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Main business主營鋰電池正極片回收,廢舊鋰電池回收。公司秉承顧客第一,勇攀高峰的經(jīng)營理念,堅(jiān)持誠實(shí)守信的原則為廣大客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。歡迎新老客戶來電咨詢
一、 鋰離子電池的危險(xiǎn)性
鋰離子電池從其自身的化學(xué)特性和體系組成上,決定了其是一種具有潛在危險(xiǎn)的化學(xué)電源。
1 化學(xué)活性高
鋰是元素周期表第二周期第I主族元素,具有極活潑的化學(xué)性質(zhì)。
2 能量密度高
鋰離子電池比能量極高(≥140Wh/kg),是鎳鎘、鎳氫等二次電池的數(shù)倍,若發(fā)生熱失控反應(yīng),就會(huì)放出很高的熱量容易導(dǎo)致不安全行為的發(fā)生。
3 采用有機(jī)電解質(zhì)體系
有機(jī)電解質(zhì)體系的有機(jī)溶劑是碳?xì)浠衔铮纸怆妷狠^低,易發(fā)生氧化,并且溶劑易燃;若出現(xiàn)泄漏等情況,則會(huì)引起電池著火,甚至燃燒、爆炸。
4 副反應(yīng)概率大
鋰離子電池在正常使用的過程中,其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)。但在某些條件下,如對(duì)其過充電、過放電或過電流工作時(shí),就很容易會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng);該副反應(yīng)加劇后,會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能與使用壽命,并可能產(chǎn)生大量的氣體,使電池內(nèi)部的壓力迅速增大后爆炸起火而導(dǎo)致安全問題。
5 電極材料的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定
鋰離子電池過充電反應(yīng)會(huì)使正極材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而使材料具有很強(qiáng)的氧化作用,使電解液中的溶劑發(fā)生強(qiáng)烈的氧化;并且這種作用是不可逆的,反應(yīng)引發(fā)的熱量如果積累則會(huì)存在引發(fā)熱失控 的危險(xiǎn)。
二、鋰離子電池產(chǎn)品安全問題原因分析
鋰離子電池產(chǎn)品經(jīng)過30年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,安全技術(shù)取得了長足的進(jìn)步,有效地控制了電池內(nèi)副反應(yīng)的發(fā)生,保證了電池的安全性。但是,隨著鋰離子電池的使用越來越廣泛,能量密度越來越高,近年來還是屢屢發(fā)生爆炸傷人或因安全隱患召回產(chǎn)品等事件。我們總結(jié)造成鋰離子電池產(chǎn)品安全問題的原因主要有以下幾點(diǎn):
1 電芯材料問題
電芯所用的材料包括:正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)、隔膜、電解質(zhì)和外殼等,材料的選用和所組成體系的匹配決定著電芯的安全性能。在選用正、負(fù)極活性材料和隔膜材料時(shí),廠家沒有對(duì)原材料特性和匹配性進(jìn)行一定的考核,造成了電芯安全性的先天不足。
2 生產(chǎn)工藝問題
電芯原材料檢測不嚴(yán),生產(chǎn)環(huán)境差,導(dǎo)致生產(chǎn)中混入雜質(zhì),不僅對(duì)電池的容量有較大的不利,對(duì)電池的安全性也有很大的影響;另外,電解液中如果混入了過多的水分, 可能就會(huì)發(fā)生副反應(yīng)而增大電池內(nèi)壓,對(duì)安全造成影響;由于生產(chǎn)工藝水平的限制, 在電芯的生產(chǎn)過程中,產(chǎn)品無法達(dá)到良好的一致性,比如電極基體平整度差、電極活性材料出現(xiàn)脫落、活性材料中混入其它雜質(zhì)、極耳焊接不牢、焊接溫度不穩(wěn)定、極片邊緣有毛刺以及關(guān)鍵部 位無使用絕緣膠帶等問題,都可能會(huì)對(duì)電芯的安全 性帶來不利的影響。
3 電芯設(shè)計(jì)缺陷,安全性能降低
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,許多對(duì)安全有影響的關(guān)鍵點(diǎn)沒有被廠家重視,如關(guān)鍵部位沒有絕緣膠帶,隔膜設(shè)計(jì)沒有留有余量或余量不足,正負(fù)極容量比設(shè)計(jì)不合理,正負(fù)極活性物質(zhì)面積比設(shè)計(jì)不合理,極耳長度設(shè)計(jì)不合理等,這些都可能對(duì)電池的安全性埋下隱患。另外在電芯的生產(chǎn)過程中,一些電芯生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本和提高性能,盡量節(jié)省和壓縮原材料,如減少隔膜面積、減薄銅箔、鋁箔以及不使用泄壓閥、不使用絕緣膠帶等,這些都會(huì)降低電池的安全性。
4 能量密度過高
目前市場上都在追求更高容量的電池產(chǎn)品,廠家為了增加產(chǎn)品競爭力,不斷提高鋰離子電池的體積比能量,這在很大程度上增加了電池的危險(xiǎn)性。
三、安全技術(shù)
雖然鋰離子電池具有諸多危險(xiǎn)隱患,但是在特定的使用條件下,以及采用一定的措施是可以有效地控制電芯內(nèi)副反應(yīng)和劇烈反應(yīng)的發(fā)生,保證其使用安全的。下面就簡單介紹幾種鋰離子電池常用的安全技術(shù)。
1 選用安全系數(shù)更高的原材料
選用安全系數(shù)更高的正負(fù)極活性材料、隔膜材料和電解液。
a)正極材料的選擇
正極材料的安全性主要基于以下3個(gè)方面:
1 材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性;
2 材料的化學(xué)穩(wěn)定性;
3 材料的物理性能。
b)隔膜材料的選擇
隔膜的主要作用是將電池的正、負(fù)極分隔開,防止正負(fù)極接觸而短路,同時(shí)具有使電解質(zhì)離子通過的能力,即具有電子絕緣性和離子導(dǎo)通性。鋰離子電池選用隔膜時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
1 具有電子絕緣性,保證正負(fù)極的機(jī)械隔離;
2 有一定的孔徑和孔隙率,保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率;
3 隔膜材料具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性,必須耐電解液腐蝕;
4 隔膜要有自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)的功能 ;
5 隔膜的熱收縮率和變形性要盡可能地?。?/p>
6 隔膜要具有一定的厚度;
7 隔膜要具有較強(qiáng)的物理強(qiáng)度并有足夠大的抗穿刺的能力。
c)電解液的選擇
電解液是鋰離子電池的重要組成部分,在電池正負(fù)極之間起著輸送和傳導(dǎo)電流的作用。鋰離子電池使用電解液是以適當(dāng)?shù)匿圎}溶解在有機(jī)非質(zhì)子混合溶劑中而形成的電解質(zhì)溶液。它通常應(yīng)滿足以下幾方面的要求:
1 化學(xué)穩(wěn)定性好, 與電極活性物質(zhì)、集流體和隔膜不發(fā)生化學(xué)反應(yīng);
2 電化學(xué)穩(wěn)定性好,具有較寬的電化學(xué)窗口;
3 鋰離子電導(dǎo)率高,電子電導(dǎo)率低;
4 液態(tài)溫度范圍寬;
5 安全無毒,對(duì)環(huán)境友好。
2 加強(qiáng)電芯整體安全性設(shè)計(jì)
電芯是將電池各種物質(zhì)組合起來的紐帶,是正極、負(fù)極、隔膜、極耳和包裝膜等系統(tǒng)之集成,電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),不單影響到各種材料性能的發(fā)揮,還對(duì)電池的整體電化學(xué)性能、安全性能產(chǎn)生重要的影響。材料的選擇與電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正是一種局部與整體的關(guān)系,在電芯設(shè)計(jì)上,應(yīng)該結(jié)合材料特性來制定合理的結(jié)構(gòu)模式。
另外,在鋰電池結(jié)構(gòu)上還可以考慮一些額外的保護(hù)裝置,常見的保護(hù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下幾種:
1 采用開關(guān)元件,當(dāng)電池內(nèi)的溫度上升時(shí),它的阻值隨之上升,當(dāng)溫度過高時(shí),會(huì)自動(dòng)停止供電;
2 設(shè)置安全閥(就是電池頂部的放氣孔),電池內(nèi)部壓力上升到一定的數(shù)值時(shí),安全閥自動(dòng)打開,保證電池的使用安全性。
下面對(duì)電芯結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)提出一些實(shí)例:
a) 正負(fù)極容量比和設(shè)計(jì)大小片
根據(jù)正負(fù)極材料的特性來選擇合適的正負(fù)極容量比,電芯的正負(fù)極容量的配比是關(guān)系到鋰離子電池安全性的重要環(huán)節(jié),正極容量過大將會(huì)出現(xiàn)金屬鋰在負(fù)極表面沉積, 而負(fù)極過大電池的容量會(huì)有較大的損失。一般而言,N/P=1.05~1.15,并根據(jù)實(shí)際的電池容量和安全性要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。設(shè)計(jì)大小片,使負(fù)極膏體(活性物質(zhì)) 位置包?。ù笥冢┱龢O膏體位置,一般寬度應(yīng)大1~5 mm,長度應(yīng)大5~10 mm。
b) 隔膜寬度留有余量
隔膜寬度設(shè)計(jì)的總體原則是防止正負(fù)極片直接接觸而發(fā)生內(nèi)部短路,由于電池在充放電過程中和熱沖擊等環(huán)境下,隔膜的熱收縮性導(dǎo)致隔膜在長度和寬度方向上發(fā)生變形,隔膜褶皺的區(qū)域由于正負(fù)極間的距離增大,致使極化增大;隔膜拉伸的區(qū)域由于隔膜變薄而使微短路的可能性加大;隔膜邊緣區(qū)域的收縮則可能導(dǎo)致正負(fù)極直接接觸而發(fā)生內(nèi)短路,這些都會(huì)使電池因熱失控而發(fā)生危險(xiǎn)。因此,在設(shè)計(jì)電池時(shí),在隔膜的面積和寬度的使用上必須考慮其收縮特性,隔離膜要比陽極、陰極大??紤]在工藝誤差外,隔離膜必須比極片外邊長至少0.1mm。
c) 絕緣處理
內(nèi)短路是鋰離子電池存在安全性隱患的重要因素,在電芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在很多引發(fā)內(nèi)短路的潛 在危險(xiǎn)部位,因此應(yīng)該在這些關(guān)鍵位置設(shè)置必要的措施或者絕緣,以防止在異常情況下發(fā)生電池內(nèi)短路,比如:正負(fù)極耳間保持必要的間距;收尾單面中間無膏體位需貼絕緣膠帶,并將裸露部分全部包??;正極鋁箔和負(fù)極活性物質(zhì)之間貼絕緣膠帶;應(yīng)用絕緣膠帶將極耳焊接部分全部包住;電芯頂部采用絕緣膠帶等。
d) 設(shè)置安全閥 (泄壓裝置)
鋰離子電池發(fā)生危險(xiǎn),常常是因?yàn)閮?nèi)部溫度過高或壓力過大而引發(fā)爆炸、起火;設(shè)置合理的泄壓裝置,能在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)迅速釋放電池內(nèi)部的壓力和熱量,減少爆炸危險(xiǎn)。合理的泄壓裝置要求既能滿足電池正常工作時(shí)的內(nèi)壓又能在內(nèi)壓達(dá)到危險(xiǎn)極限的時(shí)候自動(dòng)打開而泄放壓力,泄壓裝置的設(shè)置位置 需要考慮電池外殼因內(nèi)壓增大所產(chǎn)生形變的特性來設(shè)計(jì);安全閥的設(shè)計(jì)可以通過薄片、邊緣、接縫和刻痕等來實(shí)現(xiàn)。
3 提高工藝水平
努力做好電芯生產(chǎn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。在混料、涂布、烘烤、壓實(shí)、分切和卷繞等步驟中,制定標(biāo)準(zhǔn)化(如隔膜寬度、電解液注液量等),改進(jìn)工藝手段(如低氣壓注液法、離心裝殼法等),做好工藝控制,保證工藝質(zhì)量,縮小產(chǎn)品間的差異;在對(duì)安全有影響到關(guān)鍵步驟設(shè)置特殊工步(如去極片毛刺、掃粉、對(duì)不同的材料采用不同的焊接方法等),實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量監(jiān)控,消除缺陷部位,排除有缺陷產(chǎn)品(如極片變形、隔膜刺破、活性材料脫落和電解液泄漏等);保持生產(chǎn)場所的整潔、清潔, 實(shí)施5S管理和6-sigma質(zhì)量控制,防止生產(chǎn)中混入雜質(zhì)和水分,盡量減少生產(chǎn)中的意外情況對(duì)安全性的影響。
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