生物與化學工程學院
實習總結報告
實習單位： 新鄉市奇鑫電源材料****
學生姓名： ***x
專業班級： 化學工程與工藝
學號指導教師
實習時間： 2015.1.1
目錄1.實習單位簡介 1
2.實習主要目的 1
3.實習主要內容 2
3.1鋰離子電池產生安全問題 2
3.1.1正極 3
3.1.2負極 4
3.1.3電解液 4
3.1.4隔膜 5
4.專題內容分析 5
4.1 電池的安全性 5
4.2 改善電池安全性的方法 6
5.實習收穫與體會 7
6.實習建議 7
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新鄉市奇鑫電源材料有限責任公司，成立於2023年，公司擁有國內先進的生產裝置，控制精度高，穩定性好，引進現代管理手段和科學的統計控制方法，致力於為客戶提供安全、穩定、一致性良好的各種圓柱鋰離子電芯。產品廣泛應用於電動汽車，電動自行車，電動工具，電動航模，數碼產品，燈具等領域。
憑籍公司高層管理及研發團隊十餘年二次電池生產研發的先進經驗，成功實現磷酸鐵鋰18650電池50a高倍率恆流放電，作為混合動力汽車電池出口國外，並實現批量生產，得到客戶的一致好評。
為貼近服務客戶，公司在上海和深圳分別成立鋰電池保護系統和充電器研發生產中心，為客戶提供pack組裝服務。實現內地較低電芯生產成本和提高服務效率的完美結合，最大程度的實現客戶利益最大化。
先進的材料是生產高階二次電池的基礎，公司從成立之日起即注重材料的研發。
公司研發成功並產業化生產聚丙烯pp隔膜，此技術填補了國內空白，年產200噸，產品銷往國內各大鎳氫電池廠家，改變了進口隔膜一統天下的市場格局。瞄準新型鋰離子電池正極材料—磷酸鐵鋰，公司研製成功了專用於生產磷酸鐵鋰的關鍵材料—磷酸二氫鋰，並實現批量生產，完全替代該體系應用領域的國外同類產品。批量**世界領先的磷酸鐵鋰材料及電池生產商—美國valence公司，奠定了國產化生產高效能磷酸鐵鋰材料的堅實基礎。
以電池材料，電芯，鋰電保護系統完整的產業鏈為基礎，公司取得iso9001認證、ul認證、sgs認證、ce認證，並一貫秉承「客戶第一，質量至上」的服務理念。
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通過對新鄉市奇鑫電源材料有限責任公司鋰電池隔膜分廠的實習以及對總公司的參觀，掌握一下內容：
1.了解社會，學習工人階級的優秀品質、良好的職業道德和艱苦創業的奮鬥精神；樹立正確的勞動觀點；培養熱愛勞動、自覺遵守勞動紀律的良好習慣和艱苦奮鬥的優良作風。學習工廠管理人員，工程技術人員和工人對生產的高度責任感，對工作盡職盡責，勇於改革，不斷進取創新的奉獻精神。
2.鞏固、驗證所學書本知識；在工廠技術人員、工人師傅和帶隊老師的指導下，運用所學理論知識分析和解決生產中的問題，理論聯絡實際，進一步豐富專業知識，並為後續課程打好基礎。培養理論聯絡實際的學風。
3.參加現場生產活動，學習一定的專業生產技能，培養分析問題和解決問題的能力，明確本專業工程技術人員的工作範圍、內容及職責。
4.了解和學習工業生產的組織管理、勞動保護、安全生產和環境保護等方面的基本知識。
5.通過實習了解一般化工產品生產的基本原理和特點（物料、裝置的特性，實現生產過程的特點。）
3.1鋰離子電池產生安全問題
鋰離子電池產生安全問題的主要原因為：
1、內部短路是如何形成的：鋰離子電池的最大的隱患是應用鈷酸鋰的鋰離子電池在過充的情況下（甚至正常充放電時），鋰離子在負極堆積形成枝晶，刺穿隔膜，形成內部短路。
2、 產生大電流：外部短路，內部短路將產生幾百安培的過大電流
(1). 外部短路時，由於外部負載過低，電池瞬間大電流放電。在內阻上消耗大量能量，產生巨大熱量。
(2). 內部短路，主要原因是隔膜被穿透，內部形成大電流，溫度上公升導致隔膜熔化，短路面積擴大，進而形成惡性迴圈
3、鋰離子電池為達到單隻電芯 3 － 4.2v 的高工作電壓（鎳氫和鎳硌電池工作電壓為 1.2v ，鉛酸電池工作電壓為 2v ），必須採取分解電壓大於 2v 的有機電解液，而採用有機電解液在大電流，高溫的條件下會被電解，電解產生氣體，導致內部壓力公升高，嚴重會衝破殼體
4、鋰離子電池產生熱量**於大電流，同時在高電壓（超過 5v ）情況下，正極鋰的氧化物也會發生氧化反應，析出金屬鋰，在氣體導致殼體破裂的情況下，與空氣直接接觸，導致燃燒，同時引燃電解液，發生強烈火焰，氣體急速膨脹，發生**。
5、 鋰離子聚合物電池與鋰離子電池的區別在於電解液為膠狀、半固態，鋰離子電池電解液為液態。所以，聚合物電池可以使用軟包裝，在內部產生氣體時，可以更早的突破殼體，避免氣體聚集過多，產生激烈漲裂。但聚合物電池並沒有從根本上解決安全性問題，同樣使用鈷酸鋰和有機電解液，而且電解液為膠狀，不易洩漏，將會發生更猛烈的燃燒，燃燒是聚合物電池安全性最大的問題。
下面就鋰離子電池各主要組分對鋰離子電池的安全性貢獻的情況。
3.1.1正極
正極活性材料主要包括：鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、硫複合材料及聚陰離子型正極材料（如磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰、矽酸釩鋰和矽酸錳鋰等）。
鈷酸鋰是目前鋰離子電池中較普遍使用的正極材料，鈷酸鋰在正常充電時，晶格中的li+只有一半脫出，但過充時，晶格中剩餘的li+可全部脫出，從而沉積在負極碳材料的表面，形成枝晶，刺穿隔膜，形成內部短路；並且脫鋰後的產物是不穩定的coo2，會與電解液中的有機溶劑發生副反應，從而帶來安全問題。
linio2的脫鋰產物熱穩定性差，分解溫度較低，分解時會產生大量的熱量與氧氣，造成鋰離子電池在充電時有可能產生**、燃燒，存在著一定的安全隱患。
錳的溶解是造成錳酸鋰電池安全性的重要原因之一。電解液中的鋰鹽lipf6 在一定條件下會發生分解:lipf6 →lif + pf5，其中pf5與電解液中殘餘微量水發生水解反應:
pf5+ h2o →2hf + pf3o ,而導致電解液中含有痕量的氫氟酸；另外在充電的同時,水也可能發生電解反應產生h+。在酸性狀態下,可能發生以下反應: 4h+ +2limn2o4 →3λ-mno2 + mn2+ + 2li + + 2h2o；另外,由於尖晶石中含有mn3+ ,在酸性條件下會發生歧化反應:
2mn3 + →mn4 ++ mn2+ ，mn2+ 則可溶解於電解液中,從而造成安全性問題。在高溫條件下，歧化反應速度更快。
lini0.8co0.2o2可看成linio2和licoo2的固溶體，在兼有linio2和licoo2優點的同時，仍存在與其相同的安全性問題。
三元復合氧化物lini1/3co1/3mn1/3o2材料結構穩定，材料熱穩定性和耐過充性介於lini0.8co0.2o2和limn2o4之間。
熱穩定性的好壞主要取決於正極材料與電解液之間是否發生反應。
硫複合材料總體具有較好的安全性。
聚陰離子型正極材料因為o與p或si以強共價鍵牢固結合，使材料很難析氧分解，所以結構穩定，安全效能極佳，高溫效能和熱穩定性明顯優於已知的其它正極材料；並且材料在充電時體積縮小，與碳負極材料配合具有很好的體積效應。
3.1.2負極
迄今研究最多的負極材料包括金屬鋰負極、碳負極、合金類負極材料、過渡金屬氮化物、過渡金屬磷化物和氧化物類負極材料。
金屬鋰是比容量最高的負極材料，但由於金屬鋰異常活潑，在充放電過程中容易形成鋰枝晶，從而引發安全性問題。
碳負極材料與金屬鋰的電極電位非常相近，在電池過充電時，會在碳電極表面析出金屬鋰，而形成枝晶造成短路。石墨化碳材料是目前唯一商品化的鋰離子電池負極材料，但該材料存在與電解液相容性較差、與電解液作用形成的sei膜熱穩定性較差的問題，在高溫下容易引發熱失控，從而導致安全性問題。
合金類負極材料在充放電迴圈過程中體積變化大，並且容易粉化，導致合金材料迴圈效能較差，並且容易產生安全問題。
過渡金屬氮化物和過渡金屬磷化物均對水和氧氣非常敏感，並且與電解液很容易發生反應從而導致安全問題。
錫的氧化物和矽的氧化物是研究較多的氧化物類負極材料，該類負極材料除了具有較大的首次不可逆容量外，其充放電機理類似於合金，因此也同樣存在合金類材料共有的安全性問題。
鋰與過渡金屬的復合氧化物被廣泛應用於鋰離子電池電極材料，其中絕大多數都被用作正極材料，而被用作負極材料最有代表性也是最受關注的是鋰鈦復合氧化物（如：li4ti5o12）。li4ti5o12很難與電解液發生反應，並且在充放電過程中結構幾乎不發生改變，因此具有很好的安全性。
3.1.3電解液
鋰離子電池使用的有機電解液溶劑易揮發、易燃，電池在過充時，過量的鋰離子從正極脫出嵌入或沉積到負極上，使得兩個電極的熱穩定性變差。正極傾向於分解，釋放出的氧氣能夠催化電解液的分解，產生大量熱；負極上沉積的活性鋰易與溶劑反應放熱，使化學能轉換成熱能，電池的溫度迅速公升高，很容易發生**，從而帶來安全問題。
電解液在鋰離子電池執行中對負極產生sei膜的效能起到至關重要的作用，而sei膜的穩定性又是電池安全性的重要因素。目前，各種電解液新增劑是改善電解質對鋰離子電池安全性貢獻的重要手段。
另外，目前電解質的溶劑均為含氫的碳酸酯類，如果把溶劑分子上的氫原子用氟原子取代，可以提高鋰離子電池的安全性。
3.1.4隔膜
為了追求高的能量密度，在狹小的體積中能容納下更多的電極材料，希望隔膜的厚度越薄越好，這樣隔膜就很容易被刺穿導致正負極短路；另外，目前使用的隔膜均為高分子材料，在高溫下材料均會因熔化而收縮變形，也容易引起正負極短路，給電池的安全性帶來潛在隱患。
在高分子隔膜表面復合堅硬多孔的陶瓷材料是解決上述問題的重要途徑之一。有實驗表面，在高分子隔膜的兩面各復合約3-5微公尺的多孔陶瓷，在不影響電池的電化學效能的基礎上，電池的安全性有了大幅度的提高。溫度公升高不會收縮變形，不會因正負極短路，給電池的安全性帶來潛在隱患。
由於鋰離子電池的隔膜只有15-35微公尺，容易吸附空氣中的導電顆粒，在電池受擠壓的情況下，會造成電池內部短路，或者是微短路。前者會引起安全問題，後者會造成電池自放電。復合陶瓷膜的堅硬，會大大提高隔膜在這方面的效能。
鋰離子電池的主要材料包括正極材料、負極材料、電解液、粘合劑、隔膜及其他材料（如絕緣墊片、防爆片、密封環、外殼等）。一般來說，在鋰離子電池產品組成成分中，正極材料佔據著最重要的地位，正極材料的好壞，直接決定了最終鋰離子電池產品的效能指標。正極材料在電池成本中所佔比例高達40%左右。
鋰離子電池正極材料已成為制約高效能鋰離子電池發展的瓶頸，另外，在正極材料研究方面所取得的進展，也展示出鋰離子電池正極材料發展的廣闊前景。
4.1 電池的安全性
鋰離子電池的安全性除了從材料的角度考慮外，還應該從整體電池的角度來考察鋰離子電池的安全性。例如，氧化物正極材料在充電狀態時，會析出氧，這是導致鋰離子電池熱失控的主要原因之一。但是，當用鈦酸鋰做負極材料時，正極材料放出的氧可以被負極材料所吸收，這樣就大大地提高了電池的安全性。
下圖為以錳酸鋰為正極材料，鈦酸鋰為負極材料的電池在某一充電狀態時的熱重圖（空氣氣氛），結果表明，溫度公升高時，錳酸鋰正極材料析出的氧被鈦酸鋰負極材料所吸收。這樣就不會有太多的氧把電解質氧化，引起鋰離子電池的熱失控，造成鋰離子電池的安全問題。
化工實習報告
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