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1、生物与化学工程学院实习总结报告实习单位:新乡市奇鑫电源材料有限公司学生姓名：xxxx专业班级：化学工程与工艺学 号： 指导教师:实习时间:1. 实习单位简介02. 实习主要目的03. 实习主要内容1锂离子电池产生安全问题1正极1负极2电解液3隔膜34. 专题内容分析.4电池的安全性.4改善电池安全性的方法45. 实习收获与体会56. 实习建议61. 实习单位简介新乡市奇鑫电源材料有限责任公司，成立于2003年，公司拥有国内先进的 生产设备，控制精度高，稳定性好，引进现代管理手段和科学的统计控制方法， 致力于为客户提供安全、稳定、一致性良好的各种圆柱锂离子电芯。产品广泛应 用于电动汽车，电动自行
2、车，电动工具，电动航模，数码产品，灯具等领域。凭籍公司高层管理及研发团队十余年二次电池生产研发的先进经验，成功实 现磷酸铁锂18650电池50A高倍率恒流放电，作为混合动力汽车电池出口国外， 并实现批量生产，得到客户的一致好评。为贴近服务客户，公司在上海和深圳分别成立锂电池保护系统和充电器研发 生产中心，为客户提供PACK组装服务。实现内地较低电芯生产成本和提高服务 效率的完美结合，最大程度的实现客户利益最大化。先进的材料是生产高端二次电池的基础，公司从成立之日起即注重材料的研 发。公司研发成功并产业化生产聚丙烯PP隔膜，此技术填补了国内空白，年产 200吨，产品销往国内各大镍氢电池厂家，改变
3、了进口隔膜一统天下的市场格局。 瞄准新型锂离子电池正极材料一磷酸铁锂，公司研制成功了专用于生产磷酸铁锂 的关键材料一磷酸二氢锂，并实现批量生产，完全替代该体系应用领域的国外同 类产品。批量供应世界领先的磷酸铁锂材料及电池生产商一美国VALENCE公司， 奠定了国产化生产高性能磷酸铁锂材料的坚实基础。以电池材料，电芯，锂电保护系统完整的产业链为基础，公司取得ISO9001 认证、UL认证、SGS认证、CE认证，并一贯秉承“客户第一，质量至上的服务 理念。2. 实习主要目的通过对新乡市奇鑫电源材料有限责任公司锂电池隔膜分厂的实习以及对总 公司的参观，掌握一下内容：1. 了解社会，学习工人阶级的优秀
4、品质、良好的职业道德和艰苦创业的奋斗精 神；树立正确的劳动观点；培养热爱劳动、自觉遵守劳动纪律的良好习惯和艰苦 奋斗的优良作风。学习工厂管理人员，工程技术人员和工人对生产的高度责任感， 对工作尽职尽责，勇于改革，不断进取创新的奉献精神。2. 巩固、验证所学书本知识；在工厂技术人员、工人师傅和带队老师的指导下， 运用所学理论知识分析和解决生产中的问题，理论联系实际，进一步丰富专业知 识，并为后续课程打好基础。培养理论联系实际的学风。3. 参加现场生产活动，学习一定的专业生产技能，培养分析问题和解决问题的 能力，明确本专业工程技术人员的工作范围、内容及职责。4. 了解和学习工业生产的组织管理、劳动
5、保护、安全生产和环境保护等方面的 基本知识。5. 通过实习了解一般化工产品生产的基本原理和特点（物料、设备的特性，实 现生产过程的特点。）3. 实习主要内容锂离子电池产生安全问题锂离子电池产生安全问题的主要原因为：1、内部短路是如何形成的：锂离子电池的最大的隐患是应用钻酸锂的锂离 子电池在过充的情况下（甚至正常充放电时），锂离子在负极堆积形成枝晶，刺 穿隔膜，形成内部短路。2、产生大电流：外部短路，内部短路将产生几百安培的过大电流（1）.外部短路时，由于外部负载过低，电池瞬间大电流放电。在内阻上 消耗大量能量，产生巨大热量。（2）.内部短路，主要原因是隔膜被穿透，内部形成大电流，温度上升导 致
6、隔膜熔化，短路面积扩大，进而形成恶性循环3、锂离子电池为达到单只电芯3 - 的高工作电压（镍氢和镍硌电池 工作电压为，铅酸电池工作电压为2V ），必须采取分解电压大于2V的有 机电解液，而采用有机电解液在大电流，高温的条件下会被电解，电解产生气体， 导致内部压力升高，严重会冲破壳体4、锂离子电池产生热量来源于大电流，同时在高电压（超过5V ）情 况下，正极锂的氧化物也会发生氧化反应，析出金属锂，在气体导致壳体破裂的 情况下，与空气直接接触，导致燃烧，同时引燃电解液，发生强烈火焰，气体急 速膨胀，发生爆炸。5、锂离子聚合物电池与锂离子电池的区别在于电解液为胶状、半固态， 锂离子电池电解液为液态。
7、所以，聚合物电池可以使用软包装，在内部产生气体 时，可以更早的突破壳体，避免气体聚集过多，产生激烈涨裂。但聚合物电池并 没有从根本上解决安全性问题，同样使用钻酸锂和有机电解液，而且电解液为胶 状，不易泄漏，将会发生更猛烈的燃烧，燃烧是聚合物电池安全性最大的问题。下面就锂离子电池各主要组分对锂离子电池的安全性贡献的情况。正极正极活性材料主要包括：钻酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钻酸锂、镍钻锰酸锂、 硫复合材料及聚阴离子型正极材料（如磷酸铁锂、磷酸钒锂、硅酸钒锂和硅酸锰 锂等）。钻酸锂是目前锂离子电池中较普遍使用的正极材料，钻酸锂在正常充电时， 晶格中的Li+只有一半脱出，但过充时，晶格中剩余的Li+可
8、全部脱出，从而沉积 在负极碳材料的表面，形成枝晶，刺穿隔膜，形成内部短路；并且脱锂后的产物 是不稳定的CoO2，会与电解液中的有机溶剂发生副反应，从而带来安全问题。LiNiO2的脱锂产物热稳定性差，分解温度较低，分解时会产生大量的热 量与氧气，造成锂离子电池在充电时有可能产生爆炸、燃烧，存在着一定 的安全隐患。锰的溶解是造成锰酸锂电池安全性的重要原因之一。电解液中的锂盐LiPFfi 6 在一定条件下会发生分解:LiPF6 -LiF + PF5,其中PF5与电解液中残余微量水发生 水解反应:PF5+ H2O -2HF + PF3O，而导致电解液中含有痕量的氢氟酸；另外在充 电的同时,水也可能发生
9、电解反应产生H+。在酸性状态下，可能发生以下反应:4H+ +2LiMn2O4 3入-MnO2 + Mn2+ + 2Li + + 2H2O；另外，由于尖晶石中含有Mn3+，在酸 性条件下会发生歧化反应：2Mn3 + fMn4+ Mn2+，Mn2+则可溶解于电解液中， 从而造成安全性问题。在高温条件下，歧化反应速度更快。可看成LiNiO2和LiCoO2的固溶体，在兼有LiNiO2和LiCoO2优点的同时，仍 存在与其相同的安全性问题。三元复合氧化物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料结构稳定，材料热稳定性和耐过充性 介于和LiMn2O4之间。热稳定性的好坏主要取决于正极材料与电解液之间是否发
10、 生反应。硫复合材料总体具有较好的安全性。聚阴离子型正极材料因为O与P或Si以强共价键牢固结合，使材料很难析 氧分解，所以结构稳定，安全性能极佳，高温性能和热稳定性明显优于已知的其 它正极材料；并且材料在充电时体积缩小，与碳负极材料配合具有很好的体积效 应。负极迄今研究最多的负极材料包括金属锂负极、碳负极、合金类负极材料、过渡 金属氮化物、过渡金属磷化物和氧化物类负极材料。金属锂是比容量最高的负极材料，但由于金属锂异常活泼，在充放电过程中容 易形成锂枝晶，从而引发安全性问题。碳负极材料与金属锂的电极电位非常相近，在电池过充电时，会在碳电极表 面析出金属锂，而形成枝晶造成短路。石墨化碳材料是目前
11、唯一商品化的锂离子 电池负极材料，但该材料存在与电解液相容性较差、与电解液作用形成的Ei膜热 稳定性较差的问题，在高温下容易引发热失控，从而导致安全性问题。合金类负极材料在充放电循环过程中体积变化大并且容易粉化，导致合金材 料循环性能较差，并且容易产生安全问题。过渡金属氮化物和过渡金属磷化物均对水和氧气非常敏感，并且与电解液很 容易发生反应从而导致安全问题。锡的氧化物和硅的氧化物是研究较多的氧化物类负极材料该类负极材料除了 具有较大的首次不可逆容量外，其充放电机理类似于合金，因此也同样存在合金类 材料共有的安全性问题。锂与过渡金属的复合氧化物被广泛应用于锂离子电池电极材料其中绝大多数 都被用作
12、正极材料，而被用作负极材料最有代表性也是最受关注的是锂钛复合氧化 物（如：Li Ti O）。Li Ti O 很难与电解液发生反应，并且在充放电过程中结构几 ，匚 1 *9 /。，七 1 IJ I/ U I I Ixx- -I*/ *，/ I I_L*- I* / U /?/- L_J A-i/|L- I -1I I -U Z U1 乙1 乙乎不发生改变，因此具有很好的安全性。电解液锂离子电池使用的有机电解液溶剂易挥发、易燃，电池在过充时，过量的锂 离子从正极脱出嵌入或沉积到负极上，使得两个电极的热稳定性变差。正极倾向 于分解，释放出的氧气能够催化电解液的分解，产生大量热；负极上沉积的活性 锂易
13、与溶剂反应放热，使化学能转换成热能，电池的温度迅速升高，很容易发生 爆炸，从而带来安全问题。电解液在锂离子电池运行中对负极产生SEI膜的性能起到至关重要的作用，而SEI膜的稳定性又是电池安全性的重要因素。目前，各种电解液添加剂是改善 电解质对锂离子电池安全性贡献的重要手段。另外，目前电解质的溶剂均为含氢的碳酸酯类，如果把溶剂分子上的氢原子 用氟原子取代，可以提高锂离子电池的安全性。隔膜为了追求高的能量密度，在狭小的体积中能容纳下更多的电极材料，希望隔 膜的厚度越薄越好，这样隔膜就很容易被刺穿导致正负极短路；另外，目前使用 的隔膜均为高分子材料，在高温下材料均会因熔化而收缩变形，也容易引起正负
14、极短路，给电池的安全性带来潜在隐患。在高分子隔膜表面复合坚硬多孔的陶瓷材料是解决上述问题的重要途径之 一。有实验表面，在高分子隔膜的两面各复合约3-5微米的多孔陶瓷，在不影响 电池的电化学性能的基础上，电池的安全性有了大幅度的提高。温度升高不会收 缩变形，不会因正负极短路，给电池的安全性带来潜在隐患。由于锂离子电池的隔膜只有15-35微米，容易吸附空气中的导电颗粒，在电 池受挤压的情况下，会造成电池内部短路，或者是微短路。前者会引起安全问题， 后者会造成电池自放电。复合陶瓷膜的坚硬，会大大提高隔膜在这方面的性能。锂离子电池的主要材料包括正极材料、负极材料、电解液、粘合剂、隔膜 及其他材料（如绝
15、缘垫片、防爆片、密封环、外壳等）。一般来说，在锂离子电 池产品组成成分中，正极材料占据着最重要的地位，正极材料的好坏，直接决定 了最终锂离子电池产品的性能指标。正极材料在电池成本中所占比例高达40% 左右。锂离子电池正极材料已成为制约高性能锂离子电池发展的瓶颈，另外，在 正极材料研究方面所取得的进展，也展示出锂离子电池正极材料发展的广阔前 景。4. 专题内容分析电池的安全性锂离子电池的安全性除了从材料的角度考虑外，还应该从整体电池的角度来 考察锂离子电池的安全性。例如，氧化物正极材料在充电状态时，会析出氧，这 是导致锂离子电池热失控的主要原因之一。但是，当用钛酸锂做负极材料时，正 极材料放出的氧可以被负极材料所吸收，这样就大大地提高了电池的安全性。下 图为以锰酸锂为正极材料，钛酸锂为负极材料的电池在某一充电状态时的热重图 （空气气氛），结果表明，温度升高时，锰酸锂正极材料析出的氧被钛酸锂负极 材料所吸收。这样就不会有太多的氧把电解质氧化，引起锂离子电池的热失控， 造成锂离子电池的安全问题。改善电池安全性的方法1、目前，锂离子电池中较普遍使用的正极材料是钻酸锂。钻酸锂在正常充 电时，晶格中的Li +只有一半脱出，但过充电时，晶格中剩余的Li +可全部脱
