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1、鋰電池安全教育培訓,目錄,1,PART ONE,鋰電池事故案例,鋰電池事故案例,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生自燃起火，工人用滅火器 撲救后再次發生起火，過火面積50平方米左右；案例2：2012年2月19日深圳B公司三樓清洗房發生發生火災,火災中一批手機鋰電池被燒毀，兩 名工人因吸入濃煙感到不適送醫院治療；案例3：2012年8月22日，C新能源公司，電器線路著火引發火災事故，將三樓車間多臺設備燒；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生火災事故，15時30分左右撲滅，無人員傷亡，將存放在庫房中的鋰電池燒，損失400萬元；案例5：2、2012年11月28日A公司老化房起火，燒毀多個貨柜式老化房，待電池一批。,鋰電池事故案例,2,PART ONE,鋰電池的基本概念,鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池；正極采用鋰化合物LiXCoO2、LiXNiO2、LiXMnO2、LiFePO4和三元復合材料；負極采用鋰-碳層間化合物LiXC6；在充放電過程中，Li+在兩個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，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。,鋰電池的基本概念,圓柱型鋰離子電池,方型鋰離子電池,軟包裝和聚合物鋰離子電池,鋰電池的結構和組成,正極 活性物質 導電劑、溶劑3、粘合劑、基體 負極 活性物質（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,鋰電池的結構和組成,正極基體：鋁箔（約0.016mm厚),正極物質：LiFePO4+碳黑+PVDF,正極集流體：鋁帶（約0.1mm厚）,高溫膠帶（約0.05mm厚）,電池放電時從外電路獲得電子的電極,此時電極發生還原反應。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。,鋰電池的結構正極,負極基體：銅箔（約0.010mm厚),負極物質：石墨+CMC+SBR,負極集流體：鎳帶（約0.07mm厚）,電池放電時向外電路輸送電子的電極，此時電極發生氧化反應4、。通常是電位低的電極，鋰離子電池中石墨電極。,鋰電池的結構負極,能較好的溶解電解質鹽，即有較高的介電常數；應有較好的流動性，即低黏度；對電池的其他組件應該是惰性的，尤其是充電狀態下的 正、負極表面；在很寬的溫度范圍內保持液態，熔點要低，沸點要高；安全性要好，即閃點要高，無毒。,鋰電池電解液的特性要求,電解液,溶 劑,鋰 鹽,添加劑,EC、PC、EMC、DEC等,LiPF6、LiClO4、LiBF4等,防過充添加劑,阻燃劑,抑制氣體生成,改善SEI膜性能,控制水和酸含量,鋰電池電解液組成示意圖,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 直接接觸而造成電池內部的短路。但隔5、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 機械性強度適當 本身為絕緣體 不與電解液及電極發生反應,材質：單層PE（聚乙烯）或者三層復合PP（聚丙烯）+PE+PP厚度：單層一般為0.0160.020mm 三層一般為0.0200.025mm,鋰電池的結構隔膜,鋰電池的化學反應機制,正極配料,來料檢驗,負極配料,正極涂布,負極涂布,正極制片,負極制片,隔 膜,卷 繞,入 殼,烘 烤,短路檢驗,滾 槽,注 液,封 口,化 成,密封性檢驗,分 容,外包裝,出 廠,出廠檢驗,濕度控制,圓柱形鋰電池的制造工藝流程圖,3,PART ONE,鋰電池的危險與有害因素分析,1、最主要的因素是目前電6、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商最小的體積做最大 的容量。2、過充-對電芯過充電，當電壓上升到4.6Vcell以上或更高時，電芯本體溫度 不斷升高達到熱爆炸的狀態，從而發生破裂，冒煙，起火，爆炸的危險。3、短路-因為電池容量大內部電阻低，所以外部短絡時通過大的電流，電池內 部達到熱爆炸的狀態，從而發生破裂，冒煙，起火的危險。4、因為電解液主要是由有機溶劑組成的,所以有燃燒的可能性。,鋰電池的安全因素,鋰電池的電解液（電解質鹽LiPF6）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7、，都是沸點很低的可燃液體，遇火易燃燒。六氟磷酸鋰(LiPF6)有腐蝕作用。不可燃性，加熱和酸類進行反應會產生有害的氟化氫。腐蝕性的氟化氫。氟化氫和金屬反應會產生爆炸性的氣體。產生火花點燃電解液，進而殃及塑料機身和與之接觸的易燃物，造成火災；引起電池內溫度急驟上升，電池內空間很狹小，可能因壓力增加而爆炸；電池內溫度上升較慢，電池外殼逐漸溶化，使有腐蝕性的電解液泄漏。,鋰電池的危險性電解液的溶劑,充好電的負極儲存了多量的強還原性物質碳化鋰（嵌層化合物等），LiC6的電位接近3.0V，還原劑與金屬鋰差不多，遇水即可燃燒。,鋰電池的危險性儲電的負極,在一些設計或制作不好的鋰電池中，長期循環會形成枝晶，8、鋰金屬沉積出來，形成粉末狀單質（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。,鋰電池的危險性支晶,當電池的正負極之間隔膜被意外刺破（如枝晶生長，外力作用）導致正負極直接連通時，即為內部短路，大量能量在電池內部釋放，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，空氣滲透性穩定，有利于提高鋰離子電池的循環性能），孔隙率（適當的孔隙率能保證隔膜吸附足夠的電解液，提高離子電導率），自閉溫度，熔融溫度，熱性能，力學性能（隔膜的抗拉強度應保證在電池卷繞時不被拉斷），電導率,鋰電池的危險性內部短路,在多種情況下，鋰電池的電解液會產生氣體，如電解液在循環充放電的過程中，不斷9、與電極互相作用可能產生分解放出；電解液中帶有水分等雜質時，在充電時水分或酸被分解產生氣體；電解質鹽LiPF6在高溫下也可能分解，分解放出氣體等等。這種氣體在電池內部會形成壓力，積累太多可能導致電池變形、泄漏甚至爆炸。,鋰電池的危險性電解液分解,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，外殼也比較堅固。但在某些情況下，如充電設備或保護電路出現故障產生過充電，電池內部隔膜被刺穿導致內部短路等，導致電池內部溫度迅速上升，壓力也急劇增加，這時可能出現安全閥失靈或來不及動作，就會發現具破壞力的爆炸。對于鋁塑復合膜包裝的電池，如果包裝膜被刺破、割破，可能發生電解液的泄漏。,鋰電池的危10、險性外殼破壞,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時，則可能因為各種原因產生氣體：1）正極被過度放電而釋放O2，同時電極材料轉變成不能再充電的形態，容量會明顯下降。2）電解液分解。這是產生氣體的主要原因。可能產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。如溫度高時電解液汽化本身的蒸汽，添加劑產生的副反應等。,鋰電池的危險性過充電,鋰離子電池中最常用的電解質鹽為六氟磷酸鋰LiPF6，它的電導率比較好，在有機溶劑中的溶解度高，耐氧化性好，是目前最重要的鋰離子電解液電 解質鹽。但是它具有毒性，與水會反應生成有害的氫氟酸等，對環境和人 的傷害性很大。,鋰電池的危險性11、電解液的毒性,1 注液不通風引起中毒,泄漏引起燃爆；2 化成、老化時燃爆；3 使用乙醇和丙酮擦洗容器，引起燃爆；4 鋰電池生產、儲存中的自燃、爆炸十分突出；5 鋰電池生產過程中不精細操作留下安全隱患；鋰電池的安全隱患及事故目前無法杜絕。,鋰電池的危險性其他事故,4,PART ONE,鋰電池的安全對策及措施,1、工藝要求-電池材料、結構等；2、老化房的要求；3、倉庫的安全技術要求；4、管理要求。,鋰電池的安全對策及措施,電池結構結構設計的合理性。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；內短路:微短路,結構性內短路。,鋰電池安全性的內部因素結構,主要由正負極片上微粉或12、凸點刺穿隔膜,引起電芯內部短路造成；輕微的將造成自放電率高；嚴重的將造成電池爆炸。,極粉刺穿隔膜造成電池爆炸,鋰電池安全性的內部因素微短路,內層負極片掉粉刺穿隔膜,造成電芯鼓脹。,鋰電池安全性的內部因素極粉內短路,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,導致正負極短路；引起電芯發燙,嚴重時會導致爆炸。,鋰電池安全性的內部因素電芯內部短路,電池結構設計優化；在關鍵工序使用自動化設備和改善工夾具；通過嚴格存儲條件篩除微短路和內短路電芯；同時材料體系的穩定性也有助于安全性的改善。,內部短路防范措施,自放電嚴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個月壓降為13、15-20mV,2 個月的壓降為25-35mV,半年壓降為50-60mV；通過嚴格存儲條件,可把有微短路和內短路隱患的電芯篩除。,微短路和內短路電芯的篩除,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致電池發生安全性事故。,安全性的外部因素,主要與電芯正極材料有關.LiCoO2 在4.2V 時,結構不穩定并放出氧氣；同時電解液在4.2V 時分解,與LiCoO2反應產生大量熱；導致電芯內壓急劇升高發生爆炸。,過充安全性,外短路,過充，和熱穩定性主要從電池的材料體系來解決正負極材料的的選擇和處理；電解液組成及添加劑；提高電池本身穩定性和安全性。,外短路防范措施,選擇安14、全性和穩定性較好的正負極材料；對比表面較大的材料采取二次處理的方式,以降低正負極材料的反應活性；其好處是明顯的。,正負極材料的選擇和二次處理,改善電池的穩定性:提高電池的循環性和存儲性；改善電池的過充安全性；提高電芯的高，低溫性能。,電解液的添加劑,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；評價鋰離子電池優主要從三個方面:安全性,穩定性,和體積容量；鋰離子電池性能取決與材料,設計和工藝控制；鋰離子電池的安全性問題是一個綜合性問題,要從電池材料體系，結構設計和工藝控制等方面著手解決。,防范措施,原則：必須兼顧電池的性能正負極和電解液等新材料開發，選用熱力學更穩定的材料；電池設計：不15、同形狀、負極與正極容量比；電池制造過程：漿料質量、涂布質量等，優化電池工藝；安全保護電路：過充電保護、過放電保護和過電流/短路保護。,電池安全性的解決措施,1、建筑耐火等級符合“二級”及以上要求；2、相鄰房間應是非明火、散發火花地點；與其他房間相鄰的墻應為無門、窗洞口的防火墻；3、每處防火分區的面積（建議）控制在5平方米以下；4、安裝相應等級的防爆型電器設施；（風機、照明、插座、開關、線路、接頭等）；5、安裝有自動滅火系統，應急噴淋水，保證水量充足6、乙級防火門；7、溫度控制器及超溫報警裝和聯動。總結經驗，汲取教訓！,老化室安全管理要求,1、嚴格控制鋰電池存放量，溫度應控制在205范圍內，最高16、不超過30，相對濕度不大于75%；2、鋰電池存放處設置醒目的“禁止煙火”標志，周圍嚴禁堆放可燃物和易燃 物品；3、生產車間不應存放超過當班次使用量的電池和電芯，并做好分類、分垛、分區存放；4、電池、電芯擺放整齊，不得堆放過高。電池、電芯貨架、存放設施應使用 不燃燒材料制作，并采取防靜電措施；5、不要將電池、電芯放置在太陽光直射的地方；6、搬運時輕拿輕放，不要撞擊、擠壓、投擲、針刺、踐踏電池；7、鋰電池使用現場應配置事故電池處理桶和滅火器材；8、工作結束后應將車間內的鋰電池回收到安全區域儲存。,鋰電池使用管理措施,1、電池儲存倉庫應獨立設置，每個防火分區面積不得超過250平方米，用實體墻分隔，安17、裝乙級 防火門，設置“嚴禁煙火”警示標志；2、電池倉庫應設置溫度、濕度控制及其檢測報警、抽排風裝置，溫度應控制在205范圍內，最高不超過30，相對濕度不大于75%。倉庫應清潔干燥，通風良好，不得存放其他物品；3、電池倉庫應設煙感、溫感報警裝置，報警信號應傳送至24小時有人值班的場所；4、電池擺放整齊，不得堆放過高，電池貨架、存放設施應使用不燃燒材料制作，并采取防靜電 措施。5、每塊電池（電芯）的正（負）極位置必須有絕緣防止短路保護措施；6、不要將電池、電芯放置在太陽光直射的地方；7、搬運時輕拿輕放，不要撞擊、擠壓、投擲、針刺、踐踏電池；8、電池倉庫應設置自動噴淋設施；9、電池不得滿負荷存放，建議30%電量存放；10、廢舊電池應做放電處置后，單獨存放；11、電池、電芯倉庫倉應懸掛足夠數量的球形干粉自動滅火器或噴淋裝置；12、倉庫應各配備滅火毯，事故電池處理專用桶。,鋰電池儲存安全措施,每一個安全事故的教訓都是慘痛的，每一個安全事故的發生都有其必然性和偶然性。,事故無大小之分。身邊的一些小事或小疏忽，完全可能引起巨大的事故和損失。只有安全，才是效益。,安全第一，預防為主,請大家牢記,好好做安全一定有人因你而安全,