动力锂电池及其产业中的安全防控技术研究

动力锂电池及其产业中的安全防控技术研究

张莹莹凌泽张凯庆

关键词：动力锂电池；产业；安全防控；技术

锂电池在航空航天和新能源汽车领域被得到广泛的应用，但是在其生产过程和使用过程中存在着很大的安全隐患，尤其是不按照相关制度标准进行生产和使用时，就会出现严重的安全事故，基于此现在越来越多的组织重视动力锂电池的生产安全防控。提高动力锂电池生产的安全，加强动力锂电池产业的安全防控，有利于保障人们的生命财产安全，促进动力锂电池产业的发展。

一、锂电池技术发展

锂离子电池的最初设想是由美国发明家爱迪生提出的，锂离子电池依靠锂离子在正极和负极之间移动来完成充电和放电，是一种高性能的充电电池。虽然十九世纪安迪生就提出了锂离子相关的科学理论，但是由于科学技术水平有限，再加上构成锂电池的金属元素的化学性质非常的活泼，当时的技术水平难以将其充分的利用和保存，所以在之后的很长一段时间都没有得到广泛的应用【3】。直到科学技术发展到二十世纪末，电子、军工利于充分的利用锂电池技术，尤其是二十一世纪新能源汽车的兴起，动力锂电池得到充分的应用，动力锂电池才逐渐的形成规模化产业。

二、动力锂电池安全性分析

由于碳负极嵌锂后电位与金属锂的电位很接近，部分锂离子没有进人负极活性物质形成稳定的化合物，而是沉积在负极表面成为金属锂，并逐步形成锂枝晶。随着循环次数的增加，内部极化加剧，锂枝晶不断生长，可能会穿透隔膜，引起正负极短路。由短路或挤压、过充中极易引发热失控，导致电极和电解液间产生的剧烈的化学反应甚至起火、爆炸等现象。这一安全风险在三元锂材料上表现尤为突出，200C左右即发生分解，而磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，在700-800C时才发生分解，因此，安全性相对较好。2016年初，工信部宣布开展对三元锂电池客车进行安全风险评估，暂停了三元锂电池客车列人新能源推荐车型目录，引起业界的强烈反响，提升三元锂电池的安全性、可靠性成为当务之急。

三、提升动力锂电池及其产业中的安全防控技术

除锂电池自身的安全性外，锂电池产业中的上下游生产及储存、运输等环节安全管理也至关重要，三星SDI天津工厂、美国托斯冠公司锂电池仓库等知名锂电国际企业均发生过火灾。动力锂电池安全防控技术要不断的提升，在对安全风险进行管控时采取国际上通行的失效安全措施，以防止动力锂电池的突然爆炸导致乘客的安全受到危害【1】。

（一）正极材料

锂电正负极材料体系非常的丰富，对很多正极材料的研究已趋于成熟。其中磷酸铁锂电池有安全性性能高、使用寿命长的特点，但存在能量密度偏低的弱点，是随着科学技术的不断发展，可以使用纳米材料来增加磷酸锂电池的能量密度，并且可以节约一定的成本，这极大的满足了新能源汽车生产商的需要，也促进了动力锂电池的应用和发展。

（二）负极材料

用于动力锂电池负极材料有很多，其中石墨和软硬碳是应用较为广泛的负极材料。硬碳和软碳可满足电池在较高倍率和较低温度应用的需求。钛酸锂负极材料虽然有优秀的倍率性能和循环性能，而且安全性也远高于石墨，但是它的使用成本高、能量比较低，并没有得到厂商的青睐。

（三）电解液

锂离子电池电解液一般以高介电常数的环形碳酸酯与低介电常数的现行碳酸酯混合，应满足电子电导率高、电子电导率低等要求，电解液应该朝着安全性能高、能够承受工作电压的方向发展。

四、锂电池产业中的安全管理

（一）锂电池生产企业的防火设计

首先要对锂电池成分的燃点进行了解，在储存锂电池时，要注意仓库温度和湿度的掌控，防止锂电池发生化学反应，发生爆炸。要制定严格的锂电池防火规范，管理锂电池时要严格按照规范进行管理，设置相关的防火措施。要明确火灾的危险性，并且按照规范进行防火处理，要设置科学合理的安全疏散出口，对锂电池企业的工作人员进行安全疏散演练和培训，提高安全意识，在发生火灾时能够有序的进行撤离。在锂电池企业要设置消防安全通道，在各个角落设置消防栓灭火系统和灭火器，在企业各个办公室、走廊等地设施烟雾报警器，并且要严厉禁止在企业内部抽烟，杜绝任何的火种带入企业，尤其是锂电池仓库。要设置防火墙，避免发生火灾时不蔓延到其他地方增强火势【2】。企业消防系统要与当地的消防系统、公安系统、医务系统相连，一旦发生安全事故，可以及时的通知相关部门前来，最大程度的减少人员伤亡和企业的损失。在对锂电池进行运输的过程中，要使用专业的运输工具，不能为了节省成本而使用常规的货车进行运输，这会加大安全隐患，运输人员要有安全意识，绝对不能带火种，在运输车辆也要有相应的灭火设备，在发生火灾时可以及时的扑救，避免安全事故的发生。

（二）锂电池火灾扑救

当锂电池企业发生火灾时，锂电池会将内部的化学物质挥发出来，导致烟雾浓度大，甚至会释放有毒的化学物质，这给锂电池火灾的扑救带来了困难。消防员在灭火时要佩戴相关的设备，防止在进行火灾扑救时发生安全事故。锂电池发生火灾和爆炸，一般的灭火器不能进行有效的灭火，要采用特定的灭火器进行灭火。

结束语：

动力锂电池在未来的很多领域多会被应用，尤其是新能源领域，所以加强动力锂电池产业的安全防控技术是非常有必要的。通过完善动力锂电池安全防控制度、增加风险预判、提高动力锂电池产业安全防控技术等措施，可以有效的提高动力锂电池的安全性，延长动力锂电池的生命周期，减少因动力锂电池的安全问题带来的伤害，保障人们的生命财产安全，促进动力锂电池产业的发展。

参考文献：

[1]甘良君.动力锂电池及其产业中的安全防控技术研究[J].科技经济导刊,2017(24):92+131.

[2]巫志鹏.锂电池生产过程中的安全问题[J].工业安全与环保,2005,31(12):52-53.

[3]李翔.锂电池产品质量安全监测及数据管理技术研究[D].天津大学,2014.