近年來,鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于移動和無線電子設(shè)備、電動工具、混合動力和電動交通工具等領(lǐng)域。但由于鋰電池生產(chǎn)企業(yè)對鋰電池生產(chǎn)過程中的安全問題存在認(rèn)識不足,忽視了對鋰電池的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性的認(rèn)識,因此造成了多起嚴(yán)重安全事故。
鋰離子電池在制備過程中,需向電池內(nèi)部注入電解液,在此工藝中會使用或產(chǎn)生可燃、有毒的氣體,一旦超過這些氣體的安全濃度時,人員和設(shè)備將處于危險(xiǎn)之中。
一、電解液是什么?
電解液是鋰電池非常重要的一個組成部分,占整個電池材料重量的15%,體積的32%,電解液作為鋰電池中離子交換的中轉(zhuǎn)站,在鋰電池的正負(fù)兩極之間起著能量傳導(dǎo)的作用。沒有它電流就無法產(chǎn)生。
就像人體物質(zhì)的傳輸需要依靠血液一樣,電解液就是鋰電池內(nèi)部物質(zhì)傳輸?shù)摹把?,對電池的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、安全性能、寬溫應(yīng)用等起著關(guān)鍵性作用。
二、電解液的主要成分
電解液主要由三部分組成,主要為溶劑、鋰鹽、添加劑。在這些組成成分之中,添加劑雖然添加的量與其他成分相比還是較少的,但一份電解液中可添加的添加劑種類是最多的。
1、溶劑
有機(jī)溶劑是電解液的主體部分,溶劑在電解液中的作用主要是用來溶解鋰鹽的。電解液中的溶劑主要有環(huán)狀碳酸酯(PC、EC);鏈狀碳酸酯(DEC、DMC、EMC);羧酸酯類(MF、MA、EA、MA、MP等)。
碳酸二甲酯(DMC)
C3H6O3(dimethylcarbonate,DMC),是一種無毒、環(huán)保性能優(yōu)異、用途廣泛的化工原料,它是一種重要的有機(jī)合成中間體,分子結(jié)構(gòu)中含有羰基、甲基和甲氧基等官能團(tuán),具有多種反應(yīng)性能,在生產(chǎn)中具有使用安全、方便、污染少、容易運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。由于碳酸二甲酯毒性較小,是一種具有發(fā)展前景的“綠色"化工產(chǎn)品,
DMC具有優(yōu)良的溶解性能,其熔、沸點(diǎn)范圍窄,表面張力大,粘度低,介質(zhì)界電常數(shù)小,同時具有較高的蒸發(fā)溫度和較快的蒸發(fā)速度。
碳酸二乙酯(DEC)
C5H10O3,無色液體,稍有氣味;蒸汽壓1.33kPa/23.8℃;閃點(diǎn)25℃(可燃液體能揮發(fā)變成蒸氣,跑入空氣中。溫度升高,揮發(fā)加快。
當(dāng)揮發(fā)的蒸氣和空氣的混合物與火源接觸能夠閃出火花時,把這種短暫的燃燒過程叫做閃燃,把發(fā)生閃燃的zui低溫度叫做閃點(diǎn)。閃點(diǎn)越低,引起火災(zāi)的危險(xiǎn)性越大。);熔點(diǎn)-43℃;沸點(diǎn)125.8℃;溶解性:不溶于水,可混溶于醇、酮、酯等多數(shù)有機(jī)溶劑;密度:相對密度(水=1)1.0;相對密度(空氣=1)4.07;
穩(wěn)定性:穩(wěn)定;危險(xiǎn)標(biāo)記7(易燃液體)。
碳酸甲乙酯(EMC)
分子量:104.1,密度1.00g/cm3,無色透明液體,沸點(diǎn)109℃,熔點(diǎn)-55℃,是近年來興起的高科技、高附加值的化工產(chǎn)品,一種優(yōu)良的鋰離子電池電解液的溶劑,是隨著碳酸二甲酯及鋰離子電池產(chǎn)量增大而延伸出的最新產(chǎn)品,由于它同時擁有甲基和乙基,兼有碳酸二甲酯、碳酸二乙酯特性,也是特種香料和中間體的溶劑。
碳酸乙烯酯(EC)
C3H4O3,易燃透明無色液體,能夠在高溫和接觸火源時發(fā)生燃燒。
沸點(diǎn):248℃/760mmHg,243-244℃/740mmHg;閃點(diǎn):160℃;密度:1.3218;折光率:1.4158(50℃);熔點(diǎn):35-38℃;
在電池工業(yè)上,可作為鋰電池電解液的優(yōu)良溶劑。
碳酸丙烯酯(PC)
C4H6O3,無色無氣味,或淡黃色透明液體,溶于水和四氯化碳,與yi醚,丙酮,苯等混溶。是一種優(yōu)良的極性溶劑。是可燃物質(zhì),可以在高溫、明火或其他點(diǎn)火源的存在下燃燒。
毒理數(shù)據(jù):動物實(shí)驗(yàn)經(jīng)口服或皮膚接觸均未發(fā)現(xiàn)中毒。
2、鋰鹽
優(yōu)質(zhì)的鋰鹽對于鋰電池的能量密度、功率密度、寬電化學(xué)窗口、循環(huán)壽命、安全性能等方面都有著較大的影響。鋰鹽中常含有的元素有LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6等。
3、添加劑
添加劑的種類眾多,不同的添加劑有著不同的作用,雖然添加的分量較少,但對于鋰電池包的性能效果有著不同的影響。
添加劑的種類主要有成膜添加劑、導(dǎo)電添加劑、阻燃添加劑、過充保護(hù)添加劑、控制電解液中H2O和HF含量的添加劑、改善低溫性能的添加劑、多功能添加劑。
三、為防止鋰電池注液工藝引發(fā)危險(xiǎn),我們應(yīng)采取哪種氣體監(jiān)測方案?
針對鋰電池生產(chǎn)車間及電解溶液劑存放的場所,我們可安裝氣體檢測儀進(jìn)行24小時在線監(jiān)測,避免氣體泄漏引發(fā)事故。
湖南希思可燃?xì)怏w檢測儀XS-1000系列,能精確檢測鋰電池電解液填充過程中的DMC、EMC、DEC等有機(jī)溶劑揮發(fā)出來的易燃易爆炸氣體濃度,希思的氣體檢測儀采用進(jìn)口高精度傳感器,具備壽命長、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、安裝簡單等優(yōu)點(diǎn)。
在氣體檢測儀使用上建議可以搭配工廠中的風(fēng)機(jī)、閥門、噴淋系統(tǒng)等設(shè)備來使用,或者通過儀器內(nèi)部開關(guān)量信號實(shí)現(xiàn)聯(lián)動,當(dāng)檢測氣體超標(biāo)即時報(bào)警,同時啟動/關(guān)閉聯(lián)動設(shè)備,有效保障現(xiàn)場人員安全。
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