鋰離子電池組件電解液填充過程氣體在線監(jiān)測解決方案

●2010年9月30，光谷創(chuàng)業(yè)街力興電源4樓近千平方米庫房失火。明火引燃庫房內(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，中國湖南一家理電池廠房內(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)憂的問題。近年來，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程中，工藝會(huì)使用或產(chǎn)生可燃或有毒的氣體，超過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(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。沒有它電流就無法產(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骸保瑢?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，無色透明液體，沸點(diǎn)109℃，熔點(diǎn)-55℃，是近年來興起的高科技、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(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程

氣體在線監(jiān)測解決方案

涉及鋰電池生產(chǎn)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(jìn)行全方位的24小時(shí)在線監(jiān)測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)場安裝相應(yīng)的氣體檢測儀，作為守護(hù)企業(yè)生產(chǎn)安全的一道重要防線。當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)泄漏時(shí)，氣體檢測儀會(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檢測儀SD-1系列等檢測儀器專為監(jiān)測生產(chǎn)鋰電池電解液填充過程中的DMC、EMC、DEC等有機(jī)溶劑揮發(fā)出來的易燃易爆炸氣體，防止區(qū)域內(nèi)高濃度氣體的產(chǎn)生而發(fā)生爆炸。

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

▼SD-1系列

● 防爆性能高；

● 可應(yīng)對(duì)吸引式；

● 通過使用專用控制鍵，無需打開蓋子就能進(jìn)行調(diào)整；

在氣體檢測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)備來使用，或者通過儀器內(nèi)部開關(guān)量信號(hào)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)檢測氣體超標(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(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30多年的氣體檢測品牌，理研計(jì)器一直致力于為用戶選配適合原理的檢測儀，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設(shè)備。

RI 型號(hào)更適合電池注液工序氣體檢測環(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

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)過程中，通過安裝氣體檢測報(bào)警裝置，時(shí)刻檢測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多種氣體探測器。未來，我們?nèi)詫⒉粩嚅_發(fā)新產(chǎn)品、研發(fā)各項(xiàng)新功能，使得氣體檢測儀在應(yīng)用上更先進(jìn)、更適合日新月異的市場環(huán)境，致力于為用戶提供一個(gè)可靠、準(zhǔn)確、安全的氣體檢測方案。

理研計(jì)器必將在未來氣體產(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儀，用成熟的工藝完善氣體檢測系統(tǒng)。