《安全管理》之聚合物锂电池的生产流程安全问题
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聚合物锂电池的生产流程安全问题
在聚合物锂离子电池的生产过程中,以下一些因素必须予以注意。生产出的聚合物锂离子电池经过包装后,进行化成。化成的条件比较关键,因为它涉及SEI 膜的形成,以防止负极自发与电解液发生反应;同时,也可以使活性物质与电解质之间有良好的接触。一般而言,每一个生产厂家有自己的化成条件。
聚合物锂离子电池/原材料
1
对于负极而言,除了使用溶于有机溶剂的聚合物作为黏合剂外,也可以使用溶于水溶液的聚合物作为黏合剂。图5为一种可溶于水的黏合剂聚(丙烯酰胺-共-二烯丙基二甲基氯化铵)(AMAC)的结构示意图。它与聚偏氟乙烯相比,具有一定的优越性,有利于在负极表面形成导电性更高的SEI膜,有机电解液的渗透性更好。2
导电剂的分散尽管不是重要方面,但也不可忽视。前面已经讲述了导电剂的分散情况对于负极材料的影响,对于正极材料而言也起同样作用,影响正极容量的发挥和电池的倍率性能。例如对于LiMn2O4而言,采用新型的工艺比传统的工艺更能保证导电剂分散均匀,极化低,容量高,倍率性能好。不同工艺制备的LiMn2O4正极极片的容量与放电倍率的关系。3
正极和负极的比例对于不同的原材料而言也是不一样的。例如,对于天然石墨//LiFePO4而言,后者的容量应该等于天然石墨的容量与SEI膜形成所需要的电荷之和。另外,电极的厚度根据不同的材料,也有不同要求。4
目前商品用的聚合物锂离子电池基本上还是使用LiFP6的碳酸酯溶液作为增塑剂,在较高的温度(80~100℃)下,在微量水分或醇的引发下发生分解,并产生一些有毒的烷基氟化磷酸酯。该热分解在路易斯酸或锂和金属的复合氧化物的作用下受到抑制。5
在聚合物锂离子电池的化成和循环过程中,也会发生气胀等现象。对于以氧化钴锂为正极的情况,气胀的现象主要发生在4V以下,这是电解液被还原所致。当然,处于充电状态时,正极处于高价态,也会产生气体。氧化钴锂的气胀现象要明显低于LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2。后者在32V以上就开始发生气胀。因此,对于特定的用户而言,必须避免气胀的产生。在选择材料时这是一个主要指标。
注意事项
在化成过程中,电解液的组成对于电池的气胀具有明显影响。例如,在PVDF图9不同正极材料组装成的锂离子电池在不同充电状态下在90℃储存4h的膨胀情况基凝胶电解质中,采用1mol/LLiClO4的EC/PC电解液,约60%的电极表面存在气相,导致负极活性粒子之间的分离和结构的破坏;而1mol/LLiBF4的EC/γ丁内酯电解液,则只有少量气体增加,约3%。因此,化成以后的搁置时间与电解液的组分有关。有关化成的一些具体说明。化成后,将短路的电池挑出来,然后储存一段时间,再进行测量,如果电压衰减快,说明电池本身也是短路的,必须作为废品处理,严防流入市场,产生安全问题。经过这些步骤后,买家进行验货,然后装箱出厂。
电池保养常识:
1
记忆效应镍氢充电电池上常见的现象。具体表现就是:如果长期不充满电就开始使用电池的话,电池的电量就会明显下降,就算以后想充满也充不满了。所以保养镍氢电池的重要方式就是:电必须用完了才能开始充电,充满了电了才允许投入使用。现在常用的锂电池的记忆效应是可以小到忽略不计的。2
完全充电,完全放电
是针对锂电池来说的。
完全放电就是指把用电智能设备,如手机,调整到最低功率状态耗去电量直到手机自动关机的过程。
完全充电就是指把完全放电的用电智能设备,如手机,接到充电器上直到手机上提示“充满”的过程。3
过度放电
是针对锂电池来说的。
完全放电后锂电池内部还会留有少量电量,但这部分电量对于锂电池的活性和寿命至关重要。
过度放电:完全放电后,如果继续采用其它方式,如:强行再次开启手机、电池接小灯泡耗费残留电量的话,这叫过度放电,
会对锂电池造成不可逆转的伤害。4
保护芯片
锂电池对充放电时对接入的电流电压有极为严格的要求,为了保护电池不因为外界电环境失常而损坏,电池本体内部会设置管理电池状态的芯片。这个芯片同时还有记录电池容量,校正电池容量的功能。现在,就算是山寨手机电池也是不会节省这个关键的保护芯片的,不然山寨手机电池根本不可能用很久。5
过冲过放保护电路
用电智能设备内置的全面管理电池的芯片及电路。
比如手机上,就有这样的电路,大概功能如下:6
电时,提供最合适的电压电流给电池。在合适的时机停止充电。7
充电时,时刻检查电池残留电量,在合适的时机命令手机关机,防止过度放电。8 开机时,检查电池是否已被完全放电,如果已被完全放电,则提示用户充电,然后关机。9
避免电池或充电线电力异常,发现异常时断开电路,保护手机。10
过度充电:
是针对锂电池来说的。
正常情况下,锂电池充到一定电压(也就是充满)就会被上级电路截断充电电流,但由于某些设备内置的过冲过放保护电路的电压电流参数不同(如手机电池座充),导致虽已充满,但还未停止充电的现象。
过度充电也会导致电池性能伤害。11
激活
锂电池长期(三个月以上)不使用,会产生电极材料钝化,电池性能下降,可以采
用三次完全充电、完全放电来解除纯化,发挥出电池的最高性能。二、常见错误观点:
1
首先使用必须进行完全放电,然后进行完全充电,重复三次,以便于激活电池。否则电池就永远都不好用了!!解答:如果实在闲的没事做,这么做可以,但不是必须的,因为激活操作不是必须放在第一次使用就做的。只要随着不断的使用,电极钝化无需刻意激活也可以慢慢消失。
2
,充电时不要使用手机,对电池有害,也会产生超大量辐射伤害人体。
解答:充电时使用手机是否对电池有害要根据情况来说(本文后会说明),但是有一点可以确定的是,充电时使用手机绝对不会产生比平时使用手机多的辐射。
锂电池在寿命周期内只能充放电XXX次,所以每次用就尽量用到自动关机,每次充就尽量充到满电。
第一个子句是对的,后面是错的。
这个次数中的每一次,都是指完整的一次,比如从20%充电到30%停止充电,这个只算是1/10次,从80%放电到60%,只能算是1/5次。
前三次充电必须达到12小时,否则就影响电池性能。
如果是为了激活电池,只需要手机提示充满电就已经足够,一般手机,都会在5小时内提示充满,完成后如果继续接着充电器,过冲过放保护电路会截断手机的充电电流。之后电池就处于不状态,和充满后马上拨除充电线的效果是一样的。
前三次充电必须达到12小时是针对镍氢充电电池来说的,结果被很多厂家习惯性地、无知地写在锂电池用户手册上,没文化真可怕。国际大厂,如戴尔,联想,华硕,apple的产品上是绝对不会出现“12小时”这样的文字的。而且对于锂电池来说,这是共性,也是原理的一部分,不可能有的厂家生产的需要12小时,有的厂家的不需要。
需要注意的是,如果采用座充,由于绝大部分座充达不到官方线充的最高电流,充电时间可能会超过6小时,但只要充满电,坐充也会自动断电,和用线充是一样的。