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锂离子电池产品会存在哪些安全问题?如何解决?

文章来源:PNAS普纳斯能源官网 人气:234 发表时间:2021-07-16 10:51:02
锂离子电池产品安全问题原因分析 锂离子电池产品经过30年的产业化发展,安全技术取得了长足的进步,有效地控制了电池内副反应的发生,保证了电池的安全性。但是,随着锂离子电池的使用越来越广泛,能量密度越来越...
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锂离子电池产品安全问题原因分析

锂离子电池产品经过30年的产业化发展,安全技术取得了长足的进步,有效地控制了电池内副反应的发生,保证了电池的安全性。但是,随着锂离子电池的使用越来越广泛,能量密度越来越高,近年来还是屡屡发生爆炸伤人或因安全隐患召回产品等事件。我们总结造成锂离子电池产品安全问题的原因主要有以下几点:


1 电芯材料问题
电芯所用的材料包括:正极活性物质、负极活性物质、隔膜、电解质和外壳等,材料的选用和所组成体系的匹配决定着电芯的安全性能。在选用正、负极活性材料和隔膜材料时,厂家没有对原材料特性和匹配性进行一定的考核,造成了电芯安全性的先天不足。

2 生产工艺问题
电芯原材料检测不严,生产环境差,导致生产中混入杂质,不仅对电池的容量有较大的不利,对电池的安全性也有很大的影响;另外,电解液中如果混入了过多的水分, 可能就会发生副反应而增大电池内压,对安全造成影响;由于生产工艺水平的限制, 在电芯的生产过程中,产品无法达到良好的一致性,比如电极基体平整度差、电极活性材料出现脱落、活性材料中混入其它杂质、极耳焊接不牢、焊接温度不稳定、极片边缘有毛刺以及关键部 位无使用绝缘胶带等问题,都可能会对电芯的安全 性带来不利的影响。

3 电芯设计缺陷,安全性能降低
在结构设计上,许多对安全有影响的关键点没有被厂家重视,如关键部位没有绝缘胶带,隔膜设计没有留有余量或余量不足,正负极容量比设计不合理,正负极活性物质面积比设计不合理,极耳长度设计不合理等,这些都可能对电池的安全性埋下隐患。另外在电芯的生产过程中,一些电芯生产厂家为了节省成本和提高性能,尽量节省和压缩原材料,如减少隔膜面积、减薄铜箔、铝箔以及不使用泄压阀、不使用绝缘胶带等,这些都会降低电池的安全性。

4 能量密度过高

目前市场上都在追求更高容量的电池产品,厂家为了增加产品竞争力,不断提高锂离子电池的体积比能量,这在很大程度上增加了电池的危险性。


锂离子电池产品安全问题解决方案

虽然锂离子电池具有诸多危险隐患,但是在特定的使用条件下,以及采用一定的措施是可以有效地控制电芯内副反应和剧烈反应的发生,保证其使用安全的。下面就简单介绍几种锂离子电池常用的安全技术。

1 选用安全系数更高的原材料
选用安全系数更高的正负极活性材料、隔膜材料和电解液。

2 加强电芯整体安全性设计
电芯是将电池各种物质组合起来的纽带,是正极、负极、隔膜、极耳和包装膜等系统之集成,电芯结构设计,不单影响到各种材料性能的发挥,还对电池的整体电化学性能、安全性能产生重要的影响。材料的选择与电芯结构设计正是一种局部与整体的关系,在电芯设计上,应该结合材料特性来制定合理的结构模式。

另外,在锂电池结构上还可以考虑一些额外的保护装置,常见的保护机构设计有以下几种:

1 采用开关元件,当电池内的温度上升时,它的阻值随之上升,当温度过高时,会自动停止供电;

2 设置安全阀(就是电池顶部的放气孔),电池内部压力上升到一定的数值时,安全阀自动打开,保证电池的使用安全性。


3 提高工艺水平


锂电池定制

努力做好电芯生产过程中的标准化和规范化。在混料、涂布、烘烤、压实、分切和卷绕等步骤中,制定标准化(如隔膜宽度、电解液注液量等),改进工艺手段(如低气压注液法、离心装壳法等),做好工艺控制,保证工艺质量,缩小产品间的差异;在对安全有影响到关键步骤设置特殊工步(如去极片毛刺、扫粉、对不同的材料采用不同的焊接方法等),实施标准化质量监控,消除缺陷部位,排除有缺陷产品(如极片变形、隔膜刺破、活性材料脱落和电解液泄漏等);保持生产场所的整洁、清洁, 实施5S管理和6-sigma质量控制,防止生产中混入杂质和水分,尽量减少生产中的意外情况对安全性的影响。


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