锂离子动力电池的安全性问题分析
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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。
第二代锂离子电池：低功率液态锂离子电池。负极：C的同素异形体材料，工作电压有所降低，为3.6V。它避免了直接以金属锂作为负极的安全隐患，一般用于笔记本电脑，摄像机等。
第三代锂离子电池：聚合物锂离子电池。电解液是不流动的固体凝胶物，可以做出任何形状、尺寸。容量大但不可大电流放电，为手机、MP3等功率较小的IT产品市场所青睐。
第四代锂离子电池：高功率动力型锂离子电池。容量大，且适合大电流（功率）放电。作为电动自行车及电动汽车等高功率用电池。
2 锂电池的优势
锂是自然界最轻的金属，比重仅及水的1/2，所以锂离子电池的质量比很高。一般是镉-镍电池的2~3倍、氢-镍电池的1~2倍。锂原子/离子半径较小，体积比氢-镍电池小30%，它的体积比能量也很高。一般是镉-镍电池的2倍、氢-镍电池的1.5倍。锂又具有最低的电负性，标准电极电位为-3.045V（以氢电极为参比而言）。所以，只要找到合适的正极材料，就可获得较高的电动势，目前它的工作电压为3~4伏，是镉-镍、氢-镍电池的3倍。与大部分化学电源采用水溶液作电解液不同，锂离子电池采用有机溶剂作电解液。因此，锂离子电池往往具有宽广的适用范围，一般20℃~60℃，尤其适合低温使用。而水溶液电池在接近0℃时，即因电解液凝固而完全报废。锂离子电池不含重金属元素（比如：铅酸电池中的Pb）和有毒元素（比如：镉-镍电池中的Ge），不会环境造成污染，因而被称为绿色电池。锂离子电池的放电电压平坦，无记忆效应，自放电小，循环寿命长，也是它强有力的优势。
3 锂电池的安全隐患
安全性能是锂离子电池，特别是锂离子动力电池所关心的焦点问题。锂离子电池与金属锂二次电池相比，在安全性能方面有了很大的提高，但在实际应用中仍然存在许多隐患。特别是用于电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）的动力锂离子电池，其充放电电流大，散热条件差，导致电池内部温度升高。研究证明：锂离子电池在滥用的条件下有可能达到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，锂离子电池安全性能方面的研究，对扩大锂离子电池的商品化程度，保证使用过程中人员的安全是非常重要的。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。
3.1 电池材料本身的安全性
电池材料对锂离子电池安全性能的影响对锂离子电池的安全保护通常采用专门的充电电路来控制充电过程，防止电池过充放，并在电池上设置安全阀和热敏电阻这些方法都是在使用过程中通过外部手段来达到对电池的安全保护，防止滥用造成的安全问题，然而要从根本上解决锂离子电池的安全问题，还要从电池材料本身的安全性能出发。
3.2 材料对锂离子动力电池安全性的影响
一般而言，电池材料的热稳定性是锂离子动力电池安全性的重要因素。这主要与电池材料的热活性有关。当电池温度升高时，电池内部会发生许多放热反应，如果产生的热量超过了热量的散失，就会发生热溢溃。锂离子电池材料之间主要放热反应有：SEI膜的分解；电解
液分解；正极分解；负极与电解液的反应；负极与粘合剂的反应；此外，由于电池存在电阻，使用时也产生少量热量。
3.2.1 正极材料
锂离子电池正极材料一直是限制锂离子电池发展的关键。和负极材料相比，正极材料能量密度和功率密度低，并且也是引发锂离子电池安全隐患的主要原因。正负极材料的结构对锂离子的嵌入和脱嵌有决定性影响，因而影响着电池的循环寿命。使用容易脱嵌的活性材料，充放电循环时，活性材料的结构变化小且可逆，有利于延长电池的寿命。在锂离子电池滥用的条件下，随着电池内部温度的升高，正极发生活性物质的分解和电解液的氧化，这两种反应将产生大量的热，从而导致电池温度的进一步上升，同时不同的脱锂状态对活性物质晶格转变、分解温度和电池的热稳定性影响相差很大。寻找热稳定性较好的正极材料是锂离子动力电池的关键。层状LiCoO2、LiNiO2、尖晶石LiMn2O4和橄榄石LiFePO4是目前研究较多的正极材料。LiCoO2热稳定性适中，电化学性能优异，但由于钴资源的限制，LiCoO2在锂离子动力电池方面的应用受到限制；LiNiO2虽然容量较高，但合成困难、循环性能较差，也不适合作为锂离子动力电池的正极材料；LiMn2O4热稳定性好、资源丰富、价格低廉，适合作为锂离子动力电池的正极材料；LiFePO4由于合成原料资源丰富，成本低，对环境无污染，又有较高的比容量、有效利用率、适宜的电压及较好的循环性能，是一种有应用前景的锂离子正极材料之一。
3.2.2 负极材料
早期使用的负极材料是金属锂，而以金属锂为负极组装的电池在多次充放电过程中易产生锂枝晶，锂枝晶会刺破隔膜，导致电池短路、漏液甚至发生爆炸。使用嵌锂化合物避免了锂枝晶的产生，从而大大提高了锂离子电池的安全性。目前在锂离子二次电池中较具使用价值和应用前景的碳主要有三种：一是高度石墨化得碳，二是软碳和硬碳，三是碳纳米材料。
当前锂离子电池所用的负极材料大部分采用石墨，而石墨的理论适量比容量只有
372mAh/g，体积比容量也只有800mAh/cm3。尽管目前研制出的医学热解碳具有700mAh/g的比容量，但是它的体积比容量还是非常有限。由于大功率的需要，高能量密度的金属和金属化合物妒忌材料引起了广泛关注，研究主要向微小颗粒(纳米级)、单相向多相、掺杂非活性材料等方面发展。金属和合金类负极在循环过程中，体积会发生很大的变化，循环寿命短。为延长寿命，采用金属学上的近似法开发控制合金材料的组成和微观组织(纳米级)及表面处理技术。
近期研究表明：随着温度的升高，嵌锂状态下的碳负极将首先与电解液发生放热反应。在相同的充放电条件下，电解液与嵌锂人造石墨反应的放热速率远大于嵌锂的MCMB、碳纤维、焦炭等的反应放热速率。硬碳类材料、软碳类材料、石墨类材料的碳层间距约分别为
0.38nm、0.34~0.35nm、0.335nm，当锂嵌入碳层后，层间距约为0.371nm。石墨类材料的层间
距最小，其在锂离子电池的嵌入和脱出过程中形变最大，锂离子在此类碳层中的扩散速度也较慢，大电流充放电时，极化大、电阻大，电池的安全性差，硬碳类材料则相反。
然而也有人认为：石墨化程度增加可以降低锂离子扩散的活化性能，有利于锂离子的扩散，而硬碳类材料由于存在大量的空洞，大电流充放时，其表现接近于金属锂负极，安全性反而不好。在新材料的探索方面，锂化过渡金属氮化物及过渡金属磷族化合物是很好的例子，对该类材料的进一步研究有可能为锂离子蓄电池负极材料的发展注入新的活力。
3.2.3 隔膜与电解液
隔膜本身是电子的非良导体，但也允许电解质离子通过。此外，隔膜材料还必须具备良好的化学、电化学稳定性和机械性能以及在反复充放电过程中对电解液保持高度浸润性，隔膜材料与电极之间的界面相容性、隔膜对电解质的保持性均对锂离子电池的充放电性能、循环性能等有较大影响。
电解液在锂离子电池的正、负极之间起着输送Li+的作用，电解液与电极的相容性直接影响电池的性能，电解液的研究开发对锂离子二次电池的性能和发展非常重要。从电池的安全性方面考虑，要求有机电解液具有良好热稳定性，在电池发热产生高温的条件下保持稳定，整个电池不会发生热失控。有机电解液对锂离子动力电池安全性的影响主要从溶剂、电解质锂盐和添加剂三方面进行研究。从根本上解决锂离子电池安全性问题应为离子液体电解液。
3.3 制造工艺对锂离子电池安全性能的影响
锂离子电池的制造工艺可分为圆柱式和叠片式，无论是什么结构的锂离子电池，电极制造、电池装配等制造过程都会影响电池的安全性能。锂离子电池的制造工艺包括：正极和负极混料、涂布、辊压、裁片、焊接极耳、卷绕或层叠、注液、封口、化成等。其中每一道工序都会影响电池的安全性能。其中起主要作用的有以下3 个方面：
（1）正负极容量配比
正负极活性物质的配比关系到电池的使用寿命和安全性能，尤其是过充电性能。正极容量过大将会出现金属锂在负极表面沉积，负极容量过大会导致电池的容量损失。为了确保电池的安全性，一般原则是考虑正负极的循环特性和过充时负极接受锂的能力，而给出一定的设计冗余。
（2）浆料均匀度控制
浆料的均匀度决定了活性物质在电极上分布的均匀性，从而影响电池的安全性。制浆时间过短，浆料不均匀，电池充放电时会出现负极材料膨胀与收缩比较大的变化，可能出现金属锂的析出；而时间过长，浆料过细会导致电池内阻过大。
（3）涂布质量控制
温度和时间是影响涂布质量的因素。加热温度过低或烘干时间不足会使溶剂残留，粘结剂部分溶解，造成一部分活性物质容易剥离；温度过高可能造成粘结剂结晶化，活性物质脱落形成电池内短路。另外，涂布的厚度和均一性会影响锂离子在活性物质中的嵌入和脱出。
负极膜较厚，不均一，因充电过程中各处极化大小不同，有可能发生金属锂在负极表面局部沉积的情况。
3.4 动力锂离子电池组的安全性能
锂离子电池在单个使用时，配合防过充、过放、过流装置，安全性可以得到保证。但是对于组合使用的动力锂离子电池的情况变得比较复杂。组合使用比单个使用更容易发生过充和过放现象，且不易发现。电池组中各单体电池之间存在不一致性，连续的充放电循环导致的差异，将使某些单体电池的容量加速衰减，串联电池组的容量由单体电池的最小容量决定，因此这些差异将使电池组的使用寿命缩短。造成这种不平衡的主要原因有：在电池制作过程中，由于工艺等原因，同批次电池的容量、内阻等存在差异；电池自放电率不同，长时间的积累，造成电池容量的差异；电池在使用过程中，使用环境如温度、电路板的差异，导致电池容量的不平衡。为减小这种不均衡对锂离子电池组的影响，在电池组的充放电过程中，要使用均衡电路。目前，锂离子电池组均衡控制的方法，根据均衡过程中电路对能量的消耗情况，可分为能量耗散型和能量非耗散型两大类。能量耗散型是通过给电池组中每只单体电池并联一个电阻进行放电分流，从而实现均衡。这种电路结构简单，只有容量高的单体电池的能量消耗，存在能量浪费和热管理的问题。能量非耗散型电路的耗能比能量耗散型要小，但电路结构相对复杂，可分为能量转换式均衡和能量转移式均衡两种。现有的锂离子电池的均衡方案中，基本上是以电池组的电压来判断电池的容量，是一种电压均衡的方式，电压检测的准确性和精度及漏电流的大小，直接影响电池组的一致性。
3.5 电池设计对安全性的影响
锂离子电池的安全性是由其自身特点决定的：(1)电池能量密度很高，如果发生热失控反映，放出很高的热量容易导致不安全行为发生；(2)锂离子电池由于采用有机电解质体系，有机溶剂是碳氢化合物，在4.6V左右易发生氧化，并且溶剂易燃，若出现泄漏等情况，会引起电池着火，甚至燃烧、爆炸；(3)锂离子电池过冲电反应会是正极材料结构发生变化而使材料具有很强的氧化作用，使电解液中溶剂发生强烈氧化，并且这种作用是不可逆的，反应引发的热量如果积累会存在引发热失控的危险。
3.5.1 时效性原则
锂离子动力电池容量较大，风险随容量的增加也成倍增加，为此需要电池设计时考虑电池后期活性物质的匹配性。随着循环进行，电池容量逐步降低、内阻增大，正极相对负极而言，有较大的结构变化；同时负极表面SEI膜增厚，在循环末期，有锂和锂的化合物沉积。
正是这些变化导致随着循环进行，电池常规性能衰退和外形发生变化。随着循环的进行，锂的脱出与嵌入会引起颗粒的体积变化，产生晶格内应力，安全性变得越差。往往新电池能通过安全性试验，但使用中后期的电池不一定再能通过安全性试验，因为在使用过程中正、负极等活性物质不匹配，在使用后期中会析出金属锂，金属锂异常活泼，极易与很多无机物和有机物反应，因此在电化学循环中，锂表面的不均匀性易造成金属锂的不均匀沉积，行程
锂枝晶，引发安全问题。要获得可靠性与安全性好的锂离子动力电池，设计时必须考虑时效性，尤其应考虑电池在使用后期的安全性。
3.5.2 可靠性原则
电池的使用环境千差万别，不同的电池有不同的使用环境要求，甚至相同的电池使用环境也有天壤之别，更要关注的是电池在误用或滥用条件下如何保证安全，长期循环的锂离子电池的耐热扰动及耐滥用能力变差。为避免电池在滥用时由于电池内特定的能量输入导致组成物质物理或化学反应产生大量的热，需对不同结构的电池采用针对性设计。
对于圆柱形电池，PTC常作为过流保护元件。由于电池内部具有置于正极端子与电极卷之间的限流装置PTC，电池过充时当电解液发生分解、电池温度迅速上升时，该装置开始作用并切断电流。
而对于方形铝壳电池内部没有限流装置、并且由于铝比较软、易变形，只能靠电池外部装置保证安全；采取铝塑包装膜制作的锂离子电池，尽管电池内部也没有限流装置，但是周密的设计加上电池外安全装置使电池更安全，尤其对于蜂窝电话使用的情况，这种结构已经在聚合物电池制造商普及。
对于圆柱和方形钢壳结构的锂离子电池，具有安全设计的顶部泄气阀结构，当电池内部产生大量气体时，气体使安全机构启动。除此功能外，还可以降低电池的温度以消除电池热失控。而对于铝塑包装膜电池，由于外包装是软性的铝塑膜，电池内部没有保护装置，因此对电池的设计要求苛刻。但是与圆柱钢壳电池相比，当发生误用与滥用使随着化学反应产生的气体逐步增大时，会将包装膜鼓胀或将铝膜焊封位置鼓破而泄压，从而保证了电池安全。
3.5.3安全保护电路
锂离子电池在实际应用中为了提高安全性，需要保护电路以防止过充或过放，并防止电池性能劣化。保护电路是由保护IC及两只功率MOSFET管所构成，其中保护IC检视电池电压，当有过充电及过放电状态时切换到外置的功率MOSFET管来保护电池，也有采用其他保护结构。
4 制造工艺及制造过程与电池的安全性
锂离子电池的制造工艺分为液态和聚合物锂离子电池的制造工艺，无论是什么结构的锂离子电池，电极制造、电池装配等制造过程都会对电池的安全性产生影响。如正极和负极混料、涂布、辊压、裁片或冲切、组装、加注电解液的量、封口、化成等诸道工序的质量控制，无一不影响电池的性能和安全性。浆料的均匀度决定了活性物质在电极上分布的均匀性，从而影响电池的安全性。浆料细度太大，电池充放电时会出现负极材料膨胀与收缩比较大的变化，可能出现金属锂的析出；浆料细度太小会导致电池内阻过大。涂布加热温度过低或烘干时间不足会使电池内阻过大。涂布加热时间过低或烘干时间不足会使溶剂残留，粘结剂部分溶解，造成部分活性物质容易剥离；温度过高可能造成粘结剂炭化，活性物质脱落形成电池内短路。
5 电池使用安全
锂离子电池的安全性备受关注，还与它的期望应用有着密切的关系。对于锂离子动力电池，无论单体容量高低，必然采用电池的组合应用，如果不能精确均衡控制，对某个单体来讲，无异于滥用。电池循环次数和充放电制度都对电池的安全性有明显影响，在使用过程中尽可能减少单体的过充电或者过放电，特别对于单体容量高的电池，因热扰动可能会引发一系列放热副反应，最终导致安全性问题。锂离子电池还有一个非常不好的“老化”特性。就是在存储一段时间后，即使没有进行循环使用，其部分容量也会永久丧失。究其原因还是电池的正负极从出厂后就已经开始了它的衰竭过程。不同温度和不同电量状态下“老化”的速度也不同。存储温度越高和充的越饱，电池容量损失就会越迅速。故而不推荐大家砸饱和状态下长时间保存锂离子电池。对于存储电池，尽量低温储存。
6 结束语
近年来，锂离子电池在便携式电子产品和通讯工具中得到了广泛的应用，并且被逐步应用到动力型电源领域。锂动力电池目前最热门的应用是电动汽车，许多世界著名汽车厂商都致力于开发纯电动汽车及混合动力汽车，而大部分采用的是锂动力电池。特别是我国“863”新能源汽车重大专项的实施，更是把我国的锂动力电池行业推向了行业前沿，为锂动力电池展开了广阔的市场前景。按照我国新能源汽车的发展目标，到2012 年，国内的新能源汽车年产将达到100万辆以上。目前，锂动力电池的使用还存在一定得问题，动力型锂离子电池的质量和体积非常大，放电状况复杂，散热条件及充放电制度控制也非常苛刻。但相信随着一系列长寿命、高安全的锂离子电池材料的推广应用，电源管理技术的日益成熟，锂动力电池必将在不久的将来发挥更大的作用。
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2009年新能源汽车电池行业分析? [简介]新能源电动汽车最主要的部件是动力电池、电动机和能量转换控制系统，而动力电池要实现快速充电、安全等高性能，是技术门槛最高、也是利润最集中的部分。中投顾问新能源汽车行业研究员李胜茂指出，新能源汽车对电池要求很高，必须具有高比能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能，而且要求成本尽量低、使用寿尽量长。 概述：全球新能源汽车产业发展路径分析 新能源电动汽车最主要的部件是动力电池、电动机和能量转换控制系统，而动力电池要实现快速充电、安全等高性能，是技术门槛最高、也是利润最集中的部分。中投顾问新能源汽车行业研究员李胜茂指出，新能源汽车对电池要求很高，必须具有高比能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能，而且要求成本尽量低、使用寿尽量长。 据中投顾问发布的《2009-2012年中国电池行业投资分析及前景预测报告》显示，新能源汽车将朝着“镍氢——锂电——燃料电池”产业化路径发展。短期能够兑现业绩的只有镍氢动力电池，磷酸铁锂电池的不成熟，以及工信部出台的新能源汽车准入新标准也让镍氢电池生产商看到了中短期的希望。不过，3-5年内在锂电池技术成熟后，镍氢电池市场将被锂电池逐渐蚕食。 再者，近年来燃料电池（FC）技术的突飞猛进使得氢能的梦想在21世纪开始变成现实。而以氢为动力的燃料电池汽车（FCV）得到了世界各国政府和企业的高度重视，并且取得了重大进展，预计在未来的5--10年内FCV将正式进人市场，以加氢站、输氢管道建设为标志的“氢经济”初露端倪。 研究发现，日本的锂电池供应商占有较大的优势地位，并已开始着手制定统一的锂电池规格、安全标准、充电方式。而美国为了不让自己由对进口石油的依赖变成对外国锂电池的依赖，也在扶持电动车和锂电池制造企业，美国能源部也于去年批准了
电动汽车用动力锂离子电池系统 安全性设计 拟稿：张建华 2014、7、31
目录 1、序言 2、锂离子电芯安全特性 3、几种锂离子电芯安全特性分析 4、由锂离子电芯组成的电池PACK的安全性特性分析 5、锂离子电池PACK安全性设计 6、结论
一、序言 1、特斯拉电动汽车六次碰触起火事件 7月4日，在一起离奇的盗窃事件中，特斯拉意外成为了主角。一名身份未明的男子7月4日早间盗窃ModelS汽车后，引发警方的高速追逐。该男子随后在西好莱坞撞上多辆汽车，并在撞击路灯后解体成两半，引发电池着火。7月7日，特斯拉表示，该公司将调查在高速追逐中因碰撞而解体成两半，并着火的ModelS汽车残骸。 从2013年下半年开始，特斯拉已经发生了六起起火事件。其中两起是行驶中车辆自燃，两起是碰撞起火，原因是车主驶过路面上的残骸致使电池箱被刺穿后起火，有一起在充电时发生，还有一起原因不明。 1）11月6日，据海外网站报道，一辆特斯拉Model S电动车在美国田纳西州纳什维尔附近再度遭遇起火事故，车头几乎全部烧毁。 2）10月1日，一辆Model S撞上了路中的金属残片引发事故着火燃烧,车辆前部的一块电池包起火。 3）10月18日中旬，在墨西哥，一辆高速行驶特斯拉Model S撞到了一堵混凝土墙，紧接着又撞上了一棵大树，随后起火燃烧。 结论：汽车底盘在受到猛烈冲击变形后会产生着火事故； 底盘受到猛烈冲击类似于挤压和针刺的综合测试。
2、比亚迪e6着火事件 2012年5月26日凌晨3时08分，深圳滨海大道西行侨城东路段发生的一起重大交通事故，让电动汽车的安全问题成为了全世界关注的焦点。当时，一男子载三女驾驶一辆红色日产GT-R跑车，高速撞上两辆同方向行驶的出租车。其中一辆比亚迪E6电动出租车起火燃烧，一名男性出租车司机连同两名女性乘客被困火中当场死亡。 涉及各领域的13名知名专家，包括电动汽车整车及动力系统、部件安全、结构安全、汽车碰撞、电子电气安全、动力电池、汽车交通事故鉴定、火灾调查、材料燃烧特性等专业领域。专家分别来自中国汽车技术研究中心、交通运输部、科学研究院、公安部天津消防研究所、广东省消防总队、北方车辆研究所、S MG等，进行为期70天的调查。 专家组得到的结论是：电池没爆炸，着火起因是e6受到两次严重碰撞，车身后部及电池托盘严重变形、动力电池组和高压配电箱受到严重挤压，导致部分动力电池破损短路、高压配电箱内的高压线路与车体之间形成短路，产生电弧，引燃内饰材料及部分动力电池等可燃物质。e6的动力电池系统在整车上的安装布局、绝缘防护及高压系统等方面设计合理，“整车安全未见设计缺陷”。 结论： 汽车底盘在受到猛烈冲击变形后会产生着火事故； 底盘受到猛烈冲击类似于挤压和针刺的综合测试。
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目录 1. 动力电池行业概况及市场分析 (6) 1.1 动力电池行业市场规模分析 (6) 1.2 动力电池行业结构分析 (6) 1.3 中国动力电池行业市场驱动因素分析 (7) 1.4 动力电池行业特征分析 (7) 1.5 动力电池行业PEST分析 (8) 2. 动力电池行业政策环境 (10) 2.1 行业政策体系趋于完善 (10) 2.2 一级市场火热，国内专利不断攀升 (11) 2.3 宏观环境下动力电池行业的定位 (12) 2.4 “十三五”期间动力电池建设取得显著业绩 (12) 3. 动力电池产业发展前景 (14) 3.1 中国动力电池行业市场规模前景预测 (14) 3.2 中国动力电池行业市场增长点 (14) 3.3 动力电池进入大面积推广应用阶段 (15) 3.4 政策将会持续利好行业发展 (15) 3.5 细分化产品将会最具优势 (15) 3.6 动力电池产业与互联网等产业融合发展机遇 (16) 3.7 动力电池人才培养市场大、国际合作前景广阔 (17) 3.8 巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (18) 3.9 建设上升空间较大，需不断注入活力 (18)
3.10 行业发展需突破创新瓶颈 (19) 4. 动力电池行业竞争分析 (20) 4.1 动力电池行业国内外对比分析 (20) 4.2 中国动力电池行业品牌竞争格局分析 (22) 4.3 中国动力电池行业竞争强度分析 (22) 4.4 初创公司大独角兽领衔 (23) 4.5 上市公司双雄深耕多年 (24) 4.6 互联网巨头综合优势明显 (25) 5. 动力电池行业存在的问题分析 (26) 5.1 政策体系不健全 (26) 5.2 基础工作薄弱 (26) 5.3 地方认识不足，激励作用有限 (26) 5.4 产业结构调整进展缓慢 (26) 5.5 技术相对落后 (27) 5.6 隐私安全问题 (27) 5.7 与用户的互动需不断增强 (28) 5.8 管理效率低 (29) 5.9 盈利点单一 (29) 5.10 过于依赖政府，缺乏主观能动性 (30) 5.11 法律风险 (30) 5.12 供给不足，产业化程度较低 (30) 5.13 人才问题 (31)
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。
动力电池行业品牌企业宁德时代调研分析报告
目录 宁德时代该用PE还是EV/EBITDA？ (5) 经营性现金流亮眼，现金周期如何演绎？ (8) 自我造血伊始，不可低估的利息收入 (13) 远期空间广阔，冉冉升起的锂电巨头 (16) 图表目录 图1：以PE衡量锂电产业链标的估值，宁德时代位于中枢偏上 (5) 图2：以EV/EBITDA衡量锂电产业链标的估值，宁德时代位于中枢偏下 (5) 图3：宁德时代有息负债较少，2019年中有息负债率约15%（亿元） (5) 图4：宁德时代货币资金持续增长，2019年中达到326亿元（亿元） (5) 图5：宁德时代机器设备平均折旧年限不到5年，远低于行业水平 (6) 图6：宁德时代历年归属净利润与当期折旧金额对比（亿元） (6) 图7：2018Q2以来宁德时代经营性现金流净额远大于净利润（亿元） (8) 图8：宁德时代营运资金自2018年以来净减少（亿元） (8) 图9：2018H2以来EV乘用车快速向高级别、长续航升级 (8) 图10：宁德时代、比亚迪几乎垄断高级别车型供应链（2018年数据） (8) 图11：产品差异化逐步凸显，龙头与行业其他企业产能利用率分化 (9) 图12：宁德时代存货中发出商品占比明显提升，库存商品占比相对下降 (9) 图13：宁德时代季度末预收账款持续增长（亿元） (9) 图14：宁德时代季度末应收账款及票据平稳增长（亿元） (9) 图15：宁德时代市场份额持续提升 (9)
图16：宁德时代季度末应付账款及票据逐步抬升（亿元） (9) 图17：宁德时代动力电池产能加速扩张，产能紧缺或将缓解 (10) 图18：美的集团营运资金净变动情况（亿元） (10) 图19：华域汽车营运资金净变动情况（亿元） (10) 图20：宁德时代应收款项周转天数低于其他动力电池公司 (11) 图21：宁德时代应付款项周转天数同样低于其他动力电池公司 (11) 图22：宁德时代存货周转天数明显低于其他动力电池公司 (11) 图23：产业链各环节集中度情况（根据2019Q2产销数据计算） (12) 图24：宁德时代逐步打造自身供应链的产业集群（未完全列示） (12) 图25：2018、2019H1宁德时代经营性现金流净额已经能够覆盖资本开支（亿元） (13) 图26：宁德时代未来几年资本开支估算（亿元） (14) 图27：宁德时代未来几年净利润与折旧估算（亿元） (14) 图28：根据现金流推算的宁德时代货币现金变动（亿元） (15) 图29：宁德时代历年利息收入及测算年化收益率水平 (15) 图30：宁德时代未来几年财务费用预测（亿元） (15) 图31：宁德时代快速实现国内客户的深度绑定以及海外客户突破 (16) 图32：动力电池行业龙头中期盈利、市占率及行业要素分析 (18) 图33：CATL中期毛利率及净利率趋势预测 (18) 表1：宁德时代各类固定资产折旧年限 (6) 表2：公司部分设备折旧年限变更前后对税前利润的边际影响（亿元） (7) 表3：宁德时代已规划及在建项目明细表（亿元） (13)
关于锂离子动力电池的成本分析 一、锂离子动力电池的目标市场 锂离子电池由于工作电压高、储能较大、无记忆性和质量轻等优势发展迅速，一直在移动通讯、笔记本电脑等电器上大量使用；近年来随着新能源汽车的推广，锂离子电池被认为是最有效的能量工艺装置；同时新能源（太阳能、风能）并网发电站项目建设步伐加快，锂电池组为代表的储能技术成为核心发展的对象。 针对电动汽车使用的电池以功率型电池为主，其特点是：电池的放电倍率很大，那么在设计过程中就要注意减小电池的内阻；在极片的选取上，高功率型的电池极片要厚些，在涂敷的厚度上，高功率型的电池极片要涂得薄些，这样锂离子和电子在电阻相对较大的电极活性物质上迁移的距离小，总内阻减小，可以支持大电流，以达到高功率的要求； 针对储能电池以能量型电池为主，其特点与功率电池相反。对于高能量型电池，放电的倍率较小，那么在综合考虑内阻和容量的时候可以把容量排在前面，当然在增大容量的过程中也要尽可能地减小内阻。 二、锂离子动力电池组的产业链状况
结合项目目前的状况，这里重点讨论电芯的成本情况，因为作为一个电池组（电池包），电芯是基础，多个电芯串并联组成电池组，多电池组串并联组成电池包，然后装在电动车上使用或做储能电源。而且其成本特性属于变动成本，后期电池组装过程中更多的与设备、软件等固定成本相关。电芯的关键是：正极（阴极）、负极（阳极）、电解液和隔膜。 三、锂离子电池的成本分析 1、正极（阴极）材料：锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例（正负极材料的质量比为3: 1~4：1）,因此正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。目前锂离子动力电池场上主要使用以下五种材料：
( 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
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
锂离子动力电池成组技术及其连接方法 发表时间：2016-08-26T11:16:09.417Z 来源：《电力设备》2016年第12期作者：杨明[导读] 在混合动力汽车领域，动力电池技术将发展成我国乃至全世界的发展中心。 杨明 （上汽万向新能源客车有限公司）摘要：本文笔者结合工作经验分析了锂离子动力电池成组技术和连接方法进行分析，可供参考。关键词：锂离子；动力电池；连接工艺在未来几年时间内，新能源汽车领域的发展中心和发展方向为：在纯电动汽车领域，我国和世界的技术发展步伐将差不多保持同步，电池材料问题将成为以后发展过程中务必要解决的重点问题；在混合动力汽车领域，动力电池技术将发展成我国乃至全世界的发展中心。大家都知道，锂离子动力电池是以电池包的形式被广泛地运用到新能源电动车内，动力电池模组是依靠多种单体电芯串联并联组装构成的，单体电芯间的加固和连接要求连接电池和片的极柱的接触电阻小、稳固、能成功抵御振动。实际上，锂离子动力电池的质量比能量密度、体积功率密度以及体积能量密度都和动力电池系统内部单体电池间的连接工艺和结构存在着巨大关联性，本文将简单地介绍锂离子动力电池的连接方法和成组方法。 一、不同极柱类型电池的连接工艺动力电池系统在成组的过程中，单体电芯间连接片的连接通常需借助电阻焊、激光焊、螺栓机械紧固。每一颗电芯间连接的紧实性与统一性都会对整车安全以及整体电池模组能量的发挥起到重大的影响。 1.外螺纹极柱型电池 外螺纹极柱型电池一般选取螺栓螺母进行机械紧固，单体电池间一般运用机械锁紧的连接技术。如此，能增加组装的灵便性，但也会导致外螺纹极柱的组装空间远远超过其他极柱，从某种意义上讲其会影响到体积能量密度。螺母或者螺栓机械锁紧是指依靠螺母把带螺纹极柱和连接片拧紧固定，以免出现松动。在连接防松设计方面，其涵盖了机械防松、摩擦防松以及永久防松三种。 通常而言，机械防松可选取销子防松、槽形螺母防松以及止动垫片防松等；摩擦防松可选取自锁螺母防松以及弹簧垫片防松等；永久防松可采取螺纹紧固胶防松等。在实践过程中，若想便于后期更换或者拆卸电池，则应运用机械防松方式。在验证其抗震动性等性能后，确认符合标准才可投用。对于外螺纹极柱型电池，新型结构的大容量圆柱型电池，其极柱留有用于激光焊接的平台的同时，平台上方又有外螺纹极柱，用激光焊接连接片的同时，又用螺母通过螺纹极柱对连接片拧紧固定，再用特别设计的保护支架对电池固定。其组装工艺如下:一种圆柱动力锂离子电池的成组组装工装，包括设置在多个排列在一起的单个电池极柱之间的保护支架。保护支架整体为上表面为方形平面，且四周均匀设置有4根支柱，该保护支架的方形平面正中间设置有长方形固定卡槽，任意对称的2边设置有卡座且个数相同，剩余对称的另外2边设置有卡扣个数也相等。该工艺具有结构简单、稳定耐用、生产能力强、原料易于加工的优点，有效克服了市场上电池组连接容易松动、结构不稳定、连接易脱落、制作成本高、生产效率低的缺点。以上这种利用圆柱锂离子电池成组组装的方法。3个排列在一起的单个电池组装成电池组后，将保护支架正中间设置的长方形固定卡槽分别直接卡入电池的正、负极柱上，保护支架卡槽和电池极柱嵌合在一起，保护支架之间通过卡座与“工”型拼装卡扣连接;最后可以将多个排列在一起的单个电池组装成电池组。锂离子电池的成组组装的方法，连接简单，而且连接后能一直保持电池固定状态，连接片与极柱的接触紧配，能保证电路一直处于低内阻状态。 2.平头型极柱电池 平头型极柱的电池一般选取电阻焊焊接的方式，电阻焊是借助工件组合的方式，以电级施加压力，运用接头的接触面与附近范围形成的热，加热焊接接触点，直至其达到熔化或者塑性状态，再把工件组合焊接至一块的焊接工艺。电阻焊的优势在于其在组装动力电池模组的过程中，以连接片并联或者串联单体电池，再借助电阻焊使连接片被焊接至电池极端上面，组装工序较为便捷。在焊接过程无需加入辅助性焊接材料，通过批量生产的方式促使机械自动化的目的得以实现，其设备本成本要少于激光焊机。动力电池模组的电芯间选取电阻焊焊接加固的方式，待该项工作完成后，会大大提高电池模组的体积能量密度以及质量能量密度。其缺陷在于电池间的连接片材料需受限，铝焊接作用达不到预期效果、后期更换拆卸单个电池难度大等。平头型极柱的电池也可采用激光焊接连接。激光焊是利用高能量的激光脉冲对工件需要加工区域进行局部加热。激光辐射的能量通过热传导向材料内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池来完成焊接的目的。该工艺主要具有以下一些优点:①在组装动力电池模组时，激光焊接的焊接精度高、强度高、焊接效率高;②在大批量组装生产时，更易于实现自动化生产，保证产品的一致性和质量;③凭借激光焊焊接的优势，电芯之间串联或并联的连接片都可用铝材质代替铜连接片，如此可以提高焊接效率，焊接强度，减少生产材料成本，减轻电芯模组质量，进一步提高整车电芯模组的能量密度。而缺点主要为:①连接片与电池焊接处的平整度要求高，焊接夹具需高精度满足焊接精度要求;②设备比较昂贵。 3.条型极耳的聚合物电池(电芯)目前聚合物电芯的连接工艺，主要有焊接与不焊接(机械压紧接触式)的2种方式。 (1)悍接 焊接涵盖了锡焊与激光焊两类。因动力电池组面积大，超声波焊头位置不易碰触，因此很少运用超声波焊接，相较而言，激光焊接更为妥当。锡焊的高温工艺的运用在某种程度上会使聚合物电芯极耳处的密封增加风险，因锡的比重大导致电池组的质量的进一步提升。总之，不管是采取锡焊还是激光焊成组工艺，均对单体电池的更换不利。 (2)不焊接(机械压紧接触式)
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
锂离子动力电池使用与维护保养手册 —电动汽车用锂离子电池 华晨鑫源重庆汽车有限公司新能源事业部 目录 1.重要安全说明 (1) 2.相关介绍 (2) 2.1术语和定义 (2) 2.2锂离子电池工作原理 (3) 2.3锂离子电池为什么需要保护电路 (4) 3.充电 (6) 4.放电 (7) 5.存储 (8) 6.运输 (9) 7.常见问题及处理方法 (10) 8.维护 (11)
11.1日常维护......................................................... - 9 - 11.2定期保养 (11) 11.3维护与保养记录 (12)
1、重要安全说明 1.保证电池或电池组远离危险物品或危险材料，如具有腐蚀性的化学品、危险的机械设 备、高温环境等； 2.不合理的使用该系列产品可能导致冒烟，如外部短路、过充电、过高的环境温度等。 若发生冒烟的情况，请及时切断电源，使用二氧化碳或干粉灭火器进行处理，并用沙土或泥土掩埋。整个过程中必须及时疏散人群并及时报警（若必要时）； 3.不合理的使用该系列产品可能导致单体电池鼓胀，严重时可能导致塑料外壳破裂或产 生裂纹，此时应立即停止使用该电池，请及时联系我公司相关技术部门或售后服务部门以获得处理方法； 4.禁止拆卸、挤压、穿刺、高温搁置或烘烤电池，避免电池受到过高幅度的震动、外力 冲击、高处跌落等，此操作可能导致人身伤害或财产损失； 5.禁止直接把电池的正负极短路，避免有电池极柱压紧螺栓和导电带之外的任何金属或 其他导电物体接触电池的正极和负极，此操作可能导致人身伤害或财产损失； 6.禁止将电池暴露或长期搁置在60℃以上的环境中，禁止试图加热或将电池投入火中， 此操作可能导致人身伤害或财产损失； 7.禁止在没有安装合理的充电保护装置（锂离子电池保护线路板、电池管理系统等）或 使用非环宇认可的充电设备（充电器、直流电源等）的情况下对电池进行充电，此操作可能导致人身伤害或财产损失； 8.禁止将电池浸入到水或其他导电的液体中，此操作可能导致人身伤害或财产损失； 9.禁止儿童和其他缺乏锂离子电池安全使用知识的人使用本系列产品，此操作可能导致 人身伤害或财产损失；
内部编号：AN-QP-HT391 版本/ 修改状态：01 / 00 The Procedures Or Steps Formulated T o Ensure The Safe And Effective Operation Of Daily Production, Which Must Be Followed By Relevant Personnel When Operating Equipment Or Handling Business, Are Usually Systematic Documents, Which Are The Operation Specifications Of Operators. 编辑：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 锂离子动力电池安全性及解决方法通 用范本
锂离子动力电池安全性及解决方法通用 范本 使用指引：本操作规程文件可用于保证本部门的日常生产、工作能够安全、稳定、有效运转而制定的，相关人员在操作设备或办理业务时必须遵循的程序或步骤，通常为系统性的文件，是操作人员的操作规范。资料下载后可以进行自定义修改，可按照所需进行删减和使用。 在新能源汽车发展过程中，除价格高、续驶里程短和充换电基础设施不足外，动力安全性是消费者和专业人士关注的重点。这个问题也影响到了动力电池比能量的提升。 “发展防短路、防过充、防热失控、防燃烧及不燃性电解液是应对动力电池安全性的关键。”武汉大学艾新平教授在上海举行的第14届中国国际工业博览会新能源汽车产业发展高峰论坛上强调。 锂离子动力电池不安全行为的发生机制 艾新平分析指出，锂离子动力电池除了正
2018年动力电池行业 分析报告 2018年1月
目录 一、动力电池行业属性：产品有差异性，马太效应明显 (5) 二、需求：导入期向成长期切换，政策是核心影响因素 (6) 1、需求总量：导入期向成长期切换，短期看政策，中长期看“平价” (6) 2、需求结构：2017年完成动能切换，乘用车成需求主力 (9) 3、品质需求：高能量密度低成本是产品的必然要求 (11) 三、供给：产能过剩局面无损长期发展前景 (12) 1、2014-2016年电池产能快速扩张，产能过剩局面已成 (12) 2、阶段性过剩：扩产周期与需求增长错配，当前供给大于需求，但小于远景 需求 (13) 3、结构性过剩：磷酸铁锂过剩，高端三元不足 (15) 四、产业链格局：份额加速集中，多寡头格局已具雏形 (16) 1、自配套模式难以复制，整车厂商将走合资或外购道路 (16) 2、份额日趋集中，话语权向龙头电池厂转移 (18) 3、电池企业争份额，整车企业拓渠道，寡头格局最稳定 (19) 五、盈利能力：成本价格双向挤压，毛利率下行压力大 (21) 1、价格：价格下降是长期趋势，下降速度由短期供需决定 (21) 2、成本：制造成本下降，原材料成本短期坚挺 (22) 3、毛利率：行业毛利率总体下滑，优势企业彰显竞争力 (23) 六、2018年展望：电池环节竞争激烈，龙头扩产仍将持续 (23) 1、量价均有压力，电池企业分化加剧 (23) 2、整合与扩产并进，抓住绑定电池龙头的产业链上游 (24) 七、行业重点企业简析 (25) 1、CATL-宁德时代 (25) 2、比亚迪 (26) 3、国轩高科 (29)
1 引言 锂离子动力电池具有比能量高、重量轻、绿色环保无污染等优点，应用范围广泛，其应用领域包括数码产品、家用电器、电动工具、电动汽车、航空、航天和武器装备等。随着技术的不断进步，锂动力电池安全性不断提高，锂电池单体容量越来越大，其应用于潜艇等大型军事装备的可行性也不断提高。 2 锂离子电池发展历程 二十世纪六十、七十年代发生的石油危机促使人们寻找新的替代能源。1962 年，美国军方的“锂非水电解质体系”研究报告，最早提出了把活泼金属锂引入到电池设计中的构想。1973 年，氟化碳锂原电池在日本松下电器公司实现量产，商品化锂电池面世。1978 年，日本三洋公司的锂/二氧化锰电池实现量产，锂电池价格下降，市场占有率上升。锂一次电池的成功刺激了锂二次电池的研究热潮。80 年代末，加拿大MoLi 能源公司研发的Li/Mo2 锂金属二次电池面世，第一块商品化锂二次电池诞生。1991 年6 月，日本索尼公司将液态电解液锂离子电池成功实现了商品化。自此之后，锂离子电池在便携式电源领域的市场份额不断扩展。近年来，随着一些无人电子装备(如无人水下航行器、无人机)、电动工具、电动汽车等发展的需要，锂离子电池以其高比能、长寿命、自放电小、无记忆效应和绿色环保等优点备受青睐，在动力电源领域得到迅速发展。 3 国外锂离子动力电池发展概况 日本索尼公司对锂离子电池的研究开展较早，生产的锂离子电池在性能上和品种上已经具备相当高的水平。该公司生产的圆柱型单体电池分为高能型和高功率型。其中高能型电池的比能量为110 Wh/kg，80%DOD 的比功率300 W/kg，充放电次数1200 次。高功率型的圆柱电池80%DOD 的比功率高达800 W/kg。日本三井造船生产的磷酸铁锂动力电池能以20C 的倍率放电，10C 左右的倍率进行快速充电，在3C 充放电条件下循环500 次，容量保持90％以上。日本汤潜公司（YAUSA）生产的锰酸锂电池，比能量是铅酸电池的3 倍，计划取代潜艇用铅酸电池。装有该公司锂离子电池的无人试验小潜艇已于1999年10 月完成了水下试验。法国SAFT 公司是世界著名的锂电池生产公司，其各种型号锂离子电池已广泛应用于卫星、UUV（无人水下航行器）以及各类便携式电子设备上。据美国能源杂志报道，上世纪末，SAFT英国分公司就曾与英军合作研制过一款24 V，12Ah 容量的锂电池。目前该公司生产的圆柱型单体锂离子电池比能量达到143 Wh/kg，80%DOD 的比功率为345 W/kg，为装备潜艇而制造的锂离子动力电池，单体容量为3000 Ah 级。德国瓦尔塔公司也在研制高能量密度型和高功率密度型电池。其高能密度型电池为方型，容量为60 Ah，比能量为115 Wh/kg，使用寿命达900 次(100%DOD)。在上世纪末，美军也在商品化的锂离子电池基础上展开了军事化应用。据美国能源杂志介绍，美国YARDNEY 公司已为水下军事装备研制了三款锂离子动力电池，包括：①水下无人作战平台（UUV）电池系统，总能量10 kWh，360 块单体容量8 Ah（4 并90 串），电压324 V。②全电动鱼雷高功率锂离子电池系统，由100 块单体容量25 Ah 的锂动力电池组成电池组，最大功率密度650 W/kg。③袖珍潜艇装置（ASDS-1）的高能量锂离子电池系统，2005 年首次安装于ASDS-1 艇，锂离子电池总能量1.2 MWh，单体电池能量密度170 ～200 Wh/kg[1] 。美军在水下自动航行器（AUV）中已应用锂离子电池，其功率密度达到100 Wh/kg[2]。据美国能源杂志介绍，HUGIN1000型AUV 的电池系统为聚合物锂离子电池与燃料电池组合而成[3]，该系统性能先进，HUGIN1000型AUV 总
锂电池行业分析 目录 一、锂电池概述 (2) 1、锂电池构成 (2) 2、锂电池产业链 (2) 二、锂电池行业生命周期 (3) 三、锂电池行业市场现状 (4) 1、3C 类产品锂电池市场 (4) 2、新能源汽车锂电池市场 (4) 四、锂电池主要材料行业市场现状 (5) 1、正极材料 (6) 2、负极材料 (8) 3、隔膜材料 (10) 4、电解液 (10) 五、锂电池材料技术特点及技术趋势 (11) 六、动力电池市场前景 (12) 1、国家对汽车动力电池的产能门槛要求 (12) 2、动力电池技术发展路线 (13) 3、纯电动汽车发展 (13) 4、锂电池的竞争格局 (14)
一、锂电池概述 1、锂电池构成 锂离子电池：是一种二次电池（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。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。 锂电池材料主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四大材料组成，此外还有电池外壳。 2、锂电池产业链 锂电池产业链经过二十年的发展已经形成了一个专业化程度高、分工明晰的产业链体系。 正负极材料、电解液和隔膜等材料厂商为锂离子电池产业链的上游企业，为锂离子电芯厂商提供原材料。 电芯厂商使用上游电芯材料厂商提供的正负极材料、电解液和隔膜生产出不同规格、不同容量的锂离子电芯产品；模组厂商根据下游客户产品的不同性能、使用要求选择不同的锂离子电芯、不同的电源管理系统方案、不同的精密结构件、不同的制造工艺等进行锂离子电池模组的设计与生产。