车用锂离子动力电池系统的安全性剖析
国家大力支持以电动汽车为主的新能源汽车新兴产业。然而以热失控为特征的锂离子电池系统的安全性事故时有发生，困扰着电动汽车的发展。动力电池安全性事故的常见形式及成因是什么？又该采取怎样的防范措施？小编带你一览要点。
1 动力电池安全性问题
锂离子动力电池事故主要表现为因热失控带来的起火燃烧。如表1和图1
所示。
表1 近年发生的锂离子动力电池事故
图1 近年来部分锂离子动力电池事故
锂离子动力电池系统安全性问题表现为3个层次（图2）。
1）电池系统安全性的“演变”。即电池系统长期老化——“演化”（事故1、2、3、5、7）和突发事件造成电池系统损坏——“突变”（事故4、6）。
2）“触发”——锂离子动力电池从正常工作到发生热失控与起火燃烧的转折点。
3）“扩展”——热失控带来的向周围传播的次生危害。
图2 动力电池系统安全性问题的层次
2 动力电池安全性演变
2.1 “演化”与“突变”
电池系统长期老化带来的可靠性降低，演化耗时长，可以通过检测电池系统的老化程度来评估电池系统安全性的变化；相比而言安全性突变难以预测，但是可以通过既有事故的形式来改进电池系统的设计。
2.2 安全性演化机理
电池系统任何部件的老化都可能带来安全事故的触发，如事故1、7。除此之外，电池本身的安全性演化主要表现为内短路的发展。电池内部的金属枝晶生长是造成内短路的主要原因之一。值得一提的是，老化电池的能量密度降低，热失控造成的危害可能会降低；另一方面老化电池更容易发生热失控。
图3 锂离子电池内部金属枝晶的生长与隔膜的刺穿
3 电池安全事故触发
3.1 热失控机理
经过演变过程，电池事故将会进入“触发”阶段。一般在这之后，电池内部的能量将会在瞬间集中释放造成热失控，引发冒烟、起火与爆炸等现象。当然电池安全事故中，也可能不发生热失控，热失控后的电池不一定会同时发生冒烟、起火与爆炸，也可能都不发生，这取决于电池材料发生热失控的机理。
图4、图5与表2展示了某款具有三元正极/PE基质的陶瓷隔膜/石墨负极的25 A·h锂离子动力电池的热失控机理。热失控过程分为了7个阶段。
图4 某款三元锂离子动力电池热失控实验数据（实验仪器为大型加速绝热量热仪，EV-ARC）
图5 某款三元锂离子动力电池热失控不同阶段的机理
表2 某款锂离子动力电池热失控的分阶段特征与机理
对于冒烟的情况，在阶段V，如果电池内部温度低于正极集流体铝箔的熔化温度660℃，电池正极涂层就不会随着反应产生的气体喷出，此时观察到的会是白烟；反之则是黑烟。
对于起火的情况，引燃的主要原因是喷出的气体温度高于其闪点，电解液气体与氧气剧烈反应。
对于爆炸的情况，必备的条件是电池内部具有高压气体积聚，安全阀则是及时释放高压积聚气体的关键。
3.2 事故触发的分类
根据触发的特征，可以分为机械触发、电触发和热触发3类。
图6 事故触发的分类
4 热失控在电池系统内的扩展
4.1 热失控扩展的危害
热失控触发后，局部单体热失控后释放的热量向周围传播，将可能加热周围电池并造成周围电池的热失控，从而发生链式反应造成极大的危害。
4.2 热失控扩展的机理
热失控扩展过程中的热量传递有3条可能的主要路径：1）相邻电池壳体之间的导热；2）通过电池极柱的导热；3）单体电池起火对周围电池的炙烤。
图7 热失控扩展的几条可能路径
4.3 防范热失控扩展与电池系统设计的矛盾
措施：
1）防止火焰的发生。设计阀体的喷射方向引导火焰的生成方向；加入灭火剂；保证密封性。
2）考虑高温气体扩散对电池系统其他部件的影响，及时排出高温气体。
3）适当阻隔电池之间的传热路径，如在单体电池之间设置隔热层。
4）增强电池系统内部的散热；将故障电池周围的电池进行放电；在电池之间填充相变材料吸收热量等方法来抑制热失控的扩展。
矛盾：
防范热失控扩展的设计与电池系统的其他功能设计存在一定的矛盾，如加剧内部温度不均、降低比能量、增加成本等。协调此矛盾是电池系统安全性设计的重要议题之一。
5 电池事故防范与安全性监控
除热失控扩展的防范之外，动力电池系统需要全方位的事故防范措施与安全性监控措施。
1）锂离子动力电池在大规模生产销售之前，必须要通过相关的安全性测试标准的认证。
2）以防范热失控事故为核心，动力电池系统的安全性设计需要考虑事故的“演变”、“触发”与“扩展”等因素。还要对于各个部件的失效模式有清楚的认识。
3）动力电池系统在运行过程中需要进行妥善的管理，并对于可能的事故触发倾向进行监测与预警。
6 结论
动力电池系统安全性问题主要分为3个层次，即“演变”、“触发”与“扩展”。从这三个层次出发，深入研究各个层次的机理及其演变过程，提出有效的事故防范措施和安全性监控措施，是下一步研究的工作重点。
来源：新能源前线
车用锂离子动力电池系统的安全性剖析 国家大力支持以电动汽车为主的新能源汽车新兴产业。然而以热失控为特征的锂离子电池系统的安全性事故时有发生，困扰着电动汽车的发展。动力电池安全性事故的常见形式及成因是什么？又该采取怎样的防范措施？小编带你一览要点。 1 动力电池安全性问题 锂离子动力电池事故主要表现为因热失控带来的起火燃烧。如表1和图1 所示。 表1 近年发生的锂离子动力电池事故 图1 近年来部分锂离子动力电池事故 锂离子动力电池系统安全性问题表现为3个层次（图2）。 1）电池系统安全性的“演变”。即电池系统长期老化——“演化”（事故1、2、3、5、7）和突发事件造成电池系统损坏——“突变”（事故4、6）。 2）“触发”——锂离子动力电池从正常工作到发生热失控与起火燃烧的转折点。 3）“扩展”——热失控带来的向周围传播的次生危害。
图2 动力电池系统安全性问题的层次 2 动力电池安全性演变 2.1 “演化”与“突变” 电池系统长期老化带来的可靠性降低，演化耗时长，可以通过检测电池系统的老化程度来评估电池系统安全性的变化；相比而言安全性突变难以预测，但是可以通过既有事故的形式来改进电池系统的设计。 2.2 安全性演化机理 电池系统任何部件的老化都可能带来安全事故的触发，如事故1、7。除此之外，电池本身的安全性演化主要表现为内短路的发展。电池内部的金属枝晶生长是造成内短路的主要原因之一。值得一提的是，老化电池的能量密度降低，热失控造成的危害可能会降低；另一方面老化电池更容易发生热失控。 图3 锂离子电池内部金属枝晶的生长与隔膜的刺穿
3 电池安全事故触发 3.1 热失控机理 经过演变过程，电池事故将会进入“触发”阶段。一般在这之后，电池内部的能量将会在瞬间集中释放造成热失控，引发冒烟、起火与爆炸等现象。当然电池安全事故中，也可能不发生热失控，热失控后的电池不一定会同时发生冒烟、起火与爆炸，也可能都不发生，这取决于电池材料发生热失控的机理。 图4、图5与表2展示了某款具有三元正极/PE基质的陶瓷隔膜/石墨负极的25 A·h锂离子动力电池的热失控机理。热失控过程分为了7个阶段。 图4 某款三元锂离子动力电池热失控实验数据（实验仪器为大型加速绝热量热仪，EV-ARC） 图5 某款三元锂离子动力电池热失控不同阶段的机理 表2 某款锂离子动力电池热失控的分阶段特征与机理
锂电池的安全性设计参考 文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
锂电池的安全性设计参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在 单体锂离子电池内设有三重保护机构。一是采用开关元 件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度 过高时，会自动停止供电；二是选择适当的隔板材料，当 温度上升到一定数值时，隔板上的微米级微孔会自动溶解 掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止；三是设 置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升 到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全 性。 有时，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些 原因造成控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全 阀释放，电池内压便会急剧上升而引起爆炸。
一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子电池，采用强制散热尤为重要。 选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂100℃，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。 另外，采用锰酸锂材料还可以大幅度降低成本。
Open Journal of Nature Science 自然科学, 2018, 6(5), 391-394 Published Online September 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/1a16616012.html,/journal/ojns https://https://www.doczj.com/doc/1a16616012.html,/10.12677/ojns.2018.65050 Analysis of the Main Factors Affecting the Safety of Lithium Ion Batteries Haowen Liu School of Chemical Materials Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan Hubei Received: Aug. 20th, 2018; accepted: Aug. 31st, 2018; published: Sep. 7th, 2018 Abstract Currently, safety issue is one of the bottlenecks in the development of lithium ion batteries from portable products to power batteries and large-scale energy storage technologies. This paper briefly introduces the influence of cathode, anode, cell separator, electrolyte and the use of battery on the safety of lithium-ion batteries. It is concluded that use and storage is a key factor in the ac-cident of lithium ion battery. Keywords Lithium Ion Batteries, Safety, Influence Factors 浅析影响锂离子电池安全性的 主要因素 刘浩文 中南民族大学化学材料科学学院，湖北武汉 收稿日期：2018年8月20日；录用日期：2018年8月31日；发布日期：2018年9月7日 摘要 当前，安全是锂离子电池从便携式产品向动力电池和大规模储能技术发展的瓶颈之一。本文从正极、负极、隔膜、电解质和电池使用方式五个方面简要介绍对锂离子电池安全性的影响，总结出电池的使用方式和存放环境是引起锂离子电池发生事故的一个关键因素。
锂离子动力电池的安全性问题分析 （） 摘要：本文从锂离子电池材料和制作工艺两个方面分析影响锂离子电池安全性能的因素，并进一步分析锂离子电池组安全性的关键问题。 关键词：锂离子电池；安全性能；热稳定性；影响因素 Power type lithium ion battery safety problem analysis (Electrical Engineering College, Longdong University, Qingyang 745000, Gansu, China) Abstract:This article from the lithium ion battery materials and production process analysis of two aspects of influence of lithium ion battery safety performance factors, and further analysis of lithium ion battery safety problems. Key words:Lithium ion battery; Safety performance; Thermal stability; Influence factors. 0 引言 锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：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。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。是现代高性能电池的代表。锂离子电池是最晚研究而商品化进程最快的一种高性能电池。锂离子电池以其独特的优势目前以成为各个领域广泛应用的新能源。锂离子电池具有电压高、比能量高、循环性能好等特点，越来越广泛应用发的3C市场领域、电动车(EV)和混合型电动车(HEV)市场领域、军事用途及空间技术领域。虽然，锂离子二次电池的安全性相对于金属锂二次电池有了很大的提高，但仍存在着许多隐患，比如：由于电池的比能量高，且电解液大多为有机易燃物等，当电池热量产生速度大于散热速度时，就有可能出现安全性问题。根据Ph.Biensan等的研究证明：锂离子电池在滥用的条件下有可能产生使铝集流体熔化的高温(>700℃)，从而导致电池出现冒烟、着火、爆炸、乃至人员受伤等情况。因此对锂离子电池的研制和生产来说，电池的安全性不仅是指在各种测试条件下不出现冒烟、着火、爆炸等现象，最为重要的确保人员在电池滥用的条件下不受伤害。 1 锂离子电池的几代变革 第一代锂离子电池：负极：锂金属，工作电压高达3.7。由于直接以极其活跃的金属锂作为负极，安全隐患太大已经被淘汰。
锂电池生产厂易忽视的安全问题及安全对策措 施 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
锂电池生产厂易忽视的安全问题 主要危险因素及相应的安全对策措施 近来,在工作中发现,我国锂电池生产企业对锂电池生产中的安全问题认识不足,主要表现在: ①电池液的毒性认识不足,许多企业不知道电池液是有毒的; ②对锂电池的火灾、爆炸危险性认识不足。下面介绍并分析锂电池生产、储存过程中 的毒性危险和火灾、爆炸危险性。 1、中毒危险电池液中一般含有六氟磷酸锂以及作为溶剂使用的碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯。六氟磷酸锂是有毒物质,而上述碳酸酯类物质化学性质则比较稳定,没有被列入有毒物质类,但是可燃。六氟磷酸锂是电池液中 的重要成分,国内及一些国外出品的六氟磷酸锂没有说明其毒性,但据国际知名的 sigma-aldrich(西格玛公司)制定的六氟磷酸锂《化学品安全技术说明书》(CSDS),说 明了其毒性。六氟磷酸锂的性质简述如下:分子式:LiPF6;燃烧性:不燃(0);毒性:中等(2);剌激性:中等(2);化学活性:低(1);慢性影响:中等(2);TLV-TWA:m3(ACGIH)。括号 内的数字表示分级,从0到4共分5级。 TLV-TWA是美国卫生医师协会推荐的时间加权平均浓度的最高允许值。六氟磷酸锂:白色粉末,吸湿性强,遇水易分解;进入体内可损害健康,多次接触可产生累积的毒性效应,呼吸道、眼、皮肤可受到损伤。一些国内企业出品的六氟磷酸锂,产品说明中注明 含氟化氢(也称为氢氟酸)≤10-4。氟化氢为高毒物质,具有强烈的腐蚀性,损伤呼吸 道、眼、皮肤,可引起支气管炎和肺炎,吸收后可产生全身的毒作用。六氟磷酸锂分解 后的产物是高毒性的,应引起注意。韩国三星公司电解液包装桶上标签注明其应在30℃
对锂离子电池的安全性评判 近年来多起电动汽车着火事件的曝光，使得人们对电动汽车尤其是是锂离子电池的安全性问题越来越关注。当然这不是说电动汽车的安全性就很差，普通汽油车也容易发生起火事件，特别是夏天，只要留心就会发现汽油车的自燃事件发生也不在少数，但是我们也希望能从锂离子电池安全设计上避免类似的事故发生，毕竟人的安全是大于一切的，就如同那句话说的"人是万物的尺度"。 目前我们对锂离子电池安全性的评判还停留在一个较为初级的阶段，判断标准比较模糊，只能判断电池危险程度的几个明显的点，但实际上锂离子电池从完全安全状态转变到完全危险的状态是一个连续变化的曲线，也就是说现在的评判体系无法判断两个状态之间的电池安全状态，这就形成了一个电池安全状态的盲区，因此对锂离子电池的安全性评判函数化、数字化就显得尤为重要，特别是对于动力电池在电动汽车上的应用有着重要的意义。 目前针对锂离子电池安全性常用的标准为欧洲汽车研究发展理事会制定的危害等级分类。该危险级别分类表将电池风险等级共分为0-7八个级别，级别越高电池越危险。 例如6级表明电池发生起火但未发生爆炸，而最高的7级表明电池不仅发生了起火，还发生了危险的爆炸。为了保证操作人员的安全，需要将危险级别控制在4以内，也就是说电池不发生破裂、起火和爆炸。 首先我们要树立一个概念，安全性与滥用是相对立的，增加滥用强度，则必然降低电池系统的安全性。目前大多数针对锂离子电池安全性描述，都是基于经验的总结，缺乏数字性质的准确描述。
为了将电池风险数字化，Ashtiani发明的风险模式和风险分析(HMRMA)模型，该模型主要由两个中要参数组成风险严重程度Hs和风险概率HL。 其中Hs值为0-7代表风险的严重程度，HL值为1-10表示风险发生的可能性，代表每100万件样品中发生风险的数量。为了降低风险HR的值，可以选择降低Hs或者HL，或者我们也可以引入一个新的变量风险控制Hc，因此上式就可以转变为，其中Hc的值的范围为0-1，完全不控制Hc为1，完全控制则Hc为0。 电池的风险随着电池的使用状态是在不断的发生变化的，为了体现这种变化，Lu等基于电池电压和使用温度探讨了电池使用安全性问题，并引入了功能状态函数SOF，该函数主要有电池充电状态SOC和电池安全状态SOH，以及电池的输出功率有关。 其中P(t)为电池输出的瞬时功率，Pd为瞬时需求功率，Pmax为电池全新状态时最大输出功率。其中P(t)=Pmax·SOC(t)·SOH(t)，其中SOH(t)可以根据电压的值来确定，如下式所示，其中V(t)为瞬时输出电压，Vd为负载最小需求电压，Vlim为电池全新状态时搭载负载最小出输出电压。 该系统能在铅酸电池上良好运行主要依赖于铅酸电池SOC与电压之间良好的线性关系，但是对于锂离子电池SOC与电压之间并不是完全的线性关系，因此需要做适当的修正。 本文上篇的内容主要介绍了一些目前学者们针对锂离子电池安全性模型的研究成果，下篇将结合18650电池的安全实验数据，介绍推导和使用电池安全性模型方法。
锂离子动力电池安全性问题影响因素... 影响动力电池安全性能的因素贯穿了一个动力电池从电芯选材到使用终结的生命周期的始终，因此原因复杂多样层次丰富。电芯材料本身，电芯的制造过程，电池集成中关于BMS(电池管理系统)和安全性方面的设计和使用工况都是锂离子电池安全性表现的影响因素。 在这些环节中，出现制造误差和滥用工况是无论如何也难以避免的，所以在这个现实条件下，对电池发生热失控的预案设计就显得尤其重要。本文通过对锂离子动力电池安全性能影响因素的梳理总结，以期为其在高能量/高功率领域的应用和研究提供可靠的依据。 1前言 锂离子电池因为其具备高能量密度，高功率密度和长使用寿命的特点，在化学储能器件中脱颖而出，现在在便携式电子产品领域已经技术成熟广泛应用了，如今在国家的政策支持下，在电动车领域和大规模储能领域的需求量也呈爆发式的增长。 锂离子电池在通常情况下是安全的，但是，时有安全性事故的报道呈现在公众面前。比较著名的有近几年的波音公司737 和B787飞机电池着火，比亚迪电动车起火，特斯拉MODEL S起火…这些锂离子电池安全性事故进入公众视野的最早时间可以追溯到4、5年以前。发展到现在，安全性仍然是制约锂离子电池在高能量/高功率领域应用的关键性因素。热失控不仅是发生安全性问题的本质原因，也是制约锂离子电池性能表现的短板之一。
锂离子电池的潜在安全性问题很大程度上影响了消费者的信心。虽然人们一直期待BMS能够准确地监控安全状况（SOS）并能预测和阻止一些故障的发生, 但是，由于热失控的情况复杂多样，很难由一种技术系统保障其生命周期中所面临的所有安全状况，所以，对其引发原因的分析和研究对一个安全可靠的锂离子电池来说仍然是必要的。 2电芯材料的选择 锂离子电池的内部组成主要为正极｜电解质｜隔膜｜电解质｜负极，在此基础上再进行极耳的焊接，外包装的包裹等步骤最终形成一只完整的电芯。电芯再经过初始的充放电，化成分容排气等步骤以后，就可以出厂使用了。这个过程的第一步，是材料的选择。影响材料的安全性因素主要是其本征的轨道能量、晶体结构和材料的性状。 正极材料 正极活性材料在电池中的主要作用是贡献比容量和比能量，其本征电极电势对安全性有一定的影响。例如，近年来，中国已经将低电压材料LiFePO4（磷酸铁锂）作为动力电池的正极材料广泛应用于交通工具（例如混合式动力车HEV,电动车EV）和储能设备（例如不间断电源UPS）中，但是LiFePO4在众多材料中所展现出来的安全性优势实际是以牺牲能量密度为代价的，也就是说会制约其使用者（如EV,UPS）的续航能力。而像NMC (LiNixMnyCo1-x-yO2)等三元材料虽然在能量密度上表现优异，但是作为动力电池的理想正极材料，安全性问题一直得不到完善
磷酸铁锂电池的安全性能研究 电动车应用最基本的要求是保证安全。电池的安全性归根到底体现的是温度问题。任何安全性问题最终的结果就是温度升高直至失控，直至出现安全事故。电池的安全性检测通常包括过充电、过放电、穿刺、挤压、跌落、加热、短路等，在这些情况下，会引起电池温度上升或部分区域温度过高，达到某一底限温度值，大量的热产生由于不能及时被消散引发一系列放热副反应，从而出现热失控。热失控一旦被引发就完全不能停止，直到所有反应物被完全地消耗，在大多数情况下导致电池的破裂，随之伴有火焰和浓烟，有时甚至是电池的爆炸。在锂电池当中，公认的以LiFePO4为正极材料的锂电池具有最好的安全性能。主要是由于LiFePO4在高温条件下的氧保持能力好，即使在超过500℃的高温也不会失氧，比钴酸锂、锰酸锂及三元材料等药高得多。但在滥用条件下，即使LiFePO4为正极的锂电池，也会出现安全性问题。本文主要研究和分析不同的安全性检测条件对磷酸铁锂电池的安全性能检测结果的影响。 安全性问题最终的反映是热量累积或能量短时释放引起的温度迅速升高出现失控。在电池滥用过程中，产生热的原因有以下几个方面：（1）负极SEI膜的分解；（2）负极与电解质的反应；（3）电解液的热分解；（4）电解液在正极的氧化反应；（5）正极的热分解；（6）负极的热分解；（7）隔膜的溶解以及引起的内部短路。电池抵抗各种滥用的能力主要取决于产热和散热的相对速度。当电池的散热速度低于产热速度时，它可能会遭受热失控。 1. 测试对象与设备 2. 试验 3. 结果与分析 3.1过充电 锂离子电池在充电时发生式(1)所示的反应，Li 不完全脱出，生成物为 LiFePO4和 FePO4。LiFePO4—— LiFePO4+ FePO4+ Li +xe 电池过充时，Li+大量脱出，生成的 FePO4增多，引起较大的极化电阻和极化电势，使电池的电压快速升高；过多的锂脱出，极片上的粘结剂被破坏，使正极膏片从集流体上脱离，出现大面积掉膏，脱出的 Li 聚集在负极片上，形成点状白点；电池正极附近的高氧化氛围引起电解液氧化分解使过充电池剩余的电解液较少，电解液分解产生更多的热量和气体，使电池鼓胀加剧，爆炸的可能性加大；LiFePO4在过充时发生了不可逆分解，有氧气和含 Fe 的
Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal. 锂电池的安全性设计正式 版
锂电池的安全性设计正式版 下载提示：此安全管理资料适用于生产计划、生产组织以及生产控制环境中，通过合理组织生产过程，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到预期的生产目标和实现管理工作结果的把控。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在单体锂离子电池内设有三重保护机构。一是采用开关元件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；二是选择适当的隔板材料，当温度上升到一定数值时，隔板上的微米级微孔会自动溶解掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止；三是设置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全性。
有时，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些原因造成控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放，电池内压便会急剧上升而引起爆炸。 一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子电池，采用强制散热尤为重要。 选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状
锂离子电池安全性问题(最新 版) Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0176
锂离子电池安全性问题(最新版) 1、使用安全型锂离子电池电解质 目前锂离子电池电解液使用碳酸酯作为溶剂，其中线型碳酸酯能够提高电池的充放电容量和循环寿命，但是它们的闪点较低，在较低的温度下即会闪燃，而氟代溶剂通常具有较高的闪点甚至无闪点，因此使用氟代溶剂有利于抑制电解液的燃烧。目前研究的氟代溶剂包括氟代酯和氟代醚。 阻燃电解液是一种功能电解液，这类电解液的阻燃功能通常是通过在常规电解液中加入阻燃添加剂获得的。阻燃电解液是目前解决锂离子电池安全性最经济有效的措施，所以尤其受到产业界的重视。 使用固体电解质，代替有机液态电解质，能够有效提高锂离子
电池的安全性。固体电解质包括聚合物固体电解质和无机固体电解质。聚合物电解质，尤其是凝胶型聚合物电解质的研究取得很大的进展，目前已经成功用于商品化锂离子电池中，但是凝胶型聚合物电解质其实是干态聚合物电解质和液态电解质妥协的结果，它对电池安全性的改善非常有限。干态聚合物电解质由于不像凝胶型聚合物电解质那样包含液态易燃的有机增塑剂，所以它在漏液、蒸气压和燃烧等方面具有更好的安全性。目前的干态聚合物电解质尚不能满足聚合物锂离子电池的应用要求，仍需要进一步的研究才有望在聚合物锂离子电池上得到广泛应用。相对于聚合物电解质，无机固体电解质具有更好的安全性，不挥发，不燃烧，更加不会存在漏液问题。此外，无机固体电解质机械强度高，耐热温度明显高于液体电解质和有机聚合物，使电池的工作温度范围扩大;将无机材料制成薄膜，更易于实现锂离子电池小型化，并且这类电池具有超长的储存寿命，能大大拓宽现有锂离子电池的应用领域。 常规的含阻燃添加剂的电解液具有阻燃效果，但是其溶剂仍是易挥发成分，依然存在较高的蒸气压，对于密封的电池体系来说，
锂电池保护电路设计方案 锂电池材料构成及性能探析 首先我们来了解一下锂电池的材料构成，锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。 负极材料一般选用碳材料，目前的发展比较成熟。而正极材料的开发已经成为制约锂离子电池性能进一步提高、价格进一步降低的重要因素。在目前的商业化生产的锂离子电池中，正极材料的成本大约占整个电池成本的40%左右，正极材料价格的降低直接决定着锂离子电池价 格的降低。对锂离子动力电池尤其如此。比如一块手机用的小型锂离子电池大约只需要5克左右的正极材料，而驱动一辆公共汽车用的锂离子动力电池可能需要高达500千克的正极材料。 尽管从理论上能够用作锂离子电池正极材料种类很多，常见的正极材料主要成分为LiCoO2，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合。锂离子的移动产生了电流。这就是锂电池工作的原理。 锂电池充放电管理设计 锂电池充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合。锂离子的移动产生了电流。原理虽然很简单，然而在实际的工业生产中，需要考虑的实际问题要多得多：正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性，负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子;填充在正负极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，减 小电池内阻。 虽然锂离子电池有以上所说的种种优点，但它对保护电路的要求比较高，在使用过程中应严格避免出现过充电、过放电现象，放电电流也不宜过大，一般而言，放电速率不应大于0.2C。锂电池的充电过程如图所示。在一个充电周期内，锂离子电池在充电开始之前需要检测电池的电压和温度，判断是否可充。如果电池电压或温度超出制造商允许的范围，则禁止充电。允许充电的电压范围是：每节电池2.5V~4.2V。
锂离子电池充放电安全检测设计 手机的锂离子电池充电安全性日益受到消费者重视，因此充电器制造商在设计产品时，须掌握锂离子电池的相关规格和特性，并使用具备完善电池检测及保护功能的充电芯片，以降低过电流、过电压或过温等状况所造成的危险。 随着科技进步、生活质量提升，电子产品的踪迹到处可见，其中又以手机为人类生活中不可或缺的必需品。不论是早期黑金刚手机或现今功能强大的智能手机，皆需要电源才能运作。 早期手机的电池主要有二种，一是镍氢、镍镉电池，二是锂离子电池，但现在使用镍氢、镍镉电池来做为电源的手机，已经是非常的少见，绝大部分都是使用锂离子电池，尤其消费者希望手机待机时间更长，且体积要更小，所以镍氢、镍镉电池已经慢慢不能符合消费者的期望而被淘汰。虽然镍氢、镍镉电池在价格以及替代电池取得的便利性优于锂离子电池，在其他电子产品上仍旧可看到镍氢、镍镉电池的踪迹；但是，在体积、重量及容量方面，镍氢、镍镉电池皆不如锂离子电池，所以现今标榜着轻薄短小的电子产品，几乎都是使用锂离子电池。 智能型手机因其功能强大、屏幕耗电量大，更是需要电池容量大及电力更耐久的锂离子电池。当手机电池电量不足时，使用者通常会以充电器或搭配一组移动电源随时对电池进行充电。 体积/容量兼具锂离子电池为电子产品首选 充电电池依其材质的不同可分为四类：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。
表1 充电电池比较表 由表1优缺点看来，镍镉、镍氢及锂离子电池较适合使用在电子产品上；而锂离子电池无论是在体积、重量及容量(电子产品的使用时间)较优于镍镉、镍氢电池，也无记忆效应的问题，所以锂离子电池在电子产品使用上似乎方便许多。 延长使用寿命锂离子电池充/放电压成关键 一般来说，锂离子电池会有电性安全的范围限制。由于锂离子电池的特性，当电池电压在充电时上升到最高设定电压后，要立即停止充电，避免电池因过充电造成电池损毁而产生危险；电池供电(放电)时，电池电压如果降至最低设定电压以下便要停止放电，避免因过放电而降低使用寿命。 此外，为确保电池使用上的安全，锂离子电池还必须要加装短路保护，以避免发生危险；即使大多数的锂离子电池都有加装保护电路，然而在选择优质的充电器或移动电源时，这仍然是一项重要的考量因素。
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 锂电池的安全性设计(标准版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
锂电池的安全性设计(标准版) 为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在单体锂离子电池内设有三重保护机构。一是采用开关元件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；二是选择适当的隔板材料，当温度上升到一定数值时，隔板上的微米级微孔会自动溶解掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止；三是设置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全性。 有时，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些原因造成控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放，电池内压便会急剧上升而引起爆炸。 一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生
安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子电池，采用强制散热尤为重要。 选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂100℃，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。 另外，采用锰酸锂材料还可以大幅度降低成本。 提高现有安全控制技术的性能，首先要提高锂离子电池芯的安全性能，这对大容量电池尤为重要。选择热关闭性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔离电池正负极的同时，允许锂离子的通过。当温度升高时，在隔膜熔化前进行关闭，从而使内阻上升至2000欧姆，让内部反应停止下来。 当内部压力或温度达到预置的标准时，防爆阀将打开，开始进
液态电解质对锂离子电池安全性能影响因素 摘要：锂离子电池的安全安全问题成为近年来制约其迅速发展的瓶颈。那么要如何才能解决其安全问题呢？本文从影响电池安全性能的因素出发，以液态电解质为例，从优化电解液的组成到使用特殊的添加剂等方面论述了液态电解质与电池安全问题的关系。 引言 锂离子电池由于具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点，在小型数码电子产品中获得了广泛应用，在电动汽车、航空航天等领域也具有广阔的应用前景。然而，近年来用于手机、数码相机和笔记本电脑中的锂离子电池爆炸伤人事件已经屡见不鲜，锂离子电池的安全问题引起人们广泛的关注。目前安全问题已成为制约锂离子电池向大型化、高能化方向发展的瓶颈。 一、引起锂离子电池安全问题的主要原因 1、电池系统的安全问题。锂离子电池作为一个系统，其安全问题主要源于滥用情况下热失控的发生。电池系统的热失控即为系统产生的热量大于释放的热量而导致热量积累，温度迅速升高的过程。锂离子电池发生热失控，主要是由电极和电解液间的化学反应引起的。 2、易燃的电解质。锂离子电池具有较高的能量密度，在于其较高的输出电压。在通常的正负极材料的工作电位下，水溶液难以稳定使用，所以锂离子电池电解液使用有机溶剂。而有机溶剂通常极易燃烧，特别是电解液中的线型碳酸酯具有较高的蒸气压和较低的闪点，使锂离子电池在安全性上背上了沉重的负担。 3、电池材料的热稳定性。锂离子电池安全性能的另一个更重要的方面即是其热稳定性。在一些滥用状态下，如高温、过充电、针刺穿透以及挤压等情况下，导致电极和有机电解液的强烈相互作用，如有机电解液的剧烈氧化、还原或正极分解产生的氧气进一步与有机电解液反应等，这些反应产生的大量热量如不能及时散失到周围环境中，必将导致热失控的产生，最终导致电池的燃烧、爆炸。 二、改善电池安全性能的途径 电池安全性能的改善主要途径有： 1、使电池系统更稳定，以避免热失控的发生； 2、使用更安全的电解液体系，即使热失控发生，也不会因为易燃电解质存在而导致电池燃烧或者爆炸。
锂电池的安全性设计为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在单体锂离子 电池内设有三重保护机构。一是采用开关元件，当电池内的温度上 升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；二是 选择适当的隔板材料，当温度上升到一定数值时，隔板上的微米级 微孔会自动溶解掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止； 三是设置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全性。 有时，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些原因造成 控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放，电池内压 便会急剧上升而引起爆炸。 一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事 故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生 安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最 低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子 电池，采用强制散热尤为重要。
选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂100℃，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。 另外，采用锰酸锂材料还可以大幅度降低成本。 提高现有安全控制技术的性能，首先要提高锂离子电池芯的安全性能，这对大容量电池尤为重要。选择热关闭性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔离电池正负极的同时，允许锂离子的通过。当温度升高时，在隔膜熔化前进行关闭，从而使内阻上升至2000欧姆，让内部反应停止下来。 当内部压力或温度达到预置的标准时，防爆阀将打开，开始进行卸压，以防止内部气体积累过多，发生形变，最终导致壳体爆裂。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 揭秘!锂电池制造工艺设计全解析 WORD 格式-可编辑揭秘！锂电池制造工艺全解析锂电池结构锂离子电池构成主要由正极、负极、非水电解质和隔膜四部分组成。 目前市场上采用较多的锂电池主要为磷酸铁锂电池和三元锂电池，二者正极原材料差异较大，生产工艺流程比较接近但工艺参数需变化巨大。 若磷酸铁锂全面更换为三元材料，旧产线的整改效果不佳。 对于电池厂家而言，需要对产线上的设备大面积进行更换。 锂电池制造工艺锂电池的生产工艺比较复杂，主要生产工艺流程主要涵盖电极制作的搅拌涂布阶段（前段）、电芯合成的卷绕注液阶段（中段），以及化成封装的包装检测阶段（后段），价值量（采购金额）占比约为（35~40%）:（30~35）%:（30~35）%。 差异主要来自于设备供应商不同、进口/国产比例差异等，工艺流程基本一致，价值量占比有偏差但总体符合该比例。 专业知识--整理分享 1/ 7
WORD 格式-可编辑锂电生产前段工序对应的锂电设备主要包括真空搅拌机、涂布机、辊压机等；中段工序主要包括模切机、卷绕机、叠片机、注液机等；后段工序则包括化成机、分容检测设备、过程仓储物流自动化等。 除此之外，电池组的生产还需要 Pack 自动化设备。 锂电前段生产工艺锂电池前端工艺的结果是将锂电池正负极片制备完成，其第一道工序是搅拌，即将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂，通过真空搅拌机搅拌成浆状。 配料的搅拌是锂电后续工艺的基础，高质量搅拌是后续涂布、辊压工艺高质量完成的基础。 涂布和辊压工艺之后是分切，即对涂布进行分切工艺处理。 如若分切过程中产生毛刺则后续装配、注电解液等程序、甚至是电池使用过程中出现安全隐患。 因此锂电生产过程中的前端设备，如搅拌机、涂布机、辊压机、分条机等是电池制造的核心机器，关乎整条生产线的质量，因此前端设备的价值量（金额）占整条锂电自动化生产线的比例最高，约35%。 锂电中段工艺流程锂电池制造过程中，中段工艺主要是完成电池的成型，主要工艺流程包括制片、极片卷绕、模切、电芯卷绕成型和叠片成型等，是当前国内设备厂商竞争比较激烈的一个领域，占锂电池生产线价值量约 30%。 目前动力锂电池的电芯制造工艺主要有卷绕和叠片两种，对应的
中国锂电池产业策略 ——跟踪国外先进技术，制定国内统一标准强化知识产权保护 “锂电池产业与智能电网等新能源和新能源汽车这两大战略型新兴产业关系密切，中国政府将加快出台发展规划和政策支持细则，并鼓励民间创新型高科技企业担当研发生力军。另外，将从财税和信贷等方面给予支持，尤其是向中小型企业倾斜信贷政策。”中国国家信息中心首席经济师范剑平在7月29～30日于深圳举行的“2010锂离子电池新材料国际论坛”上，从宏观政策方面阐述了中国锂电池产业的发展方向。 图1 中国国家信息中心首席经济师范剑平 范剑平还指出，政府推进锂电池产业的发展，重点将关注三个方面的问题：一、跟踪跨国公司最新动向，选择正确的、有希望成为未来主流方向的技术，组织力量进行联合攻关。二、尽快解决中国实用技术标准问题，形成联合攻关和成果共享的统一标准，为产业化应用创造基本条件。三、建立中国高标准知识产权保护体系。 专利问题困扰中国企业 上面第三点关于知识产权保护的问题引起了出席本论坛专业人士的强烈共鸣。台湾立凯电能科技的杨智伟用“专利：中国消失的一块拼图”来形容他对中国目前专利市场现状的担忧。他表示，其实，对于知识产权问题，中国电池产业长期以来一直面临国外专利的商业阻碍以及技术垄断的干扰。 例如，早在2000年，中国镍氢电池企业就曾受到美国Ovonic公司在专利侵权方面的指控。包括比亚迪、乐凯、沈阳三普、南海新力和深圳三俊等8家中国电池公司向Ovonic缴纳了大笔专利许可费。 2003年7月，索尼在北京对比亚迪提出锂电池专利诉讼。目前，比亚迪每年用于相关事件的法律开支大约在100万美元。 2008年7月，3M对索尼、索尼电子、联想、联想美国、日立、松下等11家公司进行了电池专利技术方面的起诉。 因此，中国相关管理部门和企业应该在电池专利方面给予更多重视，尤其是电池外销的企业，应尽可能多地掌握知识产权方面的法律知识，保护自身的权益，以免受到巨额专利授权费的伤害。 另一方面，截至2010年7月29日，中国关于磷酸铁锂电池的专利有201个，包括材料组成专利24个，材料工艺专利177个。从2003年到2010年，中国企业在这方面的专利申请数量一直在上升。但从2005年起，最终核准件数与实际申请件数的比率反而呈现出持续下降的趋势。 针对上述情况，杨智伟指出，企业要注意专利申请的盲目性问题，因为专利数量多少并不能完全代表一个企业
仅供参考[整理] 安全管理文书 锂电池的安全性设计 日期：__________________ 单位：__________________ 第1 页共7 页
锂电池的安全性设计 为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在单体锂离子电池内设有三重保护机构。一是采用开关元件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；二是选择适当的隔板材料，当温度上升到一定数值时，隔板上的微米级微孔会自动溶解掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止；三是设置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全性。 有时，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些原因造成控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放，电池内压便会急剧上升而引起爆炸。 一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子电池，采用强制散热尤为重要。 选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂100℃，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。 另外，采用锰酸锂材料还可以大幅度降低成本。 第 2 页共 7 页
锂离子电池安全问题概述 关键词：热稳定性；电解液；电极；锂离子电池 Abstract: Safety issues have been the main obstacle to restrict lithium ion batteries to large scale and high energy density. Safety problems of lithium ion batteries were summarized in this paper. The reasons of the problems were analyzed from thermal runaway and the flammability of organic electrtolyte. Thermal runaway could be supressed by increasing the thermal stability of electrode materials, and combustion and explosion may be prevented by using high safety electrolyte system. Key words: thermal stability; electrolyte; electrode; lithium ion battery 1，背景 锂离子电池由于具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点，在小型数码电子产品中获得了广泛应用，在电动汽车、航空航天等领域也具有广阔的应用前景。然而，近年来用于手机、数码相机和笔记本电脑中的锂离子电池爆炸伤人事件已经屡见不鲜，锂离子电池的安全问题引起人们广泛的关注。仅2009年5月份就发生了若干起与锂离子电池相关的安全事故，其中包括HTC Touch Pro原装电池燃烧事件，以及惠普笔记本电脑电池召回事件。惠普公司给出的召回原因是那些电池存在过热起火和烫伤消费者的隐患，据说该电池组发生过至少两起事故，主要是因为电池过热、破裂导致起火。目前报道的锂离子电池安全问题集中发生在用于数码产品上的小型锂离子电池，与手机电池相比，笔记本电脑电池由于容量更高，出现问题的几率也相对较高；而用于交通工具上大型的动力电池或电池组，其安全问题更为突出，目前安全问题已成为制约锂离子电池向大型化、高能化方向发展的瓶颈。 2安全问题原因分析 2.1 电池系统的安全问题 锂离子电池作为一个系统，其安全问题主要源于滥用情况下热失控的发生。电池系统的热失控即为系统产生的热量大于释放的热量而导致热量积累，温度迅速升高的过程[1]。锂离子电池发生热失控，主要是由电极和电解液间的化学反应引起。电解液通常使用的溶剂为有机碳酸酯类化合物，它们具有高活性，极易燃烧。处于充电态的电池正极材料为强氧化性化合物，同时处于充电态的负极材料为强还原性化合物。在滥用情况下，如过充、过热和短路等，强氧化性正极材料稳定性通常较差，易释放出氧气，而碳酸酯极易与氧气反应，放出大量的热和气体；产生的热量会进一步加速正极的分解，产生更多的氧气，促进更多放热反应的进行；同时强还原性负极的活泼性接近金属锂，与氧接触会立即燃烧并引燃电解液、隔膜