锂电安全

锂电安全（精选10篇）

锂电安全 篇1

近日, 由厦门大学和中航锂电 (洛阳) 有限公司联合承担、“863”计划支持的高安全性动力电池用功能隔膜的技术开发项目, 已建成一条年产300万平方米陶瓷功能隔膜试验线, 在此基础上完成固化、合浆、涂布、分切工艺技术开发, 形成生产能力, 并进行了陶瓷隔膜电池设计、试制与测试。该项目的实施, 对提高锂离子动力电池生产和应用的安全性具有至关重要的作用。

该项目采用基材膜表面处理技术与无机陶瓷粉体分散技术, 优化陶瓷粉体的涂布效果, 建立涂层厚度、陶瓷种类、粒径、表面特性等与电池性能的量效关系, 总结陶瓷隔膜技术参数的变化规律, 研制的隔膜同时具有电流切断特性和高耐热性能, 技术指标达到世界先进水平。

目前, 涂布厚度为3微米三氧化二铝的聚乙烯隔膜在150℃条件下2小时热缩率小于2%, 性能优于国外同类产品, 成本可控制在10元/平方米, 具有较好的应用前景。项目研发的产品投产后, 将大规模应用于车载锂离子动力电池、数码产品用锂离子电池等领域, 从而极大改善锂离子电池的安全问题。

危险，锂电池！ 篇2

锂电池总是和爆炸联系在一起。大年初五广州的爆炸事件，一开始就被以为是锂电池引起的。那天晚上，广州越秀区东华南路上的一家手机专卖店突然传出一声巨响，一名店员倒地不省人事，很快因失血过多死亡。后来的调查证实了爆炸另有原因，但是人们对锂电池的恐慌并没有因此消散，因为锂电池爆炸的事件几乎每年都会发生：2006年6月，一台戴尔笔记本电脑在日本的一次会议上爆炸，锂电池突然起火燃烧，并且发生了好几次爆炸，幸好没有人受伤。几乎没有哪一个品牌能逃脱"爆炸门"的困扰，包括著名的苹果。2007年4月，在澳大利亚的阿德莱德市，一只ipod nano的电池在充电中发生爆炸，从桌面上闪着火花飞起。锂电池爆炸造成的伤亡也的确偶尔发生，2007年6月，甘肃省金塔县的一位22岁的电焊工人因为锂电池爆炸身亡。当他蹲在地上进行焊接作业时，胸前衣兜中的摩托罗拉手机突然爆炸，心脏被刺破致死。

锂电池似乎已经成为炸弹的一种。托运锂电池已经被禁止，甚至有传闻携带锂电池上飞机也会被限制。锂电池真的这么危险？爆炸事件为什么会频繁发生？

持久，所以流行

锂电池的爆炸事件增加，最大的原因是锂电池越来越多。没有人能统计出全世界一共有多少块锂电池，但是看一看身边的手机、数码相机、笔记本电脑就可以知道，锂电池已经成为了每个人的数码生活脱离不了的角色。像iPod这样的个人电子产品正在越来越袖珍化，很大程度上，这应该归功于大容量的锂电池。

锂电池的诞生伴随着个人数码时代的来临。第一块实用的锂电池是1992年由SONY开发并推向市场。也正是在这一两年中，各种前所未有的电子产品开始进入个人生活：第一台现代意义上的手机，也就是使用所谓2G网络的移动电话1991年在芬兰诞生；同样是1991年，柯达公司推出了DCS-100数码相机，标志着数码相机开始大规模进军市场；而IBM第一代的700系列笔记本电脑也在1992年诞生。个人化的电子产品需要的是小巧，它需要可移动、便携，但是早期的数码产品通常是"电老虎"，一对五号干电池只能支撑一个小时左右。没有什么比大容量而又轻便的锂电池更适合它们的需要了。

锂电池一直是化学家们的梦想，却也是工程师的噩梦。自从1817年瑞典人阿弗韦聪（Johann Arfvedson）发现锂元素之后，它一直被看做制作电池的最好选择。锂是最轻的金属，甚至是最轻的固体元素，密度只有水的一半，而它的化学性质非常活泼，这意味着锂电池可以在最小的重量下，容纳最多的能量。但是这同样意味着锂是一种危险的金属：它甚至会和水发生化学反应，一旦爆炸起来威力惊人。

普通的碱性电池很难爆炸，即使发生短路，通常也只会发热漏液。可充电的镍镉电池和镍氢电池也挺安全，它们有保证安全的排气孔。但是它们的比容量只有锂电池的一半左右，还含有严重污染环境的汞、镉、铅等重金属，而且还会有记忆效应，在放电不完全的情况下再次充电，就会对电池造成不可修复的损伤。尽管锂电池潜藏着危险，它的地位也难以替代。

解剖锂电池

通常我们所说的锂电池，其实准确的说应该是"二次锂离子电池"。因为电池中并没有锂金属。常用的一些CR2023纽扣电池才是真正使用金属锂作负极的"锂电池"，它们是不能充电的。人们发现，给这样的电池充电并不像铅蓄电池那样简单。电池的负极不是像铅蓄电池那样逐渐增厚，而是形成了树枝状的金属锂，它们在电池内部生长，划破了隔离正负极的薄膜，最后连通了电池的正极。于是电池短路了，开始发出大量的热，然后电解液沸腾胀裂了电池外壳，空气涌进电池壳，于是金属锂和有机物电解液开始剧烈燃烧。一颗锂电池就是这样爆炸起火的。所以在这样的电池上通常都有标注：切勿充电，危险！

但是人们并没有放弃充电锂电池的研究，既然问题出在负极的金属锂上，那么就选择一种合适的负极材料吧。它需要像金属锂一样把锂离子聚集起来，并且能在多次充放电后还保持原来的结构。20多年的努力之后，人们找到的材料并不新鲜，就是干电池的碳棒里也含有的石墨。人们发现，锂离子可以嵌入石墨层状结构中的间隙，同时只要对石墨作一定的处理，它能经得住数百次的充放电。而电池的正极则是一种提供锂离子的化合物，通常使用钴酸锂(LiCoO2)。于是正负极就像是储存锂离子的库房，在充电时，锂离子就从正极跑到负极，放电时则相反。这种结构被称为"摇椅式电池"。

摇椅式结构让锂电池最终得以走向市场，但是它还有一个致命的缺陷。如果电池的正负极这两个锂离子的库房装满了，会发生什么事情？

锂电池在充电中，两极的电压会越来越高，从3伏上升到4.2伏，同时正极的锂离子越来越少，都跑到负极去了。如果电压超过了4.2伏，正极没有足够的锂离子，晶体结构就会发生崩塌，电池的容量不可挽回地下降。如果继续充电，负极的石墨中装满了锂离子，溢出的离子又开始生成树枝状的锂金属了。这些金属又会造成短路，一场爆炸于是不可避免了。

电池变炸弹

过度充电是锂电池爆炸的首要原因。正规的锂电池都设置了两道以上的防护，防止过度充电。电池的芯片中设置了防护电路，如果电池电压超过了4.2伏，电流就会自动切断。如果这一道防线失效，充电器中也有一块防护电路。即使两块防护电路都坏了，电池上还有防止电流过大的限流片，如果发生短路，通过电池的电流过大，它会自动切断。如果一道防护的失误率是十万分之一，两道防护就可以达到百亿分之一。但是全球每年数以十亿计的锂电池投入使用，总有一些劣质的充电器和电池出现故障，总有人会不幸中这样的大彩。

但是锂电池还有最后一道防线，就在于电池芯的内部结构，这是锂电池品质的最关键所在。用优质的隔膜纸隔开正负极，可以解决过度充电的问题。它的孔径更小，更不容易刺破。而限压阀可以在电池过热时释放电芯内的压力。劣质锂电池的限压阀如果不起作用，可能会让电池内的压力聚集爆炸，但是劣质的限压阀如果在电池正常使用时破裂，反而可能导致空气进入电池和锂反应燃烧。优质的锂电池能经受住过度充电和外部短路的试验不会爆炸，这就是它们的价值所在。

尽管有这么多的防护，锂电池的危险仍然没有彻底消除。除了过度充电和外部短路，温度过高、受到机械损伤也可能导致锂电池爆炸。因为锂电池的高能量和危险性本身就很难分离。

锂电安全 篇3

矿灯是矿井下工作所必需的重要设备, 其安全性能的好坏紧系着矿下工人的生命安全。随着大容量锂电池和大功率LED照明技术的出现, 新型冷光源锂电池供电的矿灯日益推广, 由于这种基于上述新技术的矿灯和以往矿灯相比无论是使用寿命还是安全性上都有很大的改善.但煤炭生产企业常常忽视锂电池矿灯的使用寿命所带来的安全问题, 为节省生产成本, 锂电池矿灯常常被超期使用, 带来很大的安全隐患。

虽然国家煤矿安全监察局发布的《安标国家矿用产品安全标志中心文件》 (矿安标字[2007]3号) 明确规定了锂电池矿灯的使用要求[1], 由于监管困难各种安全标准很难落实。为此, 设计一种具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统对煤矿的安全生产意义重大。

2 具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统架构

具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统整体架构如图1所示。

系统包括充电架、矿灯充电管理PC机和矿灯生产厂家管理PC机。充电架上的充电控制模块通过线路复用技术能够与矿灯之间进行数据交换, 读取或写入矿灯内的出厂日期、充电次数等与矿灯使用安全相关的数据;充电架与充电管理PC机之间采用RS485现场总线按主从方式进行数据传输, 监管矿灯的出厂日期、充电次数、维修记录等;矿灯生产厂家的管理PC机通过远程网络能够访问矿灯充电管理PC机内的数据库, 已实现对本厂生产的矿灯使用情况跟踪监控, 杜绝超期服役等不安全现象的出现。

3 具有安全监管记录功能的矿灯

根据具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统架构要求, 矿灯要具有自动上报电子编号、出厂日期电子记录、充电次数电子记录、电池类型和计时等智能功能, 矿灯内部电路原理框图如图2所示。

矿灯内的控制电路采用C8051F410单片机对矿灯工作过程进行智能管理。C8051F410是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU, 其内部的UART0用于矿灯和充电模块的数据传输, ADC0用于检测充电端口电压和电池电压, 32 KB的片内FLASH存储器中的部分页用于存储记录矿灯的电子编号、出厂日期、充电次数和电池类型等电子数据, RTC实时时钟用来产生精确的定时;按键处理电路和LED数码显示构成矿灯使用中的人机接口, 可实现矿灯编号、当前时间、剩余电量及设置参数的显示, 当按键停止操作10 s后自动关断显示, 进入省电状态;大功率LED驱动电路用来控制LED恒流发光;线路复用控制电路用来管理充电和通信中的线路分时使用。

矿灯内部还根据所使用锂电池的特性设有充电次数和使用时间函数关系, 矿灯能够自动计算剩余充电次数和使用时间, 如果超期或超限, 自动关闭充电开关禁止充电, 矿灯将无法使用, 达到自动安全监管目的。

4 智能充电架

智能充电架上由24个四单元充电模块组成, 每个充电模块内部电路原理如图3所示[2,3]。C8051F310单片机是四单元充电模块的核心部件, UART0经RS485接口电路挂接到现场总线上, 与充电管理PC机进行数据通信, 可以接受充电管理PC机的各种命令和参数设置操作, 并能将模块的各个端口工作状态上传给充电管理PC机;C8051F310单片机根据矿灯电池类型和充电进程 (涓流充电、恒流充电和恒压充电) 产生四路PWM信号分别送给四个PWM驱动电路, PWM驱动电路将PWM信号功率放大并进行滤波处理供充电使用, 线路复用控制电路按照单片机指令将充电信号或通信数据送到充电/数据复用线路;由于C8051F310单片机只有一个串行口 (UART0) , 为此使用外部中断INT0和定时器T2通过模拟串口的方式设计了虚拟的串口UART1, 解决四单元充电模块与矿灯之间信息传输问题;四个充电端口上的输出电压和电流通过充电电压/充电电流检测电路处理后送给C8051F310单片机的ADC。

四单元充电模块能够通过线路复用技术与矿灯之间进行数据传输, 来确认矿灯的电池类型、出厂日期、充电次数, 从而决定按照什么样的参数为矿灯充电, 如果该矿灯是超期或超限服役要做出记录 (该记录生产厂家的管理PC机能够通过Internet远程访问, 如果发现矿灯到达使用时限能够及时通知用户) , 并禁止充电, 以实现安全监管。

5 数据通信

智能充电架与充电管理PC机之间通信采用工业通用MODBUS现场总线协议[4], 每个充电架同时可挂接24个四单元智能充电模块, 每个充电管理PC机设计最多可挂接100个充电架 (需加RS485集线器) , 可同时管理9 600盏矿灯充电。

充电管理PC机与矿灯生产厂家管理PC机之间通过Internet远程连接, 采用TCP/IP协议互访。矿灯生产厂家管理PC机和充电管理PC机的数据库都是使用SQL SERVER 2000开发的。数据库中保存着矿灯充电实时数据、矿灯使用信息等。Web 服务器主要用于提供Web Service 服务, 为矿灯生产厂家等远程用户提供B/S 数据浏览服务[5]。

6 结 论

具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统在矿灯充电过程中通过线路复用技术引入信息交换和认证机制, 有效地防止了矿灯超期或超限服役问题;通过网络数据库技术和现场总线技术解决了传统的矿灯生产、使用和安全监管过程脱节问题, 做到监管、生产、维修、使用透明化, 达到煤矿安全生产的目的。

摘要：介绍一种具有安全监管的锂电池矿灯智能充电系统, 该系统通过线路复用技术能够实现充电台架与矿灯之间进行数据交换, 使用现场总线技术进行多台充电台架的集中管理, 应用网络数据库技术实现矿灯生产厂家对所销售矿灯工作状况进行随时查询, 从安全监管的角度解决了矿灯使用情况的智能管理问题。

关键词：矿灯,锂电池,充电,安全监管

参考文献

[1]GB7957-2003.矿灯安全性能通用要求[S].2004.

[2]辛荣光.基于CAN总线的智能矿灯充电架系统设计[J].煤炭机械, 2007, (9) :110-113.

[3]张涛.智能型锂电矿灯充电架工作原理及其应用[J].煤炭科技, 2007, (4) :38-40.

[4]王兴贵, 张明智, 杜莹.MODBUS RTU通信协议在智能仪表与工控机通信中的应用[J].低压电器, 2008, (2) :11-14.

高能液体锂电池 篇4

每当这时候，你都会想起那可悲的电池， 怎么就这么不经用呢？

不完美的锂电池

1801年，意大利物理学家伏特（Alessandro Volta，1745～1827）把他的“電堆”装置演示给拿破仑看，伏特电堆可以稳定地供应流动的电荷，这就是用铜板和锌板组成的电池，即伏打电池，也就是干电池的前身。伏特可能想不到两个世纪之后，他的发明成了人类生活的中心。

如今移动电子市场正在繁荣，每年数十亿的元件生产和数十亿的美元利润。而锂电池则是现代电子消费市场的中心。锂电池如今受欢迎的程度几乎让人难以置信，无论是笔记本电脑、移动电话还是iPod上都能发现它们的身影。因为绿色能源的呼声越来越高，锂电池也受到挑战。

近日，比尔·盖茨也在推特上呼吁研发新的更好的可再生的能源。他顺便提到，地球上所有的电池储存的电量只够全世界使用10分钟。但是由于我们的太阳不能按照我们的要求发光，风不能按照我们的意愿吹来，这些可再生能源的成功应用依赖于我们高效的储电能力。电化学电池，特别是锂电池，成为了最佳选择，因为它们把化学能转变为电能效率很高并且无有毒物质释放。

玻利维亚、智利和阿根廷拥有世界上最丰富的锂资源。南美国家巨大储量的碳酸锂盐可使汽车电池制造商持续使用几个世纪。智利SQM、美国FMC、德国Chemetal三巨头主导着全球70%以上的碳酸锂产能。

迄今，锂电池还不切合混合动力车或电动汽车的技术要求。我们面临的挑战是超越现在的化学技术从而生产更安全、更便宜、更大能量密度的电池，这非常困难。但是由于生态、经济和政治的回报以至于多个国家直接在电池技术研发方面投入了惊人数额的资金。过去十年，“先进的电池如雨后春笋般涌现”。

在电动车行业，早期在混合动力车投注中获胜的日本商人仍是最大玩家，许多汽车制造商和电池生产商联合起来以追赶领跑的日本人。

近日，美国麻省理工学院的科学家研制出了一种新型半固态液流电池，其成本仅为现有电动汽车所用电池的三分之一，但却能让电动汽车一次充电的行驶里程加倍。

新型液态电池

一般来说，在化学系统中有两种储存电能的方法。一种是标准的电池，其中电极的整个材料充作存储介质。这种电池可以储存很多能量但是能量的获取相对较难——因为充放电的速度很慢。另外一种是超级电容器。它只在电极表面储存能量。其充放电速度虽快却不能储存很多能量。

现在，电动汽车的发展受制于电池笨重、昂贵且浪费空间。例如，日产公司聆风(Leaf)电动汽车电池2/3的体积内充斥着提供结构支持但不产生电力的材料，非常耗电。

电池界一直以来的目标就是找到一种既能储存大量能量又能快速放电的材料，麻省理工学院的蒋业明教授认为他们研究出来的就是这种材料。

在普通电池内，离子通过液体或粉末电解液在两个固体电极之间来回穿梭，迫使电子在连接电极的外部电线上流动来产生电流。而在新电池内，电极为细小的锂化合物粒子与液体电解液混合形成的泥浆，电池使用两束泥浆流，一束带正电，一束带负电。

麻省理工学院的蒋业明教授表示，他们研制出的锂“半固体”流体电池每单位体积传递的电力是传统电池的10倍。新电池每制造出1千瓦时电力的成本为250美元，为现有电池成本的三分之一。而且，充电一次，电动汽车可行驶300公里，是现有电池的2倍。

蒋业明和其同事克雷格·卡特以及实业家斯鲁普·万尔德创办了一家公司专门研制这种电池，希望于2013年研制出电池模型。

锂电池隔膜标准正在修订 篇5

由中国塑料加工工业协会、中国电池工业协会联合主办的2014 锂电池、隔膜产业链市场与技术发展研讨会透露,《锂离子电池用聚烯烃隔膜》国家标准已经起草,目前正在进行数据验证与标准修订。该国家标准自2012 年开始起草,2013 年11 月形成了标准送审稿,12 月对标准进行了技术审查。目前正根据技术审查会意见,进行数据验证和标准修订。

据了解,该标准对隔膜外观、膜卷外观、厚度偏差、宽度偏差、弯曲度、拉伸强度、断裂伸长度、离子电导率、透气度等的技术要求和测试方法进行了规定,还对孔径均匀性、闭孔温度等7 项技术性能进行了研究和分析。

“锂电池国家标准的制定对规范隔膜行业发展会有积极意义。”高工锂电产业研究所(GBII)李振强认为,以目前国内隔膜行业发展情况来看,标准的制定难度会比较高,国内隔膜企业的技术水平参差不齐,产品性能差异也比较大,最后制定出的国家标准是否合理可行,现在还很难说。

锂电池隔膜测试方法评述 篇6

关键词：隔膜,锂电池,标准,测试方法

1 引言

隔膜是电池的重要组成部分[1，2],其具有电子绝缘性,因此可以隔离正负极,避免出现短路现象;同时具有离子导电性,可以保证电池的电化学性能。隔膜的性能对电池的容量、循环性能[3]、充放电倍率等关键特性有显著影响;尤其,锂电池隔膜对电池的安全性也有较大影响。所以,隔膜性能的优劣直接影响了电池的综合性能。人们用可测量的理化特性以及电化学特性表征评价隔膜,以判断其对电池性能的定量或定性影响。电池对隔膜的要求主要有:电子绝缘性高、离子电导率高、电化学稳定性好、易被电解液浸润、机械强度和尺寸稳定、厚度和其他性能均一等。表1 给出了隔膜的主要测试项目及其对电池的参考意义。

目前,国内尚未形成锂离子电池膈膜的统一测试标准,很多测试项目套用了塑料薄膜、纸制品、纺织品等行业的产品标准进行测定,某些隔膜测试项目还可根据不同原理进行测定。本文详细介绍了膈膜各个测试项目的原理、现有标准及其测试方法,并对其进行了评述。

2 隔膜的基本属性

2.1 红外光谱

红外光谱可用于确定隔膜的化学组成,例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)等,图1 为几种常用锂电池隔膜的红外光谱图。通过了解隔膜的化学组成可初步定性判定隔膜的熔断温度、闭孔特性、电化学稳定性等基本特性。

图1几种常见隔膜的红外光谱图a.聚乙烯膈膜(PE);b.聚丙烯膈膜(PP);c.聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合膈膜(PP/PE/PP);d.陶瓷涂覆聚乙烯膈膜;e.聚偏氟乙烯膈膜(PVDF);f.聚酰亚胺膈膜(PI)。Fig1IRspectraofseveralcommonseparators a.Polyethyleneseparator(PE);b.Polypropyleneseparator(PP);c.Polypropylene/Polyethylene/Polypropyleneseparator(PP/PE/PP);d.Ceramiccoatedpolyethyleneseparator;e.Polyvinylidenefluoride separator(PVDF);f.Polyimideseparator(PI)

2.2 扫描电子显微镜(SEM)

扫描电子显微镜可直观的观察到隔膜的孔形貌、造孔均匀性及制备工艺,如图2 所示,扫描电镜可反映出隔膜的造孔不均、拉伸断裂、涂覆不均等问题。

图2 SEM所反映出的隔膜微观形貌(a)拉伸断裂(b)造孔不均(c)涂覆不均Fig 2 SEM images of separator(a)Tensile fracture(b)Uneven pore(c)Uneven coating

由于隔膜为绝缘高分子材料,目前大多测试方法采用离子溅射仪喷镀的方法解决电池隔膜在扫描电镜观察过程中放电的问题,但溅射Au、Pt等重金属离子的过程中有可能损伤和改变隔膜样品的原始形貌,如图3a、3b所示,经喷镀后隔膜上的微孔有断裂、阻塞等现象,因此样品不经过喷镀直接测定更加接近样品原貌,为减少电子束对样品的热损伤以及减少放电现象,建议采用低加速电压进行测定。如图3c、3d所示,低加速电压对样品损伤小,孔不易变形,可观察到隔膜细微褶皱,更接近样品原貌。

图3喷镀前后的隔膜电镜图(a)干法隔膜喷镀后(b)湿法隔膜喷镀后(c)干法隔膜未喷镀(d)湿法隔膜未喷镀Fig 3 SEM images of separators(a)separator prepared by dry process after evaporated gold plating(b)separator prepared by wet process after evaporated gold platin(c)separator prepared by dry process without evaporated gold plating(d)separatorpreparedbywetprocesswithoutevaporatedgold plating

3 隔膜的物理特性

3.1 厚度

厚度是锂电池隔膜最基本特性之一,目前关于厚度测试主要引用的标准有《GB/T 6672-2001塑料薄膜与薄片厚度的测定机械测量法》、《ASTM D374Standard Test Methods for Thickness of Solid Electrical Insulation》和《DIN 53370 Testing of plastics filmsDetermination of the thickness by mechanical scanning》,方法中主要对取样方法、仪器测试精度、测量压力、测量面积等进行了规定,由于以上3种标准均非针对锂电池隔膜制定,在实际测试中存在范围过宽,精度低等问题,不同精密测厚仪的厂家亦采取不同实验参数,致使测量结果有所出入,如表2所示,采用A、B两个厂家生产的精密测厚仪对同一样品进行测定,均执行GB/T 6672-2001标准,分辨率均为0.1μm,所得结果有一定差异。

由于电池隔膜材质较软,应尽量减小测量压力,测量头压力过大或测量面积过小则局部压强过大,有可能导致隔膜变形使所得结果不准确,若测量面积过大则对测量头与接触面的平行度要求较高,不容易达到。由表2 可看出由于A厂家的测量压强比B厂家的大,所以所得结果数据偏小。若采用非接触式测厚仪,则具有测量速度快,对样品无损伤等优点,但非接触式测厚仪多采用光学原理,为点测量,由于隔膜为多微孔的结构,测量结果波动较大,不利于厚度均一性的测定。

3.2 弯曲度

弯曲度主要指隔膜分切后产生的弧形,弧形明显时会造成叠片不齐,卷绕时产生涡状,造成极片外露进而短路。将隔膜条平铺于桌面上,与钢板尺边缘进行平行度的对比,可以得到隔膜的弧度。

3.3 透气度

透气度[5]反映隔膜的透过能力,一般采用Gurley法[6]进行测定,即一定体积的气体,在一定压力条件下通过1 平方英吋面积的隔膜所需要的时间。由于透气度的概念主要来源于造纸行业,所以现行主要参考其行业标准,主要有《GB/T 458-2008 纸和纸板透气度的测定》、《ASTM D726-1994 Standard Test Method for Resistance of Nonporous Paper to Passage of Air》和《JIS P 8117-2009 纸和纸板透气度和空气阻力的测定》,几种标准测试方法基本一致,仅是气体透过量有差别,由于透气度跟气体透过量是成正比例关系的,因此尽管执行标准不同可通过换算得到统一的数据。

3.4 孔隙率

隔膜孔隙率[7]的定义是空隙的体积占整个体积的比例,微孔材料中常见的孔通常包含通孔、盲孔、闭孔3 种结构。

目前孔隙率的测试方法主要有吸液法、计算法和测试法。

吸液法是将隔膜浸入已知密度的溶剂中,通过测量隔膜浸润前后的质量差计算出隔膜被液体占据的空隙体积作为隔膜的孔隙率,其计算公式如下:

选用的溶剂需与隔膜有较好的浸润性,通常采用十六烷、正丁醇等。该方法测试的是隔膜中通孔与盲孔的体积,在操作过程中会因为溶剂的挥发、隔膜表面溶剂的残留等原因造成误差较大,所得数据平行性较差,结果不易比较。

计算法是目前隔膜厂家广泛使用的方法,通常是通过骨架密度、基体重量、材料尺寸等计算出来,其计算公式为:

其中样品密度可采用已知原材的密度、真密度仪测量或注塑方法测量的结果。若用原材或注塑方法测试,得到的结果是包含通孔、盲孔与闭孔的,若采用真密度仪测试,其测量原理为气体置换法,测得的结果不包含内部空隙,因此所得结果应为通孔与盲孔的孔隙率。

测试法是通过毛细管流动分析仪或压汞仪测试得到。仪器测试法得到的结果与测试原理、实验条件的选择密切相关,且孔隙率为仪器根据孔径分布测量情况的计算结果。目前采用压汞仪测定孔隙率相关标准有 《ASTM D2873 Standard Test Method for Interior Porosity of Poly (Vinyl Chloride)(PVC) Resinsby Mercury Intrusion Porosimetry》和《GB/T21650.1-2008 压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度》,两种仪器的测试原理及具体方法将于3.5 中详细讨论。

3.5 孔径分布

隔膜的孔径分布[8]多采用毛细管流动分析仪或压汞仪进行测试。毛细管流动分析仪是通过泡点法[9]即采用惰性气体冲破已润湿的隔膜,测量气体流出的压力值,通过计算得到孔径参数,主要标准为《ASTM F316-03 Standard Test Methods for Pore Size Character-istics of Membrane Filters by Bubble Point and Mean Flow Pore Test》。压汞仪是采用压汞法即测量汞压入孔所施压力计算出孔径参数, 主要标准有《GB/T21650.1-2008 压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度》。

根据测量原理可知由于隔膜的微孔不是刚性结构的,在汞侵入的过程中会使孔发生变形,这就破坏了样品的原始结构,对结果产生影响,而压汞仪测试结果包含通孔和盲孔,毛细管流动分析仪测试结果仅包含通孔,对于电池而言,更重要的是隔膜对锂离子的穿透能力,因此在孔径分布测量方面毛细管流动分析仪更具优势,但测量过程中所选标准溶剂对样品的浸润性对测量结果影响很大,浸润性越好则测量结果越准确,因此应谨慎选择标准溶剂。

3.6 浸润性

目前对浸润性的测试主要有目测法和用接触角仪进行接触角的测量。

目测法是用微量注射器吸取电解液,滴加在隔膜上并开始计时,观察电解液何时将隔膜完全浸润,并停止计时。 目前并无测试标准, 可参考《Nasa/TM-2010-216099 Battery Separator Characteriza-tion and Evaluation Procedures for NASA's Advance Lithium-ion Batteries》中的方法进行测量。此种方法无法定量的表征隔膜对电解液的浸润性,但可用于甄别对电解液浸润性不好的隔膜,一般2~3s内可完全浸润的隔膜视为浸润性较好。

接触角仪测量方法为在隔膜上滴下电解液,测定液滴两端的距离与高度,计算出接触角,具体计算方法如图4 所示。

接触角仪可定量的给出电解液对隔膜的浸润性,还可通过捕捉液滴在隔膜表面铺展开来的动态影像计算出浸润速率等数据。该方法亦无参考标准,各个厂家可根据自己的需求制定该项技术指标,例如UBE认为接触角<37°则视为浸润性较好。

3.7 吸液率

目前吸液率采用吸液法进行测定,参考标准为《SJ-247-10171.7 隔膜吸碱率的测定》,该方法为碱性电池标准,采用的溶剂为碱液,用于测量锂离子电池时应替换为电解液,由于电解液的挥发等问题目前大多数采用对隔膜浸润性较好的有机溶剂进行测定,常用的溶剂为十六烷、正丁醇、环己烷等。采用浸液前后隔膜的质量差进行测定,具体公式如下:

其中A为隔膜吸液率;m1为浸泡前试样质量;m2为浸泡后试样质量。但由于所用溶剂为有机溶剂且隔膜本身质量较轻,该方法与溶剂的选择,实验过程中的操作有很大的关系,所得结果平行性也不甚理想,无法得到精确结果。

3.8 曲折度

曲折度(τ)是指平均有效毛细管状结构的长度与隔膜厚度的比值,其表达式为:

其中ls是离子透过隔膜的路径;d是隔膜的厚度。该值可通过计算得到,其计算公式为:

其中Nm为Macmullin值,该值将于5.2 详细介绍;ε为孔隙率。

3.9 电气强度

电气强度是测试电池隔膜绝缘性能的指标,一般采用电压击穿试验仪, 可参考标准《GB/T13542.2-2009 电气绝缘用薄膜第二部分:试验方法》中的50 点电极法进行测定。

4 隔膜的机械性能[10]

4.1 穿刺强度

穿刺强度的测试结果与穿刺针的规格、穿刺速率、下夹具孔的尺寸等有关,目前大多参考标准《ASTM D3763 Standard Test Method for High Speed Puncture Properties of Plastics Using Load and Displace-ment Sensors.》

4.2 拉伸强度与断裂伸长率

目前该项目采用的标准有《GB/T 1040.3-2006 塑料拉伸性能的测试》与《ASTM D882-09 Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting》,涉及到的实验参数主要有夹具距离、拉伸速率、试样尺寸等。一般该项目的实验参数不会对结果造成影响,因此在保证制样质量的情况下所得结果平行性较好,准确度较高。

4.3 混合穿刺强度

混合穿刺强度测试的是电极混合物穿透隔膜造成短路时的力,具体实验可参照《Nasa/TM-2010-216099》中的方法:将隔膜夹在电池正负极之间并置于2个平板中间,用一个直径为0.5 英寸的钢球作为接触面对其进行挤压,测量当正负极短路时所施加的压力。

混合穿刺强度通常用于评估电池发生短路的可能性。由于锂离子电池的隔膜必须夹在两个粗糙表面之间,在电池装配和循环充放电过程中粗糙的电极表面可能将隔膜刺破,因此混合穿刺强度是一个更好的表征电池隔膜的机械强度的方法,但该方法测量中使用的正负极片的涂覆工艺、电极材料等对结果影响很大,不能形成通用的指标,但作为电池生产厂家可通过该项目对隔膜质量进行管控。

5 隔膜的热性能

5.1 热收缩率

隔膜的热收缩率是指隔膜加热前后隔膜的尺寸变化率,主要参考标准有《GB/T 12027-2004 塑料-薄膜和薄片- 加热尺寸变化率试验方法》 和《UL2591-2009 Outline Of Investigation For Battery Separa-tors》,2 种方法主要不同点在于国家标准中是将样品至于高岭土床中尽行测试,UL标准中则采用两块钢板将隔膜夹在其中并施加50psi(0.344MPa)压力进行测试,该压力接近隔膜在电池中所受压力。由于UL标准的方法更接近于隔膜在电池中的真实情况,因此所得数据更有意义。

此外不同隔膜厂家根据各自产品的特点所选用的测试条件亦不同,一些隔膜厂家的测试条件如表3所示。

5.2 熔融温度

隔膜的熔融温度是指隔膜完全液化时的温度,可通过差式扫描量热仪(DSC)进行测量。DSC可用于测试隔膜基材熔点、判断闭孔温度、熔融(破膜)温度,例如PE材质的隔膜熔点在140℃左右,而PP材质的隔膜熔点在165℃左右,根据测量隔膜的熔点可初步判定该膜的耐热性能。

5.3 熔融破断温度

熔融破断温度是指隔膜受热时熔断的温度,可通过热机械分析仪(TMA) 进行测定, 可参照《Nasa/TM-2010-216099》中所述方法进行测定,所得结果如图5 所示,除熔融破断温度外,还可得到收缩起始温度及变形温度等信息。

此外还可采取在隔膜上附着重物,将隔膜置于程序升温环境中,通过观察重物何时落下得到隔膜的熔融破断温度。该方法目前并无统一标准,但可通过不同隔膜的横向比较来表征隔膜的耐温性能。

5.4 闭孔温度

目前闭孔温度的测量方法主要是电阻突变法,即在外界温度升温情况下测量浸于电解液中的隔膜两侧电阻,当电阻发生突跃时即为隔膜的闭孔温度[11]。该方法在《UL 2591-2009》与《Nasa/TM-2010-216099》中均有描述:将尺寸为60×60mm的隔膜浸于电解液中10min以上,电解液为1M Li Cl O4体系,将浸润电解液的隔膜置于测试夹具中,测试电极为2 个比隔膜稍小一圈的金属平板,两端用聚四氟包覆的金属板并施加50psi的压力压住来模拟电池。将整个测试系统至于可连续升温的烘箱中,从100±5℃至180±2℃以1℃/min的速率升温,隔膜温度采用J-type型热电偶测量。测量整个升温过程中的电阻,电阻明显升高的温度为闭孔温度。

Nasa是采用纽扣电池进行测试,但为在高温下保持纽扣电池系统的稳定性对其作出以下几点改变:(1)密封圈改为Nylon-6(Zytel)(2)采用高温电解液(可在200℃ 保持稳定)1M TFSI (lithium trifluo-romethanesulfonimide) 溶剂为PC (Polycarbonate)/TRIEDM(triethylene glycol dimethyl ether) v/v=1:1,采用交流阻抗法,升温速率3℃/min

6 隔膜的电性能

6.1 离子电阻/ 电导率

电导率是物体传导电流的能力[12],与电阻率互为倒数。隔膜的离子电阻率/ 电导率直接影响电池的内阻,因此测量隔膜的电阻是非常重要的。离子电阻率的计算公式为:

其中Rs为测量得到的隔膜电阻,单位为 Ω;A为电极的面积,单位为cm2;I为隔膜的厚度,单位为cm。

离子电导率的计算公式为:

离子电导率的测量装置可参考闭孔温度的测量装置,方法采用交流阻抗法,为了消除电极电阻以及接触电阻等等的影响,应多次测试多层隔膜下的电阻值,并把测试结果进行线性拟合,斜率值即为该隔膜电阻值。

5.2 Mac-Mullin值

Mac Mullin值是指隔膜电阻率与电解液电阻率的比值,用符号Nm表示。其计算公式为:

其中 ρs为隔膜电阻率;ρe为电解液电阻率。实际上Nm值比离子电阻率更能表征隔膜的离子透过性,因为其消除了电解液对结果的影响。

7 结束语

锂电池行业双面涂布技术综述 篇7

1双面涂布机特点[1,2,3]

与单面涂布机相比, 双面涂布机的优势有:单、双面同时涂布, 设备利用率及生产效率较高, 设备投入成本低;涂布机数量减少, 设备占用面积相应减小, 厂房投入成本低;设备数量的减少也引起操作人员数量的降低, 人力成本随之降低;烘箱采用悬浮式烘箱, 避免了单面涂布机反面涂布时正面涂层受背辊挤压, 造成涂层磨损的问题, 提高了涂布质量;能耗降低。

但是, 双面涂布也存在一些技术难点:双面涂布在进入烘箱之前两面涂层均未烘干, 此时, 极片的平整度和张力的均匀度较难控制, 它直接决定极片正反面重量的一致性及表面质量的优劣, 是需要重点关注的技术点;烘箱的结构采用全悬浮式烘箱, 方能保证涂层的完好, 由于没有过辊的支撑, 基材在烘箱中的位置精度不易控制, 对机头结构、烘箱风嘴结构、热风速度及流向等要求苛刻。

2双面涂布机分类

双面涂布机的设计依据其烘箱结构的不同分为双层烘箱式和单层烘箱式两种。

2.1双层式烘箱

双层烘箱式双面涂布机设置有上下两层烘干通道, 与传统的单双面分开涂布的方式相比, 此种涂布机在平面上节省空间, 但在高度方向上需要空间加倍, 同时由于烘箱数量不变, 对于空间、能耗、涂布质量的改善力度有限。

2.2单层式烘箱

单层烘箱式双面涂布机在烘箱同一侧设置两个涂布模头, 分别用于正面涂布和反面涂布, 相比于传统涂布机, 此种涂布方式只需增加一套涂布装置即可, 能够在空间、设备数量、人力成本及能耗方面有所降低。同时, 正反面涂层均经过烘箱一次, 可以消除二次烘烤对正面涂层质量的影响。

3双层烘箱式双面涂布机结构特点

黄志刚[1]等研发了一种双面涂布机, 包括放卷机、第一、二面涂布头、第一、二面烘干箱、摆角纠偏装置、过辊装置、工作站台、浮动张力装置、放带机构与炉口过辊组件。其中, 第一面烘干箱与第二面烘干箱相平行, 第二面烘干箱位于上层, 第一面烘干箱位于下层。第一面涂布头机构位于第一面烘干箱的入口处, 第二面涂布头机构位于第二面烘干箱的出口处。

钟智帆[2]研发了一种涂布机结构, 包括由正向和反向涂布头构成的涂布装置、开卷机、收卷机和加热烘干装置 (图1) 。加热装置的结构为两道独立运转的烘箱按上下叠加的方式放置, 两道烘箱之间设有平台作为支撑和间隔, 开卷机、收卷机和涂布装置分别设置在上下烘箱的两端, 可以缩小设备占地面积, 提高生产效率。同时, 上下烘箱可以相互保温, 上烘箱可以降低下烘箱向上的温度损失, 下烘箱可以降低上烘箱向下的温度损失, 从而降低加热功率, 减小能耗。

钟学安[3]等将上下两层烘干箱进行合并, 在同一个烘干箱内部设置上下两层通道。烘干箱设有上下两层热风喷口, 下层热风喷口进口处安装第一面涂布装置, 上层热风喷口出口处安装第二面涂布装置。工作时, 基材经过第一面涂布装置后进入下层热风通道烘干, 之后经过第二面涂布装置再进入上层热风通道, 最终实现双面涂布。

此项技术虽然由双层烘箱更改为单层烘箱, 但其单双面烘干通道独立分开, 相对双层烘箱来说, 能够节省一定的高度, 但从本质来讲, 其仍然可以视为双层烘箱。

总而言之, 双层烘箱式双面涂布机不能很好地解决传统涂布方式带来的不良影响, 其主要作为双面涂布技术研发的跳板, 提供解决思路和方向。

4单层烘箱式双面涂布机结构特点

4.1两个涂布头均位于机头

植松育生等[4,5]发明一种双面涂布设计, 两个涂布头均安装于机头位置, 第一面与第二面均涂覆涂层后极片再进入烘箱, 实现了真正意义上的双面涂布。其设计分为三种类型。

4.1.1先第一面涂布, 再第二面涂布, 从放卷机构至烘箱阶段极片张力相同 (图2) 。第一、第二涂布头分别在相对应涂覆辊的作用下进行涂布, 随后两面涂覆完毕后的极片进入烘箱干燥。其中, 第二涂覆辊42由小径部42a和大径部42b组成, 保证小径部对应涂覆区, 大径部对应留白区, 如此即可保证第一面的涂布质量。同时, 涂覆辊上开有空气送出口43, 可以对基材喷出空气, 防止第一面涂层与涂覆辊接触。

4.1.2第一面、第二面同时涂布, 从放卷机构至烘箱阶段的张力分为两个部分 (图3) 。机头结构依次为夹入辊21、张力传感器22、两面涂布头70、夹入机构80、干燥装置。此种设计方法可以调整夹入辊21和夹入机构80之间区域Q1的张力成为适合涂布的张力, 而夹入机构80和干燥装置50之间的区域Q2亦可以独立调整为适合干燥的张力, 过程张力可控, 更好地保证了涂布质量。

4.1.3先第一面涂布, 再第二面涂布, 从放卷机构至烘箱阶段张力分为三个部分 (见图4) 。从夹入辊21支吸引辊30之间区域E1调整为适合第一面涂布的张力, 吸引辊130和夹入机构80之间的区间E2调整为适合于第二涂布的张力, 夹入机构80和干燥装置50之间的区间E3能够成为适合于干燥的张力。此种方法为第二种设计方法的进一步优化, 具有更高的张力控制手段。

黄春章也提出双面涂布的方法[6], 先第一面涂布, 再第二面涂布, 机头所有区域张力相同。

以上双面涂布方式, 由于两面均有湿涂层, 无法使用支撑辊传送, 基材在左右和上下方向很容易发生位置的偏移和波动, 会导致涂层边缘的不整齐和厚度的不均, 不利于涂层的精确涂覆。因此, 针对问题研究人员又提出进一步的改善措施及解决办法。

4.2两个涂布头均位于机头, 同时保证基材位置的相对固定

4.2.1优化涂布辊, 在基材宽度方向施加从中间向两侧的张力, 保证基材平整。中畑政臣等[7,8]对涂布辊进行优化, 使基材在宽度方向受一定的拉伸力, 保证涂布过程中基材表面的平整和位置的固定。

对辊子结构提出四种优化方式和四种可行的涂布方式 (图5) :涂布辊轴体为圆柱形, 轴向两侧的辊径大于中间的辊径;涂布辊由四个圆柱形柱体组成, 两侧辊径大于中间辊径, 柱体间通过等速万向节连接;涂布辊为齿轮结构, 两侧的辊径大于中间的辊径;涂布辊为旋转结构, 由四个圆锥台状辊子组成, 两侧直径大于中间直径, 两侧辊子通过轴体连接, 中间辊子通过等速万向节连接。

这四种结构在涂布过程中两侧辊子的圆周速度均大于中间辊子的圆周速度, 在基材宽度方向产生向两侧拉伸的作用力, 保证基材位置的准确性和表面的平整度。

4.2.2在两侧留白区增加特殊装置, 保证基材平稳。渡边敦[9]也设计了一种能够防止基材颤动的涂布装置, 在基材两侧留白区安装了一对旋转体, 该旋转体能够在基材水平及垂直方向上进行距离的调整, 从而较好地控制基材的张力, 防止了运行过程中基材的抖动及涂层厚度不均的问题。该旋转体可放置在涂布头前、涂布头后以及前后均设置。

4.2.3优化挤压模头结构, 在保证涂层厚度均匀性的前提下由模头控制基材张力。黄春章提出了一种特殊结构的正反面涂布模头[10], 可在没有支撑辊的前提下保证涂层厚度和基材张力。沿基材前进方向在正、反面涂布模头上设置上唇、下唇, 上唇外端为直角, 上唇高度低于下唇0.5-2mm。涂布时, 基材与上唇接触, 不与下唇接触, 此时上、下唇与基材形成一定的空间, 此空间即是有效涂布空间, 直接决定涂层的厚度。有效涂布空间的大小可以通过改变正反面涂布模头与基材的角度进行调整 (图6) 。

正面涂布模头放大图反面涂布模头放大图

5结语

低温锂电池的研究应用现状 篇8

普通锂电池由于其低温性能不佳, 限制了其在低温环境下的应用。低温锂电池则采用特殊材料和工艺制成, 适合于零下的寒冷环境中使用。低温锂电池按使用环境不同可分为:民用低温电池 (-20度0.2C放电在额定容量的90%以上) 、特种低温电池 (-40度0.2C放电在额定容量的80%以上) 、极端低温电池 (-50度0.2C放电在额定容量的50%以上) 。

2 低温锂电池的研究现状

目前低温锂电池的研究主要在普通锂电池的基础上改进电解液和电极材料, 使其获得较好的低温性能。杨春巍[《电化学》, 2011, 01, 63-66]等研究了含FEC溶剂电解液的低温性能及其与磷酸铁锂正极和中间相碳微球负极的匹配。结果表明, 该电解液具有较高的低温电导率, 可在1.6 V与负极反应成膜, 提高负极稳定性。王洪伟等向电解液中添加碳酸亚乙烯酯 (VC) , 可提高负极界面和导电性与稳定性。在低温下放电, 电解液中添加VC的电池的放电电压比不加VC的电池提高25%。卞锋菊等[《电化学》, 2013, 04, 355-360]通过磷酸铁锂/碳电池研究了电解液添加氟代乙烯碳酸酯 (FEC) 对电池低温性能的影响。实验证明, FEC添加剂能够在负极表面形成良好的固体电解质界面层。电解液中添加15%FEC后, 电池-40度低温放电容量保持率从31.7%提高至43.7%。李小平等[《电化学》, 2013.03, 237-245]以丙酸乙酯作为碳酯乙烯酯、碳酯甲乙酯和碳酯二甲酯的共溶剂, 结果表明, 其可提高碳酸酯电解液的离子电导率, 改善电解液与正负极材料的相容性, 从而提高电池的低温性能。洪树等[《中南大学学报》, 2016, 03, 717-723]研究氟代碳酸乙烯酯添加剂对锂离子电池用碳酸丙烯酯基电解液低温放电性能的影响。结果表时, 在PC电解液添加5%质量分数的FEC时可以在石墨电极表面形成完整肯致密的SEI膜, 电池在-20度和-40度低温下0.5C放电容量可达98%和87%。赵锦成等[《电池》, 2013, 04, 192-194]向常规电解液中添加溶剂乙酸乙酯和碳酸丙烯酯, 制得的锂离子电池在-40度电池的放电容量分别为室温放电容量的71%和41%。肖利芬等人[《电池》, 2004, 01, 10-12]研究了由环状的乙烯碳酸酯和几种脂肪烷基碳酸酯混合物组成的二元及多元溶剂电解液体系的低温导电行为。结果表明, 以最优的四元溶剂体系组装成的锂离子电池在-40度下以0.1C放电仍能放出常温容量的59%。以上为通过改进电解液体系而提高电池的低温性能。而关于电极材料的改进, 崔航等人[《东莞理工学院学报》, 2015, 05, 69-72]用填充及表面包覆方法对多孔的天然石墨进行改性处理, 制备了致密高硬度的石墨负极材料, 结果表明, -20度放电容量保持率可达70%以上。谢晓华等人[《全国化学与物理电源学术年会》, 2009 (S1) , 113-114]采用电导率较高的碳纳米管作为磷酸铁锂电极的导电剂, 结果表明, 碳纳米管在电极中易形成良好的导电网络, 减轻电极的极化, 能有效改善磷酸铁锂电池的低温性能。何伟宁[发明专利公开号:CN103427084A]公开了一种超低温锂电池正极浆料, 由90%~94%钴酸锂、2%~6%导电剂和2%~4%粘合剂组成, 通过控制正负极导电剂的含量及种类, 降低锂离子在固相液相的传输过程, 以及电极/电解液界面的电荷传递过程中受到的阻力, 表现出优异的低温性能。发明专利CN103151497A提供了一种低温锂离子电池负极材料的制备方法, 采用球磨机对天然石墨进行球磨细化处理, 然后进行软碳包覆改性, 再进行硬碳包覆, 最后再对软-硬碳双层包覆改性天然石墨进行固化和碳化得到最终的改性天然石墨。所制备的低温锂离子电池低温性能优良。发明专利CN105470556A公开了一种能适应低温环境的锂电池, 其电解液由以下质量百分数的原料组成:碳酸乙烯酯0.165%~0.2%、二甲基碳酸酯0.27%~0.3%、碳酸钾乙酯0.2%~0.25%、丙烯酸乙酯0.9%~1.0%、碳酸丙烯酯0.045%~0.05%、碳酸亚乙烯酯0.015%~0.02%、四氟硼酸锂0.03%~0.04%、六氟磷酸里0.13%~0.15%、氟代碳酸乙烯酯0.02%~0.03%;锂电池于常温下首次放电容量为60.657Ah, 于零下32±5℃下首次放电容量为54.548Ah, 其充放电效率为90%左右;通过对电解液成分及配比的改进, 显著提高了电池抗低温能力, 大大提高了锂电池的安全性能, 能广泛适用于纯电动汽车领域。发明专利CN105390695A公开了一种石墨烯超低温动力锂电池, 正极材料混合物包含纳米颗粒正极材料、正极粘结剂、正极混合导电剂以及正极溶剂。其中, 纳米颗粒正极材料为磷酸铁锂纳米颗粒, 正极混合导电剂中按重量份数计包含:97~99份正极导电剂基料、0.2~0.4份石墨烯、0.2~0.4份SP、以及0.2~0.4份KS-6。

3 结语

锂电池处“患”不惊 篇9

很多人仍对去年那场笔记本电脑电池的大规模召回事件记忆犹新，一场类似的事件又开始再度袭扰业界：8月中旬，全球最大的手机生产商诺基亚公司宣布召回4600万块手机锂电池；同样是在8月中旬，东芝公司宣布，由于存在过热和火灾的隐患，该公司主动召回1400台笔记本电脑的电池；紧接着，8月下旬，一位美国用户使用的戴尔笔记本电脑的电池突然爆炸起火，虽然火灾并未造成人员伤亡，然而这位用户的文件和资料都付之一炬……

电池门事件再度来袭？

处惊不乱

诺基亚方面宣布，该公司产品中使用的部分由松下制造的锂电池，在充电时可能会出现过热的问题，公司将主动召回这些产品，并为用户更换电池。据悉，此次召回事件涉及的产品型号众多，数量多达4600万块，这也是业内最大规模的一起电池召回事件。该起事件与随后的东芝以及戴尔笔记本电脑事件，均明白无误地昭示出：电池工业正在面临着一场巨大的挑战。

松下方面则表示，电池的相关问题是在制造过程中产生的。具体来说，就是一个用于防止短路的绝缘层发生破损时，过热现象就会产生。诺基亚的统计也表明，迄今为止，松下锂电池造成的过热问题仅报告了100起（即百万分之二的比率），而且没有造成严重伤亡事件。

专家认为，不断发生的电池召回事件，一方面体现出企业对于用户更加审慎负责的态度，另一方面也表明电池生产方面仍然存在诸多问题。

20世纪90年代以来，可充电的锂电池一直是笔记本电脑和手机产业飞速发展的重要因素之一。由于价格相对便宜、重量轻、电量足、环保性能好，锂电池得到了用户和业界的广泛认可，成功跻身于主流市场，并应用于电脑、手机、PDA等产品。广泛使用的锂电池引发了便携电子产品的一场革命，它将大量的能源浓缩在非常小的空间中，并且能让用户得到更长的使用时间。然而，从另外一方面来看，由于锂电池产生的电流更大，制造工艺也更加复杂，因此它更容易出现发热甚至过热的情况，万一造成短路，其后果也更加严重。

一些分析人士指出，手机和笔记本电脑产业的发展速度，已经远远超过了电池技术的发展速度，在这些产品功能日趋完善的同时，它们对启动电流、工作电流、待机电压等指标，以及对锂电池的整体性能也提出了越来越高的要求。以个人电脑中的CPU为例，自从问世起至今，CPU的性能已经提升了几百倍，然而笔记本电脑的电池容量却始终变化不大。

对于目前的锂电池技术，也有一些专家提出质疑。日本东京理工大学教授Masataka Wakihara就认为，笔记本电脑和手机所使用的锂离子电池的底层技术是不安全的，根本达不到满足其使命所要求的标准，需要重新进行设计。Wakihara还抨击了电池制造商，他表示：“电池制造商还处在学习阶段，因为制造技术还不太成熟。问题是，当前锂离子电池在设计上存在根本性缺陷，要避免安全问题，就必须要彻底改变制造方式。”他将锂离子电池形容为“危险的能量盒”。Wakihara的观点得到了日本全国高级工业科技协会电池研究部门主管Kuniaki Tatsumi的支持，Tatsumi也认为：“电池制造商很少关注电池的安全性设计。”

尽管如此，主流舆论和多数专家仍然认为，锂电池虽然具有一定的局限性，但是在可预见的未来，它仍将是IT产品中最实用的电池技术。

后继有人

其实，技术人员找寻锂电池替代物的努力从来没有停止过，而在当前，看起来燃料电池技术似乎最具备承接锂电池衣钵的资质。

燃料电池并不是什么新鲜事务，早在180年前，英国人W.Grove就提出了氢和氧反应可以发电的原理，而这正是燃料电池的立身之本。

燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其转变为电能。从这一点来看，燃料电池和其他化学电池，譬如锰干电池、铅蓄电池等都是较为相似的。然而，燃料电池在工作时需要不断地向其提供燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池有着极大的不同。正是由于它把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，因此被称为燃料电池。

多年前，就有一些日系厂商开始设想将燃料电池用于笔记本电脑，他们乐观地表示，将在未来几年大力推广采用燃料电池的笔记本电脑。遗憾的是，这一幕至今仍未成为现实，而且也少有证据表明我们距离燃料电池越来越近了。

在一些“概念型”产品上，我们倒是时常目睹到燃料电池的应用。三星最近就展示了其超便携式笔记本电脑Q35，据悉，有了其配套燃料电池的支撑，Q35能够在每天使用8小时的情况下，连续工作1个月的时间。与三星在去年底的同类展示相比，新型燃料电池在待机和工作方面的表现相差无几，但是“三围”明显小了不少，这也表明它距离商用越来越近了。三星方面也表示，Q35燃料电池笔记本电脑目前正在测试中，有望在2007年年底正式推向市场。

8月27日，索尼公司表示，该公司开发出一种使用食糖的环保型燃料电池，这种电池产生的电流足可以带动一个MP3音乐播放器和一对音箱。据了解，这种电池的外壳是由用蔬菜制造的塑料制成，只需在其中倒入糖溶液，生物酶就会分解糖溶液进而产生功率为50毫瓦的电流。索尼表示将把这种燃料电池投入商业应用，不过该公司没有披露具体的时间表。

专家表示，燃料电池兼备了无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作等优点，而且工作的副产品只有水和热量，无噪音，基本无污染，效率比起一般的发电系统也高得多，比起常用的锂电池和聚合物锂电池要干净和环保得多。另外，相对于一般的锂电池，燃料电池能够在容量相同的情况下，把电池做得更小，或者在电池体积和重量相同的情况下，把电池容量做得更大。

不过，燃料电池的优点尚不足以令它顺理成章地替代锂电池的地位。同时，燃料电池目前的一些缺点也将阻碍它的应用和普及。譬如，燃料电池用来在低温下生成氢所需的白金催化剂的成本比较昂贵，电力密度也较低，整体成本远远高于锂电池；其次，在工业生产中，燃料电池产生的水和热量可以轻而易举地进行循环再利用，但是在笔记本电脑、手机等IT产品中，这些热量和水如何进行处理将是一大难题；最后，燃料电池和我们现在使用的锂电池不同，它不可以充电，要想持续使用，必须不断补充燃料（电解质）。如何让用户方便地取得燃料，并不是件容易事，同时用户理念的转变也将是横亘在燃料电池普及路上的一座大山。

尤为重要的是，目前我们尚不能证实燃料电池比锂电池更安全。

编辑点评：

锂电池产业:透过资本幻象看本质 篇10

当然, 资本市场从来都是争分夺秒的, 自从我国把新能源汽车列为“十二五”战略性新兴产业重点扶持对象之后, 上半年新能源电池同比增长128%。在比亚迪锂电概念股的带领下, 锂电产业上下产业链也均高歌猛进, 涨势喜人。在这看似喜人的锂电产业热潮下, 到底是资本膨胀的虚假繁荣, 还是经济市场的真实需求, 都需要我们理清思路, 透过表象看本质……

最具吸引力的资本数据诱惑

低碳经济时代, 我国在新能源及节能减排方面取得了快速发展, 锂电池由于具有较高的能量及更具有环保性, 已经开始全面取代传统的铅酸、镍氢和镍镉电池, 成为21世纪最重要的储能元件。其发展的技术水平快慢将直接影响整个新能源产业的发展速度和质量。随着HEV混合动力汽车、3G手机和其他电动工具的快速发展, 国内锂电池市场份额将快速增长, 其行业拥有巨大的发展潜力。

2001年以来, 我国锂电池产业随着深圳比亚迪、邦凯电池等锂离子电池企业的迅速崛起开始而步入快速发展期。2006年至2009年, 我国锂电池产业每年都在以20%-30%的速度快速发展。目前我国已成为世界上最大的锂电池生产制造基地、第二大锂电池生产国和出口国。

尚普咨询发布的《2010年中国锂电池市场分析发展前景研究报告》显示, 锂电池将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一, 发展新能源汽车已经上升为国家战略, 目前国家已提出了发展方向、战略目标、主要任务及政策措施, 随着一系列新能源汽车扶持政策即将出台, 中国新能源汽车在“十二五”期间将快速发展, 届时将带动锂电池行业快速增长, 并向人造卫星、航空航天和储能方面拓展。

按照即将出台的《新能源汽车产业发展规划》的一些数据显示, 到2020年, 我国新能源汽车累计产销量将达到500万辆。其中, 中、重度混合动力乘用车占乘用车年产销量的50%以上。“新能源汽车的动力主要是以锂电池等动力推动。因此, 锂电池将随着新能源汽车产业的逐步市场化而具有强大的盈利空间。”

电池材料也是锂离子电池产业链的关键环节, 占据着锂离子电池成本约30%的正极材料销售趋势, 能很大程度的反应锂离子电池产业的发展现状。据赛迪顾问股份有限公司调查报告相关数据显示:近年来, 我国正极材料的销售基本上每年都有增长, 除了受到了经济危机的影响, 2009年的增长速度较低外, 基本上都保持在20%以上的增长速度, 2011年预计增长速度将会达到25.8%。作为国家政策大力支持的新兴产业, 在如此大环境的支持下, 锂电池企业驶入上市快车道是大势所趋。

据了解, 锂电池的快速发展还将带动锂电池电解液行业的快速发展。目前一块手机用锂电池只有4克电解液, 但一辆大型城市客运轿车的动力电池的电解液将高达20公斤, 这折射出, 一旦新能源汽车产业化, 从事电解液的相关企业将面临着爆发式的下游需求。

作为战略性新兴产业的重要组成部分, 锂电池产业已然吸引了不少外资的眼球。尤以近年来国际众多风险投资、券商及投资机构纷纷将目光投向锂电池产业, 并发布了大量行业分析报告, 一致看好锂电池产业。巴菲特注资比亚迪, 带动整个行业空前火爆就是个很好的开始。

还待挖掘的市场和技术缺陷

有专业人士分析认为, 新能源产品不是努力就能做好的, 没有上下游环节的协同作战, 这几乎是个不可能完成的任务。我国加入“十城千辆”新能源汽车试点的城市数量已经超过25个, 每个城市都宣布了少则百辆、多则上千辆的新能源汽车示范计划。但这个宏伟的计划却因为新能源汽车成本高、技术不够成熟、充电站少等原因面临尴尬。真正上路运行的新能源汽车数量远不如规划的数量, 已经在路上跑的新能源汽车也是故障频出, 运行效率和传统汽车不可同日而语。除了外在因素, 新能源的纯电动汽车制造商和电力供应商、电池生产商之间的利益纠葛也是“剪不断、理还乱”。与此同时, 一些全球混合动力系统制造的执牛耳者, 尽管已经把最先进的技术都带到了中国, 但却被泼了冷水。

相比普通的铅酸电池, 锂电池的身材虽然已是相当“轻盈”, 相同的电容量, 锂电池的重量只是普通电池的1/3, 但它的寿命却比普通电池长4-5倍。“但由于生产成本高, 锂电池要比普通电池贵, 一块10安时的电动车用的普通电池, 售价大概500元左右, 而同规格的锂电池约要1000元, 而且这种锂电池不怕丢, 普通的电动车装不上, 若没有原厂配套的充电器, 也充不上电。”锂电相关人士介绍。

我国的新能源汽车开发刚刚起步, 总体上还处于初级探索和跟踪外国技术阶段, 主要设备和材料都依靠进口。而这直接导致自主品牌新能源汽车少人问津。以中国新能源汽车的领军者比亚迪为例, 其宣称在电动汽车领域申请专利200项, DM (混合动力) 领域的专利在300项左右。但是比亚迪面临更多的还是质疑:“比亚迪举世闻名的‘磷酸铁锂电池’, 连学名都扯不清, 也不是独家专利;插电式混合动力F3DM去年只卖了365辆, 纯电动汽车E6卖了53辆。”

与民营企业比亚迪在纯电动方向上的执著相比, 一些合资企业在混合动力方面做得更为优秀。据了解, 丰田旗下混合动力的明星产品普锐斯, 在全球累积销量超过了300万台;本田方面也表示, 旗下两款主打混合动力车CR-Z和In-sight, 将于2012年以进口的方式引进中国;作为德系和美系车的代表, 大众和通用在混动方面也都有充分准备。

伴随着大量民间资本涌入锂电池行业, 以及地方政府对于锂电池产业乐此不疲的同时, 非汽车领域电池生产企业、锂电池上游材料生产企业纷纷进入动力锂电池生产领域。专业人士表示, 目前锂电池市场已经趋向饱和, 盈利空间日渐缩小。现在全国有约300家锂电池厂, 再过2年, 可能还会再多200多家, 然而10年后也许剩下的只有20家, 或者更少。

实际上, 低水平重复建设是包括锂电池在内的很多行业的症结所在, 现在各种电池厂家产能是很大的, 但都处于一个低端的水平。2009年上汽集团和美国A123的合作, 就能充分说明国内的大部分锂电生产企业还处在一个初级发展阶段。所以, 包括新能源汽车在内的整个新能源产业发展, 是一个长期的过程, 这可能需要50年或者更长的时间。要想其真正成为支柱产业则可能要等到石油等化石资源消耗殆尽之时。

巨大的锂电浪费催生新产业

锂电池商品以其电压高、体积小、质量轻、循环寿命长、自放电率小、能量密度大的优越性能, 迅速大规模地进入市场, 逐渐取代传统充电电池。由于锂电池性能日臻完善, 应用范围还将不断拓宽, 2010年我国锂电池产量达13.5亿只, 并以年均15%的增长率持续增加。目前, 我国已成为锂电池最大的生产、消费和出口国。

然而, 巨大的消费之后是惊人的废弃。据统计, 2010年全国移动电话用户达到8.59亿户, 如果平均每个用户两年以内更换一部手机, 每年会有2.86亿部手机被淘汰。按1部手机配2块电池计算, 就意味着我国每年大约会有5.72亿块手机电池废弃。我国锂电池废弃量由此可见一斑。

分析表明:锂电池平均含钴12%-18%, 锂1.2%-1.8%, 铜8%-10%, 铝4%-8%, 壳体合金30%。以钴为例, 一个重约40克的电池, 含金属钴约6克, 按每年报废1亿只计算, 即可回收大约600吨钴, 废锂电池中的钴含量比钴精矿含量还高!实现废锂电池的资源化回收, 可以有效缓解我国有色金属资源的短缺, 还可获得巨大的经济效益, 这也是推动废锂电池回收处理行业发展的主要动力。

虽然锂电池比起一次性电池对环境的影响小些, 但是它的正负极材料、电解液等物质对环境和人类的健康仍然有很大的危害, 美国已将其归为各类电池中包含毒性物质最多的电池。我国对大量废弃锂电池的处理方式主要还是填埋, 由于技术和经济等原因, 目前锂电池回收率不足2%, 既给环境造成巨大威胁和污染, 同时也是一种资源浪费。

锂电池寿命再长也有废弃的那一天, 使用越广泛、销量越大, 废锂电池也就越多。大量报废的锂电池若不进行合适的处理, 将带来一系列的问题, 包括占用大量的堆放空间、造成环境污染等。废弃的锂电池虽然不含对环境有危害的重金属, 但长期堆放可能使外壳受到腐蚀, 造成电解液泄露, 进入环境的有机电解液也将造成污染。因此, 减轻对环境的危害是目前处理废弃锂电池所需要解决的课题之一。

废弃的锂电池中含有大量不可再生且经济价值高的金属资源, 如钴、锂、镍、铜、铝等, 如果能有效地回收处理废弃或不合格的锂电池, 不仅能减轻废锉电池对环境的压力, 还可以避免造成钴、镍等金属资源的浪费。因此, 开发高效且环境友好的工艺与相应设备对废锂电池中的有价成分进行分离回收, 是建设资源节约型和环境友好社会的迫切需求。

到2020年, 我国新能源汽车累计产销量将达500万辆。中、重度混合动力乘用车占乘用车年产销量的50%以上。