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鋰離子電池組件電解液填充過程氣體在線監測解決方案

發布時間:2023-09-27

●2010年9月30,光谷創業街力興電源4樓近千平方米庫房失火。明火引燃庫房內存放的大量鋰電池,引發爆炸持續20多分鐘;
● 2023年5月11日,東莞發生一起鋰電工廠熱失控爆炸事故,主要燃燒物為聚合物鋰電池及原材料;
● 2018年,中國湖南一家理電池廠房內發生爆炸。據了解,爆炸的原因是由于車間內不明原因的火花,點燃了電池的溶劑。事故導致至少2人死亡,4人受傷;
● 2018年,臺灣蘇州工業園區一家鯉電池廠也發生了嚴重火災事故,事故導致18人死亡,18人受傷。據報道,火災起因是由于生產線上的設備發生故障,引發火災;
鋰離子電池(LIB)廣泛應用于移動和無線電子設備、電動工具、混合動力和電動交通工具等領域。然而,作為一種化學電源,其在過充、碰撞、擠壓等條件下的安全性能一直是人們所擔憂的問題。近年來,鋰電池工廠注液工序爆炸等事故頻發,輕則財產損失,重則危及生命。

鋰離子電池制備過程中,需要向電池內部注入電解液,在被注入電解液之前,電池極片被容納于電池殼體內,電池殼體表面留有注液孔。目前,在鋰離子電池的注液環節,將注液器對準電池注液孔,向電池內部注入電解液。

但是在鋰離子電池的電池組件電解液填充過程中,工藝會使用或產生可燃或有毒的氣體,超過這些氣體的安全濃度會使您的人員和設備處于危險之中。

因此,應用能夠在電池注液工序過程中有效檢測極其微量的電池電解液泄露的氣體傳感器檢測儀,可以有效提升工藝的安全性,保護人員和財產安全。

電解液是個啥?

01什么是電解液?

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站,在鋰電池的正負兩極之間起著能量傳導的作用。沒有它電流就無法產生。

就像人體物質的傳輸需要依靠血液一樣,電解液就是鋰電池內部物質傳輸的“血液”,對電池的能量密度、功率密度、循環壽命、安全性能、寬溫應用等起著關鍵性作用。

02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。

電解液三種主要成分按質量占比排列,分別為:溶劑占約80%~85%;鋰鹽占10%~15%;添加劑5%上下。但三種原材料的成本占比則完全不同,最核心的鋰鹽占比最高,現階段能達到50%~60%左右;添加劑10%~20%之間;溶劑則為25%左右。

①溶劑

有機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、環保性能優異、用途廣泛的化工原料,它是一種重要的有機合成中間體,分子結構中含有羰基、甲基和甲氧基等官能團,具有多種反應性能,在生產中具有使用安全、方便、污染少、容易運輸等特點。由于碳酸二甲酯毒性較小,是一種具有發展前景的“綠色”化工產品,
DMC具有優良的溶解性能,其熔、沸點范圍窄,表面張力大,粘度低,介質界電常數小,同時具有較高的蒸發溫度和較快的蒸發速度。
● 碳酸二乙酯(DEC)
C5H10O3,無色液體,稍有氣味;蒸汽壓1.33kPa/23.8℃;閃點25℃(可燃液體能揮發變成蒸氣,跑入空氣中。溫度升高,揮發加快。
當揮發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,把發生閃燃的最低溫度叫做閃點。閃點越低,引起火災的危險性越大。);熔點-43℃;沸點125.8℃;溶解性:不溶于水,可混溶于醇、酮、酯等多數有機溶劑;密度:相對密度(水=1)1.0;相對密度(空氣=1)4.07;
穩定性:穩定;危險標記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109℃,熔點-55℃,是近年來興起的高科技、高附加值的化工產品,一種優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量增大而延伸出的最新產品,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生燃燒。
沸點:248℃/760mmHg,243-244℃/740mmHg;閃點:160℃;密度:1.3218;折光率:1.4158(50℃);熔點:35-38℃;
在電池工業上,可作為鋰電池電解液的優良溶劑。
● 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,與乙醚,丙酮,苯等混溶。是一種優良的極性溶劑。是可燃物質,可以在高溫、明火或其他點火源的存在下燃燒。
毒理數據:動物實驗經口服或皮膚接觸均未發現中毒。

②鋰鹽
優質的鋰鹽對于鋰電池的能量密度、功率密度、寬電化學窗口、循環壽命、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、導電添加劑、阻燃添加劑、過充保護添加劑、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。

鋰離子電池組件電解液填充過程

氣體在線監測解決方案

涉及鋰電池生產車間或電解液溶劑存放的場所,需要安裝氣體檢測儀裝置進行全方位的24小時在線監測電解液氣體泄漏情況,避免一些安全事故的發生。

鋰電池生產過程中,特別是在電解液的儲液、注液等環節中非常容易產生易燃易爆氣體,這些氣體,一旦發生泄漏極易引發安全生產事故。

因此,按照安全生產法,需要在現場安裝相應的氣體檢測儀,作為守護企業生產安全的一道重要防線。當現場出現泄漏時,氣體檢測儀會第一時間發出聲光預警,最大限度保障人員和公司財產損失。

一般在鋰離子電解液填充過程中,多種溶劑混合在電解質中,如DMC(碳酸二甲酯)、EMC(碳酸甲乙酯)和DEC(碳酸二乙酯)等氣體,如果蒸發,這些溶劑可能會發生爆炸的危險!

理研計器可燃氣體檢測儀SD-1系列等檢測儀器專為監測生產鋰電池電解液填充過程中的DMC、EMC、DEC等有機溶劑揮發出來的易燃易爆炸氣體,防止區域內高濃度氣體的產生而發生爆炸。

SD-1系列等檢測儀器內置進口高精度傳感器,可實時測量識別空間內電解液氣體成分變化情況,具備壽命長、穩定性好、抗干擾能力強、安裝簡單方便等優點。

▼SD-1系列

● 防爆性能高;

● 可應對吸引式;

● 通過使用專用控制鍵,無需打開蓋子就能進行調整;

在氣體檢測儀使用上建議可以搭配工廠中的風機、閥門、噴淋系統等設備來使用,或者通過儀器內部開關量信號實現聯動,當檢測氣體超標即時報警,同時啟動/關閉聯動設備,有效保障現場人員安全。

▼SD-D58系列

● 防爆性能高;

● 搭載有大流量吸引泵;

● 搭載有低流量檢測傳感器;

▼GD-A80系列

●  防爆性能高;

●  可設置于狹小空間;

理研計器選型建議

作為從事鋰電行業安全檢測30多年的氣體檢測品牌,理研計器一直致力于為用戶選配適合原理的檢測儀,電解液有機溶劑揮發氣體主要具有易燃易爆炸的性質,但尚未設定具體容許濃度值(TLV-TWA等),所以在正常使用和處理條件下,通常不被認為具有明顯的毒性。

在歐美日本等地的鋰電池制造商、鋰電池材料制造商的相關電解液工序,都是以防止氣體爆炸為檢測目的,所以理研計器推薦型號SD-1RI作為電解液注入工序的氣體安全檢測設備。

RI 型號更適合電池注液工序氣體檢測環境,不易受有毒物質Si、HF的影響,后臺回復“注液”,即可獲取詳細資料!

結語

一次次的氣體爆炸事故,警示了所有鋰電企業在高速發展、產能增長的同時,安全生產管理更是重中之重,必須貫徹始終!

安全生產是關系人民群眾生命財產安全的大事,是經濟社會協調發展的標志。在生產過程中,通過安裝氣體檢測報警裝置,時刻檢測有毒有害氣體泄漏濃度,將風險隱患控制在源頭。圖片
理研計器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測器。未來,我們仍將不斷開發新產品、研發各項新功能,使得氣體檢測儀在應用上更先進、更適合日新月異的市場環境,致力于為用戶提供一個可靠、準確、安全的氣體檢測方案。

理研計器必將在未來氣體產業的生命安全畫卷中,添上濃墨重彩的一筆,守護人們的幸福生活,為生產和生活不斷創造新價值!為用戶選配適合原理的檢測儀,用成熟的工藝完善氣體檢測系統。

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