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復納“鋰”論|鋰電池安全分析及預防

 釋出時間▩▩│╃☁:2021-11-26 點選量▩▩│╃☁:648

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10 月 22 日₪↟↟╃,四川省住建廳在新修訂的《四川省物業管理條例》中₪↟↟╃,將“電動車禁入電梯"寫進四川地方立法₪↟↟╃,違者處 500 元以下罰款₪↟↟╃,《條例》將於 2022 年 5 月 1 日起施行•·↟。


11 月 1 日起₪↟↟╃,《南京市電梯安全條例》正式實施•·↟。南京禁止電動車進入乘客電梯₪↟↟╃,進入者可罰款₪↟↟╃,高至 1000 元•·↟。


從安全事故發生到地方政府立法禁止₪↟↟╃,僅過去數月•·↟。如此快速的舉措₪↟↟╃,反映出整個社會對鋰電池安全的擔憂•·↟。


影響鋰電池安全的因素


清華大學-核能與新能源技術研究院的研究人員將鋰電池安全性失效的原因歸納為如下 6 類▩▩│╃☁:


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鋰離子電池發生安全性事故的主要原因


1. 熱穩定性


鋰離子電池安全事故大多以熱失控方式發生₪↟↟╃,其基本特徵是▩▩│╃☁:大多由最初的內短路產生熱量₪↟↟╃,由於電池的導熱性較差₪↟↟╃,熱量積累推高電池的溫度₪↟↟╃,當溫度升高至引發電池內部的鏈式化學反應時₪↟↟╃,電池溫升將逐漸加速₪↟↟╃,直至電池內化學反應放熱量極大₪↟↟╃,任何散熱手段都無法阻止電池溫升₪↟↟╃,即電池發生熱失控•·↟。


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2. 金屬異物


在《鋰離子電池正極材料的質量管理》中指出₪↟↟╃,鋰離子電池的效能與正極材料的質量息息相關₪↟↟╃,當正極材料中存在鐵(Fe)↟☁•↟、銅(Cu)↟☁•↟、鉻(Cr)↟☁•↟、鎳(Ni)↟☁•↟、鋅(Zn)↟☁•↟、銀(Ag)等金屬雜質時₪↟↟╃,這些金屬會先在正極氧化再到負極還原₪↟↟╃,當負極處的金屬單質累積到一定程度₪↟↟╃,其沉積金屬堅硬的稜角就會刺穿隔膜₪↟↟╃,造成電池自放電•·↟。


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金屬異物刺穿隔膜示意圖


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掃描電鏡下的各類金屬異物


3. 負極析鋰


負極析鋰也被認為是引發鋰離子電池安全性的可能原因•·↟。在大倍率充電↟☁•↟、低溫充電₪↟↟╃,或者是電池製造中的塗布偏差等均可能導致負極中析出金屬鋰₪↟↟╃,由於金屬鋰反應活性強↟☁•↟、容易反應產熱₪↟↟╃,使得電池內化學反應發生的條件閾值降低₪↟↟╃,即電池安全性降低•·↟。


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析鋰導致電池短路的示意圖


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掃描電鏡下觀察到的鋰枝晶


4. 隔膜瑕疵


隔膜瑕疵是過去被常常忽略的問題•·↟。隔膜微孔的均勻性是很難透過產品質量確認的₪↟↟╃,大部分均透過電池企業的電池成品率來確認•·↟。例如▩▩│╃☁:一個微孔被堵是很難被檢測出來的₪↟↟╃,但是區域性隔膜孔被“堵"(也可以是區域性阻抗增大)可能導致區域性鋰金屬析出₪↟↟╃,引發安全事故•·↟。


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掃描電鏡下的隔膜(左▩▩│╃☁:奈米微孔特徵;右▩▩│╃☁:宏觀空洞缺陷及異物)


5. 極片變形/微短路


電池受到外界劇烈撞擊₪↟↟╃,或者正負極片放置不當造成極片接觸短路₪↟↟╃,或正極片接觸等•·↟。


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掃描電鏡下的極片(左▩▩│╃☁:截面;右▩▩│╃☁:表面)


6. 設計/製造缺陷


設計/製造過程中引入的缺陷或瑕疵比較多₪↟↟╃,例如▩▩│╃☁:切片產生的毛刺可能導致內短路₪↟↟╃,由於塗布誤差導致正負極區域性容量配備失衡引起的鋰析出₪↟↟╃,由於卷繞電芯的掉粉導致的內短路₪↟↟╃,由於製造偏差導致的極片邊緣正負極短路₪↟↟╃,由於極耳焊接導致隔膜區域性收縮引發內短路等₪↟↟╃,這些問題均可以透過過程檢測在生產製造過程發現₪↟↟╃,是可以被消除的安全隱患•·↟。


預防鋰電池安全事故 - 對鋰電池廠家而言


1. 加強檢測與管控


在最新的國家標準《鋰離子電池正極材料檢測方法 磁性異物含量和殘餘鹼含量的測定》(徵求意見稿)中₪↟↟╃,將掃描電鏡檢測金屬異物的方法寫入國家標準•·↟。


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飛納臺式掃描電鏡 ParticleX 全自動清潔度分析系統₪↟↟╃,可以全自動對正負極↟☁•↟、漿料↟☁•↟、環境中的金屬異物進行識別 / 分析 / 統計•·↟。(延伸閱讀🔍▩▩│╃☁:鋰電行業都在關注丨電池材料清潔度檢測新方案)


2. 進行工藝改進


鑑於熱失控的本質是電池內部各種材料間的化學反應₪↟↟╃,因此₪↟↟╃,透過改進電池材料的熱穩定性₪↟↟╃,例如正極材料包覆₪↟↟╃,可以提升鋰離子電池的安全性₪↟↟╃,降低安全性事故的破壞性•·↟。(下一期我們將為大家詳細介紹 ForgeNano 在鋰電池材料改性生產工藝中的應用)


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預防鋰電池安全事故 - 對個人消費者而言


此前天津消防曾科普過₪↟↟╃,電動車在四種情況下很容易發生自燃▩▩│╃☁:

1. 線路破損

2. 擅自改裝

3. 超出使用年限

4. 線路短路

個人消費者應對照以上 4 點進行排查•·↟。


傳真▩▩│╃☁:

郵箱▩▩│╃☁:info@phenom-china.com

地址▩▩│╃☁:上海市閔行區虹橋鎮申濱路 88 號上海虹橋麗寶廣場 T5₪↟↟╃,705 室

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