《电池原理与维护》课件.pptVIP

*************************************锂离子电池安全设计正负极材料选择安全性是电池材料选择的重要考量因素。在正极材料方面，磷酸铁锂(LFP)具有优异的热稳定性，分解温度高达350℃以上，远高于钴酸锂(~200℃)和三元材料(~250℃)。磷酸铁锂在高温下不释放氧气，大大降低了热失控风险。在负极材料方面，钛酸锂(LTO)虽然能量密度低于石墨，但几乎不形成锂枝晶，充放电速率高，且热稳定性极佳，是安全性要求高的应用的理想选择。部分硅基负极也采用核壳结构设计，提高安全性。隔膜设计隔膜是防止电池内部短路的关键屏障。陶瓷涂层隔膜通过在聚烯烃基膜上涂覆Al?O?、SiO?等无机粒子，提高了机械强度和热稳定性。这种隔膜即使在高温下也能保持形状，防止内部短路。安全关断型隔膜具有热响应特性，当温度超过特定阈值(通常为130℃左右)时，隔膜中的微孔会闭合，阻止离子传导，相当于一个自动断路器。多层复合隔膜结合不同材料的优势，提供更全面的保护。电解液添加剂电解液添加剂是提高电池安全性的经济有效方法。阻燃添加剂如三苯基磷酸酯(TPP)、含氟磷酸酯可以显著降低电解液的可燃性，减少火灾风险。过充保护添加剂如邻苯二甲酸酐、环己烷酮在电池过充时会聚合形成绝缘膜，阻止进一步充电。SEI膜形成添加剂如碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)可以帮助在负极表面形成稳定的SEI膜，减少副反应，提高安全性和循环寿命。气体抑制剂可减少电池在高温或过充条件下产生的气体量。电池安全保护装置保护电路电池保护电路是防止电池过充、过放和过流的关键组件。典型的保护电路包含专用的保护IC和MOSFET开关。当检测到异常情况时，保护IC会控制MOSFET断开电路，切断电流。现代保护电路通常集成多重保护功能，如过充保护（4.25-4.35V）、过放保护（2.5-3.0V）、过流保护和短路保护等。安全阀安全阀（排气阀）是电池产生过量气体时释放压力的机械装置。当电池内部压力超过设定值时，安全阀会破裂或开启，释放气体，防止电池爆炸。圆柱形电池通常在顶部设计有薄弱点作为安全阀；方形和软包电池则在封装边缘设计释压结构。安全阀动作会导致电解液流失，电池性能永久损失，但可防止更严重的安全事故。热熔断器热熔断器（温度保险丝）是一种在达到特定温度时永久断开电路的装置。它们通常直接集成在电池内部或电池包的连接线路上。当温度超过设定值（通常为70-90℃）时，熔断器内部的熔料熔化，断开电路。这种设计确保即使电子保护系统失效，也能通过物理方式切断电流，是防止过热和火灾的最后一道防线。集成保护系统现代电池特别是大型电池系统通常采用多重保护机制，形成集成保护系统。这种系统结合电子监控、机械保护和热管理技术，提供全方位保护。例如，电动汽车电池组通常包含单体监控、总电流控制、冷却系统、物理隔离和消防装置等多重保护。系统级保护需要考虑各层保护之间的协同，确保在任何单一保护失效时仍有其他保护机制生效。电池使用安全指南正确使用电池对于安全至关重要。充电时，应使用与电池配套的原装充电器或符合标准的认证充电器，遵循制造商推荐的充电程序。充电过程中应将电池置于通风处，避免覆盖导致散热不良，同时远离易燃物品。充电完成后应及时断开电源，避免过充。高温环境会显著增加电池安全风险，应避免将电池暴露在高温环境中，如阳光直射的车内、暖气旁或其他热源附近。电池在使用、存储和运输过程中应防止机械损伤，避免挤压、刺穿和跌落。发现电池鼓胀、漏液、异常发热或有异味时，应立即停止使用，置于安全处并联系专业人员处理。电池运输安全空运规定锂电池空运受国际民航组织(ICAO)和国际航空运输协会(IATA)严格管制。独立锂金属电池禁止作为客机货物运输；锂离子电池必须充电不超过30%。超过100Wh的锂离子电池需特殊申报，且数量受限。所有锂电池必须通过UN38.3测试，包括高度模拟、温度循环、振动和冲击等8项测试。陆运规定陆运锂电池主要遵循《危险货物运输建议书》(UNTDG)和各国本地法规。锂电池按UN3480(锂离子电池)或UN3090(锂金属电池)分类为第9类危险品。大型锂电池运输需使用符合要求的危险品运输车辆，配备灭火设备和防泄漏措施。司机需接受危险品运输培训，并持有相应资质。包装要求锂电池必须采用符合UN标准的包装，包括内包装和外包装。内包装应能完全包裹电池，防止短路和移动；电池正负极需绝缘处理。外包装需足够坚固，能承受1.2米跌落测试而不损坏。包装上需贴有第9类危险品标签和锂电池操作标签，注明UN编号和紧急联系电话。文件要求锂电池运输需准备的文件包括危险品运输文件、锂电池测试报告(U