鋰離子電池組件電解液填充過(guò)程氣體在線監(jiān)測(cè)解決方案

●2010年9月30，光谷創(chuàng)業(yè)街力興電源4樓近千平方米庫(kù)房失火。明火引燃庫(kù)房?jī)?nèi)存放的大量鋰電池，引發(fā)爆炸持續(xù)20多分鐘；
● 2023年5月11日，東莞發(fā)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(guó)湖南一家理電池廠房?jī)?nèi)發(fā)生爆炸。據(jù)了解，爆炸的原因是由于車間內(nèi)不明原因的火花，點(diǎn)燃了電池的溶劑。事故導(dǎo)致至少2人死亡，4人受傷；
● 2018年，臺(tái)灣蘇州工業(yè)園區(qū)一家鯉電池廠也發(fā)生了嚴(yán)重火災(zāi)事故，事故導(dǎo)致18人死亡，18人受傷。據(jù)報(bào)道，火災(zāi)起因是由于生產(chǎn)線上的設(shè)備發(fā)生故障，引發(fā)火災(zāi)；
鋰離子電池(LIB)廣泛應(yīng)用于移動(dòng)和無(wú)線電子設(shè)備、電動(dòng)工具、混合動(dòng)力和電動(dòng)交通工具等領(lǐng)域。然而，作為一種化學(xué)電源，其在過(guò)充、碰撞、擠壓等條件下的安全性能一直是人們所擔(dān)憂的問(wèn)題。近年來(lái)，鋰電池工廠注液工序爆炸等事故頻發(fā)，輕則財(cái)產(chǎn)損失，重則危及生命。

鋰離子電池制備過(guò)程中，需要向電池內(nèi)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(nèi)，電池殼體表面留有注液孔。目前，在鋰離子電池的注液環(huán)節(jié)，將注液器對(duì)準(zhǔn)電池注液孔，向電池內(nèi)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(guò)程中，工藝會(huì)使用或產(chǎn)生可燃或有毒的氣體，超過(guò)這些氣體的安全濃度會(huì)使您的人員和設(shè)備處于危險(xiǎn)之中。

因此，應(yīng)用能夠在電池注液工序過(guò)程中有效檢測(cè)極其微量的電池電解液泄露的氣體傳感器檢測(cè)儀，可以有效提升工藝的安全性，保護(hù)人員和財(cái)產(chǎn)安全。

電解液是個(gè)啥？

01什么是電解液？

電解液是鋰電池非常重要的一個(gè)組成部分，占整個(gè)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(zhuǎn)站，在鋰電池的正負(fù)兩極之間起著能量傳導(dǎo)的作用。沒(méi)有它電流就無(wú)法產(chǎn)生。

就像人體物質(zhì)的傳輸需要依靠血液一樣，電解液就是鋰電池內(nèi)部物質(zhì)傳輸?shù)摹把骸?，?duì)電池的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、安全性能、寬溫應(yīng)用等起著關(guān)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(zhì)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(xiàn)階段能達(dá)到50%~60%左右；添加劑10%~20%之間；溶劑則為25%左右。

①溶劑

有機(jī)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(lái)溶解鋰鹽的。電解液中的溶劑主要有環(huán)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(wú)毒、環(huán)保性能優(yōu)異、用途廣泛的化工原料，它是一種重要的有機(jī)合成中間體，分子結(jié)構(gòu)中含有羰基、甲基和甲氧基等官能團(tuán)，具有多種反應(yīng)性能，在生產(chǎn)中具有使用安全、方便、污染少、容易運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。由于碳酸二甲酯毒性較小，是一種具有發(fā)展前景的“綠色”化工產(chǎn)品，
DMC具有優(yōu)良的溶解性能，其熔、沸點(diǎn)范圍窄，表面張力大，粘度低，介質(zhì)界電常數(shù)小，同時(shí)具有較高的蒸發(fā)溫度和較快的蒸發(fā)速度。
● 碳酸二乙酯（DEC）
C5H10O3，無(wú)色液體，稍有氣味；蒸汽壓1.33kPa/23.8℃；閃點(diǎn)25℃（可燃液體能揮發(fā)變成蒸氣，跑入空氣中。溫度升高，揮發(fā)加快。
當(dāng)揮發(fā)的蒸氣和空氣的混合物與火源接觸能夠閃出火花時(shí)，把這種短暫的燃燒過(guò)程叫做閃燃，把發(fā)生閃燃的最低溫度叫做閃點(diǎn)。閃點(diǎn)越低，引起火災(zāi)的危險(xiǎn)性越大。）；熔點(diǎn)-43℃；沸點(diǎn)125.8℃；溶解性：不溶于水，可混溶于醇、酮、酯等多數(shù)有機(jī)溶劑；密度：相對(duì)密度（水=1）1.0；相對(duì)密度（空氣=1）4.07；
穩(wěn)定性：穩(wěn)定;危險(xiǎn)標(biāo)記7（易燃液體）。
● 碳酸甲乙酯（EMC）
分子量：104.1，密度1.00g/cm3，無(wú)色透明液體，沸點(diǎn)109℃，熔點(diǎn)-55℃，是近年來(lái)興起的高科技、高附加值的化工產(chǎn)品，一種優(yōu)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(chǎn)量增大而延伸出的最新產(chǎn)品，由于它同時(shí)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(wú)色液體，能夠在高溫和接觸火源時(shí)發(fā)生燃燒。
沸點(diǎn)：248℃/760mmHg，243-244℃/740mmHg；閃點(diǎn)：160℃；密度：1.3218；折光率：1.4158（50℃）；熔點(diǎn)：35-38℃；
在電池工業(yè)上，可作為鋰電池電解液的優(yōu)良溶劑。
● 碳酸丙烯酯（PC）
C4H6O3，無(wú)色無(wú)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(yōu)良的極性溶劑。是可燃物質(zhì)，可以在高溫、明火或其他點(diǎn)火源的存在下燃燒。
毒理數(shù)據(jù)：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)經(jīng)口服或皮膚接觸均未發(fā)現(xiàn)中毒。

②鋰鹽
優(yōu)質(zhì)的鋰鹽對(duì)于鋰電池的能量密度、功率密度、寬電化學(xué)窗口、循環(huán)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(duì)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(dǎo)電添加劑、阻燃添加劑、過(guò)充保護(hù)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(guò)程

氣體在線監(jiān)測(cè)解決方案

涉及鋰電池生產(chǎn)車間或電解液溶劑存放的場(chǎng)所，需要安裝氣體檢測(cè)儀裝置進(jìn)行全方位的24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)電解液氣體泄漏情況，避免一些安全事故的發(fā)生。

鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中，特別是在電解液的儲(chǔ)液、注液等環(huán)節(jié)中非常容易產(chǎn)生易燃易爆氣體，這些氣體，一旦發(fā)生泄漏極易引發(fā)安全生產(chǎn)事故。

因此，按照安全生產(chǎn)法，需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝相應(yīng)的氣體檢測(cè)儀，作為守護(hù)企業(yè)生產(chǎn)安全的一道重要防線。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)泄漏時(shí)，氣體檢測(cè)儀會(huì)第一時(shí)間發(fā)出聲光預(yù)警，最大限度保障人員和公司財(cái)產(chǎn)損失。

一般在鋰離子電解液填充過(guò)程中，多種溶劑混合在電解質(zhì)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(fā)，這些溶劑可能會(huì)發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)！

理研計(jì)器可燃?xì)怏w檢測(cè)儀SD-1系列等檢測(cè)儀器專為監(jiān)測(cè)生產(chǎn)鋰電池電解液填充過(guò)程中的DMC、EMC、DEC等有機(jī)溶劑揮發(fā)出來(lái)的易燃易爆炸氣體，防止區(qū)域內(nèi)高濃度氣體的產(chǎn)生而發(fā)生爆炸。

SD-1系列等檢測(cè)儀器內(nèi)置進(jìn)口高精度傳感器，可實(shí)時(shí)測(cè)量識(shí)別空間內(nèi)電解液氣體成分變化情況，具備壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、安裝簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。

▼SD-1系列

● 防爆性能高；

● 可應(yīng)對(duì)吸引式；

● 通過(guò)使用專用控制鍵，無(wú)需打開(kāi)蓋子就能進(jìn)行調(diào)整；

在氣體檢測(cè)儀使用上建議可以搭配工廠中的風(fēng)機(jī)、閥門、噴淋系統(tǒng)等設(shè)備來(lái)使用，或者通過(guò)儀器內(nèi)部開(kāi)關(guān)量信號(hào)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)氣體超標(biāo)即時(shí)報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)/關(guān)閉聯(lián)動(dòng)設(shè)備，有效保障現(xiàn)場(chǎng)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(cè)傳感器;

▼GD-A80系列

●  防爆性能高;

●  可設(shè)置于狹小空間;

理研計(jì)器選型建議

作為從事鋰電行業(yè)安全檢測(cè)30多年的氣體檢測(cè)品牌，理研計(jì)器一直致力于為用戶選配適合原理的檢測(cè)儀，電解液有機(jī)溶劑揮發(fā)氣體主要具有易燃易爆炸的性質(zhì)，但尚未設(shè)定具體容許濃度值（TLV-TWA等），所以在正常使用和處理?xiàng)l件下，通常不被認(rèn)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(guān)電解液工序，都是以防止氣體爆炸為檢測(cè)目的，所以理研計(jì)器推薦型號(hào)SD-1RI作為電解液注入工序的氣體安全檢測(cè)設(shè)備。

RI 型號(hào)更適合電池注液工序氣體檢測(cè)環(huán)境，不易受有毒物質(zhì)Si、HF的影響，后臺(tái)回復(fù)“注液”，即可獲取詳細(xì)資料！

結(jié)語(yǔ)

一次次的氣體爆炸事故，警示了所有鋰電企業(yè)在高速發(fā)展、產(chǎn)能增長(zhǎng)的同時(shí)，安全生產(chǎn)管理更是重中之重，必須貫徹始終！

安全生產(chǎn)是關(guān)系人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的大事，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的標(biāo)志。在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)安裝氣體檢測(cè)報(bào)警裝置，時(shí)刻檢測(cè)有毒有害氣體泄漏濃度，將風(fēng)險(xiǎn)隱患控制在源頭。圖片
理研計(jì)器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測(cè)器。未來(lái)，我們?nèi)詫⒉粩嚅_(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、研發(fā)各項(xiàng)新功能，使得氣體檢測(cè)儀在應(yīng)用上更先進(jìn)、更適合日新月異的市場(chǎng)環(huán)境，致力于為用戶提供一個(gè)可靠、準(zhǔn)確、安全的氣體檢測(cè)方案。

理研計(jì)器必將在未來(lái)氣體產(chǎn)業(yè)的生命安全畫卷中，添上濃墨重彩的一筆，守護(hù)人們的幸福生活，為生產(chǎn)和生活不斷創(chuàng)造新價(jià)值！為用戶選配適合原理的檢測(cè)儀，用成熟的工藝完善氣體檢測(cè)系統(tǒng)。