锂离子电池安全培训

2012锂离子电池的生产安全2012内容一、事故警示二、锂离子电池基本概念三、生产过程的危险与有害因素辨识四、锂离子电池组装的安全要求2012锂电池事故案例1：2010年10月11日23时35分，电池公司客户退回的锂电池在存放处发生自燃起火，工人用灭火器扑救后再次发生起火，过火面积50平方米左右。案例2：2012年2月19日11时40分许，位于深圳公司三楼清洗房发生发生火灾,火灾中一批手机锂电池被烧毁，两名工人因吸入浓烟感到不适送医院治疗。案例3：2012年8月22日，位于公司，电器线路着火引发火灾事故，将三楼车间多台设备烧坏。。案例4：2012年10月10日13时35分，位于公司的二楼仓库发生火灾事故，15时30分左右扑灭，无人员伤亡，将存放在库房中的锂电池烧，损失400万元。案例5：2012年11月28日22时44分公司老化房起火，烧毁多个货柜式老化房，待电池一批。20122012年2月19日11时40分许，位于深圳市某公司三楼清洗房发生发生火灾,火灾中一批手机锂电池被烧毁，两名工人因吸入浓烟感到不适送医院治疗。案例一：“2·19”深圳某电池厂火灾事故案例二：“10.22”龙岗电池厂火灾事故2012年10月22日龙岗电池厂因值班人员擅离岗位，使的老化电池短路发热而无人知晓，最后发生火灾。储存区老化区充电检测区案例三：“10.10”龙岗电池厂火灾事故2012年10月10日13时35分，位于公司的二楼仓库发生火灾事故，15时30分左右扑灭，无人员伤亡，将存放在库房中的锂电池烧掉，损失400万元。201210电池（battery）电池是指通过正负极之间的电化反应将化学能转化为电能的装置。充电时，将电能转化为化学能进行储存。放电时，将化学能转化为电能释放，作为电源供用电器。活性物质：电池充放电时，能进行氧化或还原反应而产生电能和储存化学能的电极材料。11什么叫锂离子电池？Li-Ionbattery•锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。•正极采用锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2、LiXMnO2、LiFePO4和三元复合材料。•负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为“摇椅电池”。充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态。放电时则相反。12锂离子电池的结构和组成圆柱型锂离子电池方型锂离子电池软包装和聚合物锂离子电池二次锂电池的构造14方型锂离子电池（铝壳）15圆形锂离子电池16聚合物与软包装锂离子电池17锂离子电池结构•正极活性物质导电剂、溶剂、粘合剂、基体•负极活性物质（石墨、MCMB、CMS)粘合剂、溶剂、基体•隔膜•电解液•外壳五金件（钢壳、铝壳、盖板、极耳、绝缘片、绝缘胶带）18锂离子电池结构——正极正极基体：铝箔（约0.016mm厚)正极物质：LiFePO4+碳黑+PVDF正极集流体：铝带（约0.1mm厚）高温胶带（约0.05mm厚）电池放电时从外电路获得电子的电极,此时电极发生还原反应。通常是电位高的电极。锂离子电池中的钴酸锂、锰酸锂电极等。19正极：主要材料包括活性物质、黏结剂、导电剂钴酸锂或锰酸锂：参与电化学反应的活性材料导电剂：提高电极的导电性，如CB、KS、SS、SP、和LSTM黏结剂：把活性材料和导电剂黏结在铝箔(15和20微米厚）之上如PVDF1300，1700等正极材料需要做成有一定粘度的浆料涂覆在具有集流作用的载体上，并且能够与之紧密粘接，同时正极活性物质为半导体，导电性不好，因此需要加有一定量导电剂以增加正极的导电性，降低电池的内阻，因此正极中除需要有活性物质外还需要有导电剂、粘接剂、溶解粘接剂的溶剂等。正极组成20锂离子电池结构——负极负极基体：铜箔（约0.010mm厚)负极物质：石墨+CMC+SBR负极集流体：镍带（约0.07mm厚）电池放电时向外电路输送电子的电极，此时电极发生氧化反应。通常是电位低的电极，锂离子电池中石墨电极。21负极：主要材料包括活性材料石墨、黏结剂、导电剂活性材料石墨：参与电化学反应的活性材料如：MCMB、P15B—HG、MCF、天然石墨、CMS等导电剂：提高电极的导电性，如SS、SP、LSTM等黏结剂：把活性材料和导电剂黏结在箔(15和20微米厚）上，如PVDF1100、SBR、CMC等厚度为8微米到18微米的铜箔作为负极集流体。负极组成22电解液溶剂锂盐添加剂EC、PC、EMC、DEC等LiPF6、LiClO4、LiBF4等防过充添加剂阻燃剂抑制气体生成改善SEI膜性能控制水和酸含量锂离子电池电解液组成示意图23锂离子电池结构——电解液锂离子电池所使用的有机溶剂1.碳酸酯类2.羧酸酯类3.醚类有机溶剂4.含硫有机溶剂有机溶剂沸点熔点闪点黏度相对介电常数EC248391501.8689.6DMC903150.593.1EMC108-55230.652.9DEC127-43330.752.8PC241.7-49.21352.53064.4MPC130-43360.782.8DMSO18918.41.99142.5GBL206-421041.75139.125锂离子电池结构——隔膜材质：单层PE（聚乙烯）或者三层复合PP（聚丙烯）+PE+PP厚度：单层一般为0.016～0.020mm三层一般为0.020～0.025mm隔膜——是放置于两极之间，作为隔离电极的装置，藉以避免两极上的活性物质直接接触而造成电池内部的短路。但隔膜仍需能让带电离子通过，以形成通路。隔膜要求：①离子透过度大②机械性强度适当③本身为绝缘体④不与电解液及电极发生反应26电池外壳•锂离子电池内部存有参与反应的液态电解质，且不允许有水的存在，因此电池要求完成封闭，封装的壳体要求耐电解质及大气的腐蚀，且有一定的耐内部压力的能力，•一般采用不锈钢、镀镍钢或铝材，因为铝较轻且易于成型，因此我们主要采用铝壳壳体。•电池有正负两极，电池壳体可以作为一极，另外一只需要于壳体绝缘，因此两极之间需要加装绝缘密封垫，电池壳体组件是以激光焊接的方式进行密封的，因此绝缘密封垫还应该具有较好的耐热性能。我们一般选用耐腐蚀性、耐高温性及密封性较好的氟塑料作为电池的绝缘密封垫27锂离子电池电化学反应机制28锂离子电池的工作原理电池在充电时，锂离子从正极中脱出，通过电解质和隔膜，嵌入到负极中；电池放电时，锂离子由负极中脱出，通过电解质和隔膜，重新嵌入到正极中。在充放电过程中，锂离子在正负极之间嵌入脱出反复运动，实现化学能和电能的相互转化。电池体系中锂永远以离子的形态出现，不会以金属的形态出现，所以这种电池叫做锂离子电池。锂离子脱出反应式为：LiMO2→xLi++Li1-xMO2+xe-负极采用碳电极，从理论上讲，每6个碳原子可吸藏一个锂离子，锂离子嵌入反应式为：xe-+xLi++nC→LixCn式中的M为Co，Ni，Mn，Fe等金属元素，C表示负极化合物，如LiC6，TiS2，WO3等等。1.锂离子电池的充电特性：由于锂离子电池要求，其充放电需精密控制，因此，锂离子电池需采用专门的恒流，恒压充电法进行充电。通常恒流充电到4.2V/节，后转入恒压，定时充电，待恒压充电电流降到100mA左右时，终止充电，恒流充电电率为0.1C～1.5C（C：当电池额定容量为1000mAh时，则1.0C充电率表示充电电流为1000mA，1.5C充电电流为1500mA，依此类推），只要进入恒压充电状态，充电电流会慢慢降低到零，并停止充电。2.锂离子电池的放电特性：锂离子电池采用恒流连续放电，开始放电时电压均为4.2V/节（单节开路端电压），终止放电电压，通常规定为3.0V（不充许过放电），最低放电压也不能低于2.5V，否则影响电池寿命。对同一电池而言放电电流大小不同，充电时间长短也不同。若用1.0C电流放电到终止电压3.0V约需1h；若用0.2C电流放电，到放电结束约需5h。可见放电时间长短与电池容量，放电电流大小有关。3.锂离子电池的存储特性：锂离子电池的存储特性是指锂离子长期有储后保持容量的特性及恢复容量等特性。锂离子电池剩余容量与存储时间和存储温度有关，在20℃环境温度下保存半年，容量可保持在额定值的90%以上，而同一电池在60℃环境温度下保存一个月后，容量保持仅此有额定容量的80%左右。可见锂离子电池宜在低温下保存，一般用户长期不用的电池宜放在冰箱冷冻室内保存。关键１-电池充电(1)充电电压：单只电池最高充电电压为4.2V。(2)充电电流：充电电流应为0.7CmA或更低。3)充电温度：应在0°C至45°C温度范围内进行充电。(4)反极充电：不要对电池进行反极充电。关键２-电池放电(1)放电电流：放电电流应为1CmA或更小．(2)放电温度：应在-20°C至60°C温度范围内进行放电。(3)放电终止电压：应避免单只锂离子电池放电电压低于3.0V，过放电会损坏电池性能。关键３-电池贮存锂离子电池应充电30%至50%容量后在室温下贮存。锂电制作的一般流程配浆涂布辊压装配注液化成检测出货二、锂离子电池生产的主要工艺34圆柱型锂离子电池的制造工艺流程正极配料来料检验负极配料正极涂布负极涂布正极制片负极制片隔膜卷绕入壳烘烤短路检验滚槽注液封口化成密封性检验分容外包装出厂出厂检验湿度控制35三、锂离子电池的命名•锂离子二次电池的命名也分圆柱形和方形、扣式几种:•圆柱形的命名用三个字母和5位数字来表示，前两个字母表示锂离子电池(LI)，后一个字母表示圆柱形(R)，前两位数字表示以mm为单位的最大直径，后三位数字表示以0.lmm为单位的最大高度，如LIR18500即表示直径为18mm，高50mm的圆柱形锂离子电池。Ø18mm高度50mmLIR1850036方形的命名•用三个字母和6位数字来表示，前两个字母表示锂离子电池(LI)，后一个字母表示方形(S)，前两位数字表示以mm为单位的最大厚度，中间两位数字表示以mm为单位的宽度，后两位数字以mm为单位的最大高度，如LIS043048即表示厚度为4mm，宽30mm，高48mm的方形锂离子电池。•LIS043048高度48mm厚度4.0mm宽度30mm37锂离子电池用保护线路板•多节电池组保护板手机电池保护板2012二次锂电池安全因素1、最主要的因素是目前电池能量密度大，同样的体积的情况下要得到更高的容量必定会对其安全造成影响，所以我们不一定要求供应商最小的体积做最大的容量。2、过充---对电芯过充电，当电压上升到4.6V／cell以上或更高时，电芯本体温度不断升高达到热爆炸的状态，从而发生破裂，冒烟，起火，爆炸的危险。3、短路---因为电池容量大内部电阻低，所以外部短絡时通过大的电流，电池内部达到热爆炸的状态，从而发生破裂，冒烟，起火的危险。4、因为电解液主要是由有机溶剂组成的,所以有燃烧的可能性。1.电解液的溶剂•电解液（电解质盐LiPF6）溶剂主要组成是碳酸烷基酯，如碳酸二甲酯（DMC）,碳酸二乙酯（DEC）,碳酸甲乙酯（EMC）等，都是沸点很低的可燃液体，遇火易燃烧。•六氟磷酸锂(LiPF6)有腐蚀作用。不可燃性，加热和酸类进行反应会产生有害的氟化氢（腐蚀性）。氟化氢和金属反应会产生爆炸性的气体。•产生火花点燃电解液，进而殃及塑料机身和与之接触的易燃物，造成火灾；•引起电池内温度急骤上升，电池内空间很狭小，可能因压力增加而爆炸；•电池内温度上升较慢，电池外壳逐渐溶化，使有腐蚀性的电解液泄漏。锂电池生产危险性2.储电的负极•充好电的负极储存了多量的强还原性物质碳化锂（嵌层化合物等），LiC6的电位接近－3.0V，还原剂与金属锂差不多，遇水即可燃烧。3.枝晶•在一些设计或制作不好的锂电池中，长期循环会形成枝晶，锂金属沉积出来，形成粉末状单质（通常是电极边缘的灰黑色粉末），遇到空气即可燃烧，非常危险。4.内部短路•当电池的正负极之间隔膜被意外刺破（如枝晶生长，外力作用）导致正负极直接连通时，即为内部短路，大量能量在电池内部释放，很容易燃烧或爆炸。•要求其厚度，厂家，空气渗透性（隔膜中孔的曲折程度