鋰離子電芯的安全性能

1、鋰離子電芯的平安性能.第一部分鋰離子電芯不平安行為發(fā)生的條件和機(jī)理.起火：電芯有火苗、火焰出現(xiàn)，電芯殼體有灼燒痕跡。爆炸：電芯內(nèi)部資料瞬間從電芯內(nèi)部噴出，電芯殼體被分裂或撕破的景象。常伴有起火熄滅景象。一. 鋰離子電芯不平安行為的描畫(huà).二. 鋰離子電芯不平安行為的發(fā)活力理電芯的平安問(wèn)題主要由電芯內(nèi)部的熱失控呵斥。電芯體系的溫度由熱量的產(chǎn)生和分發(fā)兩個(gè)要素決議，當(dāng)電芯的散熱速率小于電芯的發(fā)熱速率時(shí)，電芯內(nèi)部溫度繼續(xù)升高，繼而引發(fā)一系列放熱反響，使得電芯內(nèi)部熱量大量積累，電芯內(nèi)壓急劇上升，發(fā)生爆炸。由于鋰離子電芯所用有機(jī)溶劑閃點(diǎn)很低，極易熄滅，因此爆炸的同時(shí)常伴隨著熄滅景象。電芯內(nèi)部產(chǎn)生熱量的來(lái)源有

2、： A、電解液與正負(fù)極資料的反響 B、電解液的熱分解 C、正負(fù)極資料的熱分解 D、構(gòu)成閉合回路時(shí)，由于內(nèi)阻而引起的熱量.表1 組成電池資料間的反響列舉溫度化學(xué)反響反響熱J/g評(píng) 述130150LixC6與電解液的反響350SEI鈍化膜分解130150PE熔化190吸熱160180PP熔化90吸熱200500Li0.45CoO2分解450約在230時(shí)放出O2130220LiPF6分解250放熱較少240350LixC6與粘結(jié)劑反響1500鏈增長(zhǎng)，反響猛烈.鋰離子電池的不平安行為主要發(fā)生在電池的非常態(tài)情況下。 這些形狀包括： A 、異常充放電：如過(guò)充和短路等。 B、機(jī)械條件濫用：如沖擊、穿刺、振動(dòng)

3、等。 C、異常受熱：高溫?zé)釠_擊等。引起不平安行為的最危險(xiǎn)要素： 外短路、過(guò)充、高溫?zé)釠_擊和內(nèi)短路.1. 外短路時(shí)不平安行為的發(fā)活力理外短路時(shí)，瞬時(shí)電流非常大，溫度急劇上升。當(dāng)溫度到達(dá)130 以上時(shí)，SEI膜分解，引發(fā)電解液同陽(yáng)極LixC6的放熱反響， 最終能夠會(huì)因熱失控而發(fā)生爆炸。為了提高電芯的外短路平安性能，常選器具有Shut-down性能的隔膜，在溫度到達(dá)130 以上時(shí)，隔膜發(fā)生閉孔，從而到達(dá)切斷電池內(nèi)部電路的目的。 .2. 過(guò)充電時(shí)不平安行為的發(fā)活力理過(guò)充時(shí)，正極電勢(shì)隨過(guò)充程度的添加而迅速上升，當(dāng)電壓超越電解液的分解電壓時(shí)約4.5V，呵斥電解液的氧化分解，并放出大量的熱，引起電池溫度的升

4、高。當(dāng)電池溫度到達(dá)130時(shí)，SEI膜開(kāi)場(chǎng)分解，引發(fā)電解液同陽(yáng)極LixC6放熱反響，促使電池溫度繼續(xù)上升。當(dāng)電池內(nèi)部部分溫度升高到180以上時(shí)，陰極物質(zhì)發(fā)生分解析氧，且過(guò)充堆積在負(fù)極上的過(guò)剩金屬鋰會(huì)迅速融化，并繼續(xù)同電解液發(fā)生猛烈反響，產(chǎn)生大量的熱量并構(gòu)成高內(nèi)壓。從而導(dǎo)致發(fā)生爆炸、熄滅等不平安行為。因此過(guò)充時(shí)，電解液在過(guò)充正極外表的氧化分解是引起電芯溫度升高并導(dǎo)致熱失控的根本緣由。 explosion.3. 熱沖擊時(shí)不平安行為的發(fā)活力理隨著溫度的升高，SEI膜會(huì)破裂，導(dǎo)致嵌鋰或未嵌鋰的碳資料和LiPF6放熱反響的發(fā)生 。而當(dāng)溫度升高到180左右 時(shí)，以L(fǎng)iPF6為電解質(zhì)的EC基體系的電解液將發(fā)生

5、分解，使得電芯的平安性能進(jìn)一步降低。當(dāng)溫度到達(dá)140 以上時(shí)，電壓動(dòng)搖很大，繼而降為零，經(jīng)分析為隔膜收縮破裂引起短路，以后溫度急劇上升，到193 時(shí)電芯爆炸。所以隔膜設(shè)計(jì)必需注重。explosion.4. 內(nèi)短路不平安行為的發(fā)活力理廠(chǎng)家在發(fā)貨前曾經(jīng)剔除了微短路的電芯，市場(chǎng)上電芯的不平安行為主要是由潛在微短路引起的。運(yùn)用時(shí)隨著電池的每一次充放電，電池厚度要閱歷一個(gè)膨脹收縮的過(guò)程，此時(shí)如存在粉塵、毛刺或鋰枝晶，那么其能夠因遭到擠壓而刺穿隔膜，導(dǎo)致內(nèi)短路的發(fā)生，從而引起平安事故。除了以上一些平安測(cè)試外，重物沖擊、針刺和擠壓等也是需求時(shí)常留意的幾個(gè)平安測(cè)試項(xiàng)。但此幾項(xiàng)都是破壞性實(shí)驗(yàn)，只需電芯的資料、構(gòu)

6、造設(shè)計(jì)和消費(fèi)過(guò)程沒(méi)有出現(xiàn)異常，普通情況下都是平安的。.第二部分 內(nèi) 短 路.一、 內(nèi)短路產(chǎn)生的緣由就資料體系的運(yùn)用而言，正常情況下對(duì)于電芯的不平安行為影響不是很大。而真正影響平安性能的主要是由內(nèi)短路引起的熱失控呵斥的，所以?xún)?nèi)短路的控制是非常重要的。而內(nèi)短路的產(chǎn)生，主要是由電芯設(shè)計(jì)、消費(fèi)控制的不合格而呵斥的。短路后瞬間電流大，溫度急劇升高，最后由熱失控而產(chǎn)生一系列的不平安景象。 .引起內(nèi)短路的要素 A、粉塵 B、正負(fù)極電極片的錯(cuò)位 C、電極片的質(zhì)量毛刺 D、析鋰鋰枝晶 E、電解液分布不均勻 內(nèi)短路的發(fā)生： A、外界引發(fā)式：不正常運(yùn)用引起的內(nèi)短路 B、自發(fā)式：正常運(yùn)用時(shí)的內(nèi)短路 .二、 內(nèi)短路的控

7、制1. 電極片質(zhì)量控制 活性物質(zhì)分布均勻 無(wú)毛刺 無(wú)顆粒 無(wú)脫漿 無(wú)缺陷極片.2. 粉塵控制消費(fèi)環(huán)境粉塵控制電極片除塵卷繞防塵架的運(yùn)用.3. 設(shè)計(jì)上思索隔膜的收縮率在電芯不合理運(yùn)用而產(chǎn)生熱量后，隔膜橫向、縱向方向上的收縮是必需思索的，否那么能夠由于隔膜的收縮而使得電芯內(nèi)部正負(fù)極接觸而發(fā)生內(nèi)短路，使電芯的不平安性大大提高。.4. 裝配控制定位卷針的運(yùn)用定位槽的運(yùn)用短路測(cè)試控制.5. 鋰枝晶的控制加強(qiáng)迫漿、涂布管理，改善極片的一致性和均勻性?？刂普?fù)極電極片的搭配電解液的浸潤(rùn)化成控制老化控制.第三部分現(xiàn) 狀 描 述.一、 團(tuán) 隊(duì) 介 紹隨著市場(chǎng)的推進(jìn)，風(fēng)華鋰電不斷對(duì)產(chǎn)品的平安性能非常注重，公司在以

8、前大量任務(wù)的根底上，于2003年12月專(zhuān)門(mén)成立了平安性能改良小組，全面的對(duì)我們產(chǎn)品的平安性能進(jìn)展改良，并獲得了較好的成果。現(xiàn)將平安性能改良小組成員引見(jiàn)如下：.平安性能改良小組成員及分工姓 名職 位職 稱(chēng)任務(wù)重點(diǎn)劉會(huì)沖總 經(jīng) 理教授級(jí)高工全面協(xié)調(diào)任務(wù)艾新平技術(shù)顧問(wèn)教 授提供技術(shù)支持楊紹斌技術(shù)顧問(wèn)教 授提供技術(shù)支持廖欽林副 總高 工擔(dān)任技術(shù)協(xié)調(diào)韓建國(guó)研發(fā)部長(zhǎng)工 程 師擔(dān)任實(shí)驗(yàn)謀劃艾尚達(dá)副 總高 工協(xié)調(diào)消費(fèi)實(shí)施張健群工藝部部長(zhǎng)高 工工藝協(xié)調(diào)及文件制造李樂(lè)生品管部部長(zhǎng)工 程 師協(xié)調(diào)檢驗(yàn)李尹慶研發(fā)部長(zhǎng)工 程 師技術(shù)改善實(shí)驗(yàn)劉亞明研發(fā)人員工 程 師左志良研發(fā)人員工 程 師黃 浩質(zhì)量工程師工 程 師協(xié)助檢測(cè)

9、及檢驗(yàn)文件的制造李雄妹質(zhì)量工程師工 程 師丁 劍質(zhì)量工程師工 程 師.二、電芯的平安性能現(xiàn)狀1. 一些常用型號(hào)電芯的平安性能現(xiàn)狀型號(hào)規(guī)格外短路熱沖擊過(guò)充1301503C5V3C10V383450ASOKOKOKOKOK433048AOKOKOKOKOK443450AOKOKOKOKOK523450AOKOKOKOK大部分安 全063048AOKOKOK OK103450AROKOKOKOK平安閥完全開(kāi)啟.2. 現(xiàn)階段150熱沖擊測(cè)試溫度曲線(xiàn)看，整改后，電芯最高溫度不超越160 ，沒(méi)有引起熱失控。電壓一直在3.9V以上動(dòng)搖，最終電壓為3.98V，即闡明沒(méi)有呵斥內(nèi)短路。.3. 現(xiàn)階段3C10V過(guò)充

10、測(cè)試電壓在剛開(kāi)場(chǎng)時(shí)，迅速上升到4.5V左右，繼而電壓堅(jiān)持平穩(wěn)，10min后到達(dá)5V，以后電壓急劇上升到10V，電流降為0，此過(guò)程與添加的防過(guò)充添加劑有關(guān)。溫度變化和電壓變化堅(jiān)持了很好的一致性，這與電芯內(nèi)部反響速度有關(guān)添加劑的影響。電芯的最高溫度為120 。.三、與國(guó)內(nèi)各大廠(chǎng)家電芯平安性能的對(duì)比廠(chǎng)家型號(hào)3C10V過(guò)充150熱沖擊A053450A各2只安 全2只全部爆炸,保溫時(shí)間分別為：16min 17minB103450AR各4只4只全部爆炸全4只部爆炸，保溫時(shí)間分為：6in、7min、9min、10minC063450A各2只 1只平安閥勝利開(kāi)啟，1只從平安閥處開(kāi)裂，著火冒煙1只平安閥勝利開(kāi)啟

11、1只從平安閥處開(kāi)裂，著火冒煙383450A 各2只 1只爆炸，1只從平安閥處開(kāi)裂，著火冒煙2只從平安閥處開(kāi)裂，著火冒煙D383450A各4只全部爆炸1只合格3只爆炸，保溫時(shí)間分 別為：23in、24min、28minE523436A各2只安 全2只全部爆炸，保溫時(shí)間分別為：7min 12min.規(guī)格發(fā)貨總數(shù)只爆炸案例不平安率備注383450A總數(shù)280.2萬(wàn)20.71PPM改良前43.1萬(wàn)203年11月2日前改良后237.1萬(wàn)00PPM523450A總數(shù)119.8萬(wàn)43.3PPM改良前18.4萬(wàn)2改良后101.4萬(wàn)21.9PPM433048A總數(shù)175.6萬(wàn)00PPM03年12月開(kāi)場(chǎng)供貨443450A總數(shù)4.8萬(wàn)00PPM總供貨580.4萬(wàn)61.03PPM03年11月2日前61.5萬(wàn)46.5PPM改進(jìn)后518.9萬(wàn)20.38PPM總結(jié)：從以上數(shù)據(jù)來(lái)看，ZTE V210用FHP443048