鋰離子電池生產(chǎn)安全講座

鋰離子電池的生產(chǎn)平安平安管理人員培訓(xùn)講座

2021.內(nèi)容一、事故警示二、鋰離子電池生產(chǎn)根本概念三、生產(chǎn)過(guò)程的危險(xiǎn)與有害因素辨識(shí)四、平安對(duì)策措施2021.安理全管培課訓(xùn)基本概念2021.鋰電池燃、爆照片.鋰電池事故案例1：2021年10月11日，深圳A公司客戶(hù)退回的鋰電池在存放處發(fā)生自燃起火，工人用滅火器撲救后再次發(fā)生起火，過(guò)火面積50平方米左右。案例2：2021年2月19日深圳B公司三樓清洗房發(fā)生發(fā)生火災(zāi),火災(zāi)中一批鋰電池被燒毀，兩名工人因吸入濃煙感到不適送醫(yī)院治療。案例3：2021年8月22日，C新能源公司，電器線路著火引發(fā)火災(zāi)事故，將三樓車(chē)間多臺(tái)設(shè)備燒壞。。案例4：2021年10月10日D新能源科技的二樓倉(cāng)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)事故，15時(shí)30分左右撲滅，無(wú)人員傷亡，將存放在庫(kù)房中的鋰電池?zé)?，損失400萬(wàn)元。案例5：2021年11月28日A公司老化房起火，燒毀多個(gè)貨柜式老化房，待電池一批。.安理全管培課訓(xùn)基本概念2021.什么叫鋰離子電池？

Li-Ionbattery

鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。正極采用鋰化合物L(fēng)iXCoO2、LiXNiO2、LiXMnO2、LiFePO4和三元復(fù)合材料。負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)iXC6。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱(chēng)為“搖椅電池〞。充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)。放電時(shí)那么相反。7.鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和組成圓柱型鋰離子電池

方型鋰離子電池

軟包裝和聚合物鋰離子電池8.二次鋰電池的構(gòu)造.鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極活性物質(zhì)導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體負(fù)極活性物質(zhì)〔石墨、MCMB、CMS)粘合劑、溶劑、基體隔膜電解液外殼五金件〔鋼殼、鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片、絕緣膠帶〕10.鋰離子電池結(jié)構(gòu)——正極正極基體：鋁箔〔約0.016mm厚)正極物質(zhì)：LiFePO4+碳黑+PVDF正極集流體：鋁帶〔約0.1mm厚〕高溫膠帶〔約0.05mm厚〕電池放電時(shí)從外電路獲得電子的電極,此時(shí)電極發(fā)生復(fù)原反響。通常是電位高的電極。鋰離子電池中的鈷酸鋰、錳酸鋰電極等。11.鋰離子電池結(jié)構(gòu)——負(fù)極負(fù)極基體：銅箔〔約0.010mm厚)負(fù)極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR負(fù)極集流體：鎳帶〔約0.07mm厚〕電池放電時(shí)向外電路輸送電子的電極，此時(shí)電極發(fā)生氧化反響。通常是電位低的電極，鋰離子電池中石墨電極。12.能較好的溶解電解質(zhì)鹽，即有較高的介電常數(shù)；應(yīng)有較好的流動(dòng)性，即低黏度；對(duì)電池的其他組件應(yīng)該是惰性的，尤其是充電狀態(tài)下的正、負(fù)極外表；在很寬的溫度范圍內(nèi)保持液態(tài)，熔點(diǎn)要低，沸點(diǎn)要高；平安性要好，即閃點(diǎn)要高，無(wú)毒。電解液特性要求13.電解液溶劑鋰鹽添加劑EC、PC、EMC、DEC等LiPF6、LiClO4、LiBF4等防過(guò)充添加劑阻燃劑抑制氣體生成改善SEI膜性能控制水和酸含量鋰離子電池電解液組成示意圖14.鋰離子電池結(jié)構(gòu)——隔膜材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E〔聚乙烯〕或者三層復(fù)合PP〔聚丙烯〕+PE+PP厚度：?jiǎn)螌右话銥?.016～0.020mm三層一般為0.020～0.025mm隔膜——是放置于兩極之間，作為隔離電極的裝置，藉以防止兩極上的活性物質(zhì)直接接觸而造成電池內(nèi)部的短路。但隔膜仍需能讓帶電離子通過(guò)，以形成通路。隔膜要求：①離子透過(guò)度大②機(jī)械性強(qiáng)度適當(dāng)③本身為絕緣體④不與電解液及電極發(fā)生反響15.鋰離子電池電化學(xué)反響機(jī)制16.鋰電制作的一般流程配漿涂布輥壓裝配注液化成檢測(cè)出貨.圓柱型鋰離子電池的制造工藝流程正極配料來(lái)料檢驗(yàn)負(fù)極配料正極涂布負(fù)極涂布正極制片負(fù)極制片隔膜卷繞入殼烘烤短路檢驗(yàn)滾槽注液封口化成密封性檢驗(yàn)分容外包裝出廠出廠檢驗(yàn)濕度控制18.安理全管培課訓(xùn)危險(xiǎn)有害因素分析2021.二次鋰電池平安因素1、最主要的因素是目前電池能量密度大，同樣的體積的情況下要得到更高的容量必定會(huì)對(duì)其平安造成影響，所以我們不一定要求供給商最小的體積做最大的容量。2、過(guò)充---對(duì)電芯過(guò)充電，當(dāng)電壓上升到4.6V／cell以上或更高時(shí)，電芯本體溫度不斷升高到達(dá)熱爆炸的狀態(tài)，從而發(fā)生破裂，冒煙，起火，爆炸的危險(xiǎn)。3、短路---因?yàn)殡姵厝萘看髢?nèi)部電阻低，所以外部短絡(luò)時(shí)通過(guò)大的電流，電池內(nèi)部到達(dá)熱爆炸的狀態(tài)，從而發(fā)生破裂，冒煙，起火的危險(xiǎn)。4、因?yàn)殡娊庖褐饕怯捎袡C(jī)溶劑組成的,所以有燃燒的可能性。.1.電解液的溶劑鋰電池的電解液〔電解質(zhì)鹽LiPF6〕溶劑主要組成是碳酸烷基酯，如碳酸二甲酯〔DMC〕,碳酸二乙酯〔DEC〕,碳酸甲乙酯〔EMC〕等，都是沸點(diǎn)很低的可燃液體，遇火易燃燒。六氟磷酸鋰(LiPF6)有腐蝕作用。不可燃性，加熱和酸類(lèi)進(jìn)行反響會(huì)產(chǎn)生有害的氟化氫。腐蝕性的氟化氫。氟化氫和金屬反響會(huì)產(chǎn)生爆炸性的氣體。鋰電池生產(chǎn)危險(xiǎn)性.產(chǎn)生火花點(diǎn)燃電解液，進(jìn)而殃及塑料機(jī)身和與之接觸的易燃物，造成火災(zāi)；引起電池內(nèi)溫度急驟上升，電池內(nèi)空間很狹小，可能因壓力增加而爆炸；電池內(nèi)溫度上升較慢，電池外殼逐漸溶化，使有腐蝕性的電解液泄漏。.2.儲(chǔ)電的負(fù)極

充好電的負(fù)極儲(chǔ)存了多量的強(qiáng)復(fù)原性物質(zhì)碳化鋰〔嵌層化合物等〕，LiC6的電位接近－3.0V，復(fù)原劑與金屬鋰差不多，遇水即可燃燒。.3.枝晶

在一些設(shè)計(jì)或制作不好的鋰電池中，長(zhǎng)期循環(huán)會(huì)形成枝晶，鋰金屬沉積出來(lái)，形成粉末狀單質(zhì)〔通常是電極邊緣的灰黑色粉末〕，遇到空氣即可燃燒，非常危險(xiǎn)。.4.內(nèi)部短路當(dāng)電池的正負(fù)極之間隔膜被意外刺破〔如枝晶生長(zhǎng)，外力作用〕導(dǎo)致正負(fù)極直接連通時(shí)，即為內(nèi)部短路，大量能量在電池內(nèi)部釋放，很容易燃燒或爆炸。要求其厚度，廠家，空氣滲透性〔隔膜中孔的曲折程度，空氣滲透性穩(wěn)定，有利于提高鋰離子電池的循環(huán)性能〕，孔隙率〔適當(dāng)?shù)目紫堵誓鼙ＷC隔膜吸附足夠的電解液，提高離子電導(dǎo)率〕，自閉溫度，熔融溫度，熱性能，力學(xué)性能〔隔膜的抗拉強(qiáng)度應(yīng)保證在電池卷繞時(shí)不被拉斷〕，電導(dǎo)率.5.電解液分解

在多種情況下，鋰電池的電解液會(huì)產(chǎn)生氣體，如電解液在循環(huán)充放電的過(guò)程中，不斷與電極互相作用可能產(chǎn)生分解放出；電解液中帶有水分等雜質(zhì)時(shí)，在充電時(shí)水分或酸被分解產(chǎn)生氣體；電解質(zhì)鹽LiPF6在高溫下也可能分解，分解放出氣體等等。這種氣體在電池內(nèi)部會(huì)形成壓力，積累太多可能導(dǎo)致電池變形、泄漏甚至爆炸。.6.外殼破壞液鋰電池通常用鋼殼或鋁殼封裝鋰離子電池。通常情況下沒(méi)有什么問(wèn)題，外殼也比較鞏固。但在某些情況下，如充電設(shè)備或保護(hù)電路出現(xiàn)故障產(chǎn)生過(guò)充電，電池內(nèi)部隔膜被刺穿導(dǎo)致內(nèi)部短路等，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度迅速上升，壓力也急劇增加，這時(shí)可能出現(xiàn)平安閥失靈或來(lái)不及動(dòng)作，就會(huì)發(fā)現(xiàn)具破壞力的爆炸。對(duì)于鋁塑復(fù)合膜包裝的電池，如果包裝膜被刺破、割破，可能發(fā)生電解液的泄漏。.7.過(guò)充電

鋰離子電池中在某些情況下，如外部電路故障或未使用保護(hù)時(shí)，那么可能因?yàn)楦鞣N原因產(chǎn)生氣體：1〕正極被過(guò)度放電而釋放O2，同時(shí)電極材料轉(zhuǎn)變成不能再充電的形態(tài)，容量會(huì)明顯下降。2〕電解液分解。這是產(chǎn)生氣體的主要原因。可能產(chǎn)生的氣體有二氧化碳，一氧化碳，甲烷，乙烷，乙烯等。3〕其它原因。如溫度高時(shí)電解液汽化本身的蒸汽，添加劑產(chǎn)生的副反響等。.8.電解液的毒性鋰離子電池中最常用的電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰LiPF6，它的電導(dǎo)率比較好，在有機(jī)溶劑中的溶解度高，耐氧化性好，是目前最重要的鋰離子電解液電解質(zhì)鹽。但是它具有毒性，與水會(huì)反響生成有害的氫氟酸等，對(duì)環(huán)境和人的傷害性很大。

.其它事故1注液不通風(fēng)引起中毒,泄漏引起燃爆；2化成、老化時(shí)燃爆；3使用乙醇和丙酮擦洗容器，引起燃爆；4鋰電池生產(chǎn)、儲(chǔ)存中的自燃、爆炸十分突出；5鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中不精細(xì)操作留下平安隱患；鋰電池的平安隱患及事故目前無(wú)法杜絕。.安理全管培課訓(xùn)對(duì)策措施2021.技術(shù)措施管理措施培訓(xùn)教育2021.技術(shù)措施〔一〕工藝要求-電池材料、結(jié)構(gòu)等〔二〕老化房的要求〔三〕倉(cāng)庫(kù)的平安技術(shù)要求〔四〕管理要求.平安性的內(nèi)部因素-結(jié)構(gòu)電池結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性工藝電池制作的過(guò)程控制:極片毛刺,極粉脫落,卷繞對(duì)位.不良電池的篩選內(nèi)短路:微短路,結(jié)構(gòu)性?xún)?nèi)短路.平安性的內(nèi)部因素-微短路主要由正負(fù)極片上微粉或凸點(diǎn)刺穿隔膜,引起電芯內(nèi)部短路造成.輕微的將造成自放電率高嚴(yán)重的將造成電池爆炸極粉刺穿隔膜造成電池爆炸.平安性的內(nèi)部因素-極粉內(nèi)短路內(nèi)層負(fù)極片掉粉刺穿隔膜,造成電芯鼓脹.平安性的內(nèi)部因素-電芯內(nèi)部短路主要由于電芯極耳過(guò)長(zhǎng),與極片或與殼體接觸造成短路.或極耳壓迫卷芯,導(dǎo)致正負(fù)極短路.引起電芯發(fā)燙,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致爆炸..內(nèi)短路防范措施電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在關(guān)鍵工序使用自動(dòng)化設(shè)備和改善工夾具通過(guò)嚴(yán)格存儲(chǔ)條件篩除微短路和內(nèi)短路電芯同時(shí)材料體系的穩(wěn)定性也有助于平安性的改善..微短路和內(nèi)短路電芯的篩除自放電嚴(yán)重的電芯有平安隱患半荷電電芯,正常情況下,開(kāi)路電壓大約1個(gè)月壓降為15-20mV,2個(gè)月的壓降為25-35mV,半年壓降為50-60mV.通過(guò)嚴(yán)格存儲(chǔ)條件,可把有微短路和內(nèi)短路隱患的電芯篩除..過(guò)充電(電壓)外短路過(guò)溫:150度30分鐘以上幾種情況均有可能導(dǎo)致電池發(fā)生平安性事故平安性的外部因素-.過(guò)充平安性主要與電芯正極材料有關(guān).LiCoO2在>4.2V時(shí),結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定并放出氧氣.同時(shí)電解液在>4.2V時(shí)分解,與LiCoO2反響產(chǎn)生大量熱.導(dǎo)致電芯內(nèi)壓急劇升高發(fā)生爆炸..外短路防范措施外短路,過(guò)充，和熱穩(wěn)定性主要從電池的材料體系來(lái)解決正負(fù)極材料的的選擇和處理電解液組成及添加劑提高電池本身穩(wěn)定性和平安性..正負(fù)極材料的選擇和二次處理選擇平安性和穩(wěn)定性較好的正負(fù)極材料比照外表較大的材料采取二次處理的方式,以降低正負(fù)極材料的反響活性.其好處是明顯的.電解液的添加劑改善電池的穩(wěn)定性:提高電池的循環(huán)性和存儲(chǔ)性改善電池的過(guò)充平安性提高電芯的高，低溫性能..防范措施鋰離子電池是高能量,長(zhǎng)壽命的移動(dòng)能源.但有一定平安隱患.評(píng)價(jià)鋰離子電池優(yōu)主要從三個(gè)方面:平安性,穩(wěn)定性,和體積容量.鋰離子電池性能取決與材料,設(shè)計(jì)和工藝控制鋰離子電池的平安性問(wèn)題是一個(gè)綜合性問(wèn)題,要從電池材料體系，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝控制等方面著手解決..電池平安性的解決措施原那么：必須兼顧電池的性能.正負(fù)極和電解液等新材料開(kāi)發(fā)，選用熱力學(xué)更穩(wěn)定的材料電池設(shè)計(jì)：不同形狀、負(fù)極與正極容量比；電池制造過(guò)程：漿料質(zhì)量、涂布質(zhì)量等，優(yōu)化電池工藝平安保護(hù)電路：過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)和過(guò)電流/短路保護(hù).二、老化室平安管理要求建筑耐火等級(jí)符合“二級(jí)〞及以上要求；相鄰房間應(yīng)是非明火、散發(fā)火花地點(diǎn)；與其他房間相鄰的墻應(yīng)為無(wú)門(mén)、窗洞口的防