锂离子电池的安全问题及安全技术

锂离子电池的安全问题及安全技术

1.锂离子电池的危险

化学活性高
锂是元素周期表第二周期第一组元素，化学性质极其活跃。

高能量密度
锂离子电池具有极高的比能量（≥140Wh/kg），是镍镉、镍氢等二次电池的数倍，若发生热失控反应，会释放出大量的热量，容易引发不安全行为。

有机电解液体系的应用
有机电解液体系的有机溶剂是一种烃类化合物，其分解电压低，易氧化，且易燃；如果发生泄漏，将会造成严重后果。 电池 着火，甚至燃烧爆炸。

副作用的可能性很高
锂离子电池在正常使用过程中，会发生电能转化为化学能的正化学反应。但在过充电、过放电或过电流操作等特定情况下，电池内部容易发生化学副反应；副反应加剧时会严重影响电池的性能和寿命，甚至可能产生大量气体，导致电池内压迅速升高而爆炸起火，引发安全问题。

电极材料结构不稳定
锂离子电池的过充反应会改变正极材料的结构，导致材料发生强烈的氧化，进而引起电解液溶剂的强烈氧化；而且这种反应是不可逆的。伙伴例如，如果反应产生的热量积累，就会有发生热失控的风险。

2.锂离子电池产品安全问题原因分析

电池材料问题
电池所用材料包括：正极活性材料、负极活性材料、隔膜、电解液和外壳。材料的选择和体系的匹配决定了电池的安全性能。在选择正负极活性材料和隔膜材料时，厂家没有对原材料的特性和匹配性进行一定的评估，导致电池安全性存在先天的缺陷。

生产工艺问题
对原材料进行检验 电池单元 生产工艺不严格，生产环境较差，导致生产过程中混入杂质，这不仅会降低电池容量，而且对电池安全造成极大影响；此外，如果电解液中混入过多的水，可能会发生副反应，导致电池内部压力升高，影响安全；由于生产工艺的限制，电池生产过程中存在一些无法达到良好一致性的情况，例如电极基体平整度差、电极活性物质脱落、活性物质中混入其他杂质、极耳焊接松动、焊接温度不稳定、极片边缘有毛刺、关键部位未使用绝缘胶带等，所有这些都可能对电池安全产生不利影响。

电池单元设计缺陷，安全性能降低
在结构设计方面，很多影响安全性的关键点并未被厂商重视，例如关键部位缺少绝缘胶带、隔膜设计中余量不足或余量不足、正负极容量配比设计不合理、正负极活性物质面积配比设计不合理、极耳长度设计不合理等，都可能给电池的安全性埋下隐患。另外，在电芯生产过程中，部分电芯厂商为节省成本、提高性能，尽量节省、压缩原材料，例如减小隔膜面积、减薄铜箔和铝箔、不使用泄压阀和绝缘胶带等，这些都会降低电池的安全性。

能量密度太高
当前市场追求更高容量的电池产品，厂商为了增加产品竞争力，不断提高锂离子电池的体积能量，这大大增加了电池的危险性。

3.安全技术

选择安全系数更高的原材料
选择安全系数较高的正负极活性材料、隔膜材料和电解液。
正极材料的选择：材料的热力学稳定性、化学稳定性、物理性能。
隔膜材料的选择：电子绝缘性、孔径及孔隙率、化学稳定性、自动关机保护功能、热收缩及变形小、厚度、物理强度。
电解液选用：化学稳定性好、电化学稳定性好、锂离子电导率高、液温范围宽、安全无毒。
加强电池单体整体安全设计

电池单体的结构设计不仅影响各种材料的性能，而且对电池整体的电化学性能、安全性能也有重要影响。
保护装置：采用开关元件及设置安全阀（泄压装置）。
正负极容量比及设计尺寸：选择合适的正负极容量比，设计片体尺寸。
隔膜宽度的裕度：防止正负极直接接触而造成内部短路。
绝缘处理：在关键位置设置必要措施或绝缘。
安装安全阀（泄压装置）：合理设计泄压装置，降低爆炸危险。
提高工艺水平
我们努力使电芯生产过程标准化、规范化，在混料、涂胶、烘烤、压实、分条、卷绕等工序建立标准化，改进工艺手段，做好过程控制，确保工序质量，减少产品间差异；在影响安全的关键工序设置特殊工序，实施标准化质量监控，杜绝不良部位，排除不良品；保持生产现场整洁，推行5S管理和6-sigma质量管控，杜绝杂质、水分混入生产，最大限度降低生产中突发情况对安全的影响。