上次本文的开篇我们说到了电池技术发展的四大要素,本次我们接着探讨电池制造过程中的相关风险暴露。
2017年2月8日清晨,部分市民观察到位于天津市武清区的三星SDI工厂方向有大量黑烟,消防官兵随后紧急出动,赶到现场并扑灭了火灾。此事件后经证实,的确是天津SDI发生了火灾,起火点是成形车间常温存储区报废电池堆放区。
1 SDI工厂出现浓烟
SDI中国虽然是国内领头的锂电池生产企业之一,但在过往几年的运行过程中,多家工厂分别出现了多次意外事故。通过对本次天津SDI火灾事故的后续调查,我们了解到主要的事故原因是未能有效且安全地处理缺陷/报废电池。
锂电池实际生产中有如下工艺流程:
在锂电池的生产和测试过程中,如何有效地控制内短路风险是非常关键的一点。从锂电池设计、生产以及储存的整个流程中,相关风险的产生主要有以下几种原因:
设计缺陷原因导致
由于锂的充分活性,如果设计时未能考虑完全,如正极过量或涂布不均,都会导致后续的生产、储存过程风险增加,如稍有不慎,会导致锂电池内步热失控,可能会发生火灾或爆炸;此类风险主要集中在中小电池生产企业中,考虑到大型电池厂本身工艺及设计较为成熟,风险等级会稍有降低。
制造不良原因导致
隔膜制造工艺不良、点焊镍带工艺不精,导致电池在生产过程中内部出现问题,隔膜损伤或金属粉尘都有可能导致锂枝晶形成,局部发热严重,在后续充电中如未能及时发现,锂枝晶会随着充电而不断向四周生长扩散,形成电池内部热短路。
测试失误原因导致
在电池的封装及电池组的组装过程中都要经过相关测试,而在测试过程中,若电池组局部压力过大或单体电池的极片位移,也会引发内短路。
储存不当原因导致
储存过程中需要严格控制电池的电压和温度,应按照操作规范将电池电压控制在安全的存储电压范围内,并合理安排电池的摆放和间距,如上述任何一点出现问题,都有可能导致电池起火或爆炸。
回到本文开头提到的SDI天津火灾事故,考虑到锂电池本身的活性,仅仅放置在临时仓库中是不足以安全的处理内短路风险的。据我们了解,该客户后续也在如下四个方面进行了相应的风险改善措施:
- 生产过程中报废的锂电池将先行存放在车间水箱中,后续待每班次结束将其带出并到室外安全回收;
- 升级增强整个厂区的消防能力,全方位安装更新新型、高效型灭火设备;
- 升级了对电池老化单元的全面监控措施,安装了多个烟雾和温度火灾探测器,确保火灾爆炸发生后第一时间启动火警警报。
以上主要针对锂电池生产制造过程中的相关内短路风险进行了简要的分析。下一期,我们将接着探讨其他主要风险因素及相应的改善措施。
未尽之处也欢迎大家一起讨论。
资料来源:
(1)SDI工厂出现浓烟 蓝鲸财经记者工作平台 微博
(2)Dendrite-Free Lithium Deposition Induced by Uniformly Distributed Lithium Ions for Efficient Lithium Metal Batteries. Xin-Bing Cheng, Ting-Zheng Hou, Rui Zhang, Hongjie Peng, Chen-Zi Zhao, Jia-Qi Huang, Qiuliu Zhang
Published 2016 Materials Science, Medicine Advanced materials
(3)工艺 | 锂电池实际生产的工艺流程精讲 旺材锂电 微信公众号
(4)SDI China - Losses and Risk Improvements