-20%。负极过量系数是消费类电池的5倍以上。


6.3  选择安全性能好的隔膜,PE陶瓷隔膜或者PP/PE/PP 隔膜有着较高的破膜温度和较低的闭孔温度;还可以选择较厚的隔膜,从而有效的降低锂电池的热失控风险;消费类电池的隔膜一般在10-16μm,我们在选用高性能隔膜的同时,还使用了20μm厚的隔膜,可谓是良心之选。


6.4  电解液溶剂易燃易爆,选择高闪点的电解液配方;选择合适的电解液添加剂以提升电解液的阻燃、抗过充特性等;我们不仅具备了电解液的测试能力,还根据我们电芯的应用,和厂家一起开发了适用于我们电芯的电解液,电芯电性能和安全性更有保障。


6.5  选择安全合理的锂电池结构设计,例如避免锂电池内部正极集流体与负极石墨的直接接触;叠片结构降低正负极片振动过程中错位的风险;防止锂电池铝金属壳体带负电,腐蚀壳体漏液等;我们在大家为了节省成本,将隔膜超出负极,负极超出正极的宽度改为2mm的时候,我们为了安全性,始终坚持在设计上,将隔膜超出负极,负极超出正极的宽度设计为5mm。


6.6  锂电池制造过程中严格控制金属杂质、粉尘、毛刺等,降低锂电池内短路的风险。


6.7  锂电池设计过程中,需要设计安全防爆功能,设计防爆阀;另外可以设计CID翻转片、NTC热敏电阻、PTC等安全元件;需要注意的是,并不是所有的电芯防爆阀都起作用,当你认为有用的时候,防爆阀很可能只是在作秀---在我们研发Benchmark组测试同行电芯的时候,不少厂家电芯在做过充测试时,往往是壳盖的焊缝先爆裂,防爆阀无动于衷,电池测试后防爆阀没有起到任何作用。而我们的盖板防爆阀开启压力标准定在0.6Mpa左右,壳盖焊缝焊接强度需超过0.8Mpa,确保防爆阀真正能起到作用。


6.8  锂电池PACK BMS过压控制、过流控制、过热控制等安全设计,模组设计、连接可靠性设计,锂电池组温度场CFD仿真分析、结构刚性分析等等。而我们拓邦锂电具备从电芯、BMS到PACK产品的研发和制造能力。


七、锂电池安全认证检测项目


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八、锂电池(电池组)安全认证检测项目


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九、锂电池使用安全指南


9.1  锂电池使用安全指南


滥用锂电池可能会造成电池的损害或人身的伤害,在使用锂电池以前,必须遵照锂电池规格书或者说明书使用;锂电池存在潜在的危险,在操作和维护时必须采取适当的防护措施;锂电池的维护必须由具有锂电池专业知识并经过安全培训的人士执行。


客户知悉在锂电池使用和操作过程中存在以下潜在的危险:


9.1.1 操作者在操作时可能会受到化学品、电击或者电弧的伤害。


9.1.2 存在来自锂电池中的电解液的化学风险。


在操作锂电池和选择个人防护装备时,客户及其雇员必须考虑到以上潜在的风险,防止发生意外短路,造成电弧、爆炸或热失控。


9.2   锂电池使用注意事项


a. 禁止将电池暴露在极热(超过60℃)或有火焰的环境中。


b. 禁止将电池短路、过充或过放。


c. 禁止使电池承受激烈的机械冲击。


d. 禁止将电池浸入水中,或者使其吸湿。


e. 禁止拆卸或修整电池。


f. 禁止和项链,硬币或发夹等金属物品放置在一起。


g. 禁止使电池受到明显的损害或变形。


h. 禁止将电池与插座连接。


i. 禁止直接接触泄漏的单体电池。


j. 禁止将新旧电池混合使用。


k. 禁止将电池放置在太阳光直射的地方。


l. 将电池放置在远离儿童的地方。


m. 禁止针刺,锤打或践踏电池。


n. 禁止撞击或投掷电池。

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作者: 拓邦锂电

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