锂电PACK工艺设计规范！

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锂电池因其能量密度高、电压高、环保、寿命长以及可快速充电等优点，深受3C数码、动力工具等行业的青睐，其对新能源汽车行业的贡献尤为突出。随着世界能源危机和环保问题日益突出，作为提供新能源汽车动力来源的锂电池产业，市场潜力巨大，是国家战略发展的重要一环。

PACK电池包基础介绍



新能源汽车三电系统



1.什么叫PACK电池包？

首先要了解锂电池单体、锂电池模组和锂电池包的大致区分：

电池单体（cell）：组成电池组和电池包的最基本的元素，一般能提供的电压是3v-4v之间；

电池组（Batteries）：由多个单体集合，构成一个单一的物理模块，提供更高的电压和容量；

电池包（pack）：一般是由多个电池组集合而成的，同时，还加入了电池管理系统（bms）等，也就是电池厂最后提供给用户的产品。



PACK的组成分类

电芯作为PACK的核心组成，目前以电芯的外形分类主流分为三大类：方壳、圆柱、软包（聚合物电池）。正负极片通过不同的方式封装到相应的外壳里面。



左圆柱卷绕　中-方形卷绕　右-方形层叠



左-圆柱电芯　中-方壳电芯　右-软包电芯

2.电池模组

通过组装单体电芯，通过汇流排将电芯组成不同的串并联，可用螺丝锁紧、电阻焊、超声焊接、超声铝丝焊及激光焊接。

综合考虑生产良率、效率及连接点的内阻，目前激光焊接已经是很多电池厂商的首选。



左-圆柱模组　中-方壳模组　右-软包模组

3.PACK电池包



左-圆柱PACK　右-方壳PACK

4.PACK电池包的组成

主要包括电池模块、机构系统、电气系统、热管理系统和BMS几个部分。

电池模块：如果把电池PACK比作一个人体，那么模块就是“心脏”，负责储存和释放能量，为汽车提供动力。

机构系统：主要由电池PACK上盖、托盘、各种金属支架、端板和螺栓组成，可以看作是电池PACK的“骨骼”，起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护（防水防尘）的作用。

电气系统：主要由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成。高压线束可以看作是电池PACK的“大动脉血管”，将动力电池系统心脏的动力不断输送到各个需要的部件中，低压线束则可以看作电池PACK的“神经网络”，实时传输检测信号和控制信号。

热管理系统：热管理系统主要有4类：风冷、水冷、液冷、相变材料。以水冷系统为例，热管理系统主要由冷却板，冷却水管、隔热垫和导热垫组成。热管理系统相当于是给电池PACK装了一个空调。

BMS：Battery Management System 电池管理系统，可以看作是电池的“大脑”。主要由CMU和BMU组成。

CMU ：Cell Monitor Unit单体监控单元，负责测量电池的电压、电流和温度等参数，同时还有均衡等功能。当CMU测量到这些数据后，将数据通过前面讲到的电池“神经网络”传送给BMU。

BMU：Battery Management Unit电池管理单元。负责评估CMU传送的数据，如果数据异常，则对电池进行保护，发出降低电流的要求，或者切断充放电通路，以避免电池超出许可的使用条件，同时还对电池的电量、温度进行管理。根据先前设计的控制策略，判断需要警示的参数和状态，并且将警示发给整车控制器，最终传达给驾驶人员。



PACK电池包爆炸图



电池PACK是新能源汽车核心能量源，为整车提供驱动电能。作为新能源汽车的核心部件，其品质直接决定了整车性能。锂电池制造设备一般为前段设备、中段设备、后段设备三种，其设备精度和自动化水平将会直接影响产品的生产效率和一致性。

虽然电芯及模组种类不同，但是PACK的组成和工艺流程大体是一样的（并不是所有的厂商工艺流程一样），下图所示供参考。



PACK装配工艺流程

主要分为装配工艺、气密性检测工艺、软件编写工艺、电性能检测工艺等。

PACK装配过程中存在很多柔性线路及压装拧紧，要自动化的难度较高及投入产出比不高，所以后段设备的自动化程度相对于前段和中段会比较低，但是可兼容圆柱、方壳及软包三种PACK电池包装配。

可能会要求自动化的工位：

-下壳体自动上线

-模组自动上线入壳体

-模组固定拧紧

-上盖上线及拧紧

-自动涂A/B导热胶（根据工艺而定）

-自动涂密封胶（根据工艺而定）

-成品下线

另外有些会提出铜牌安装及螺丝拧紧、气密性测试、EOL测试也需要自动的方式，这种比较少，且稳定性较难保证。

后段PACK线量产设备的主要有两种运转类型：

1. AGV+装配台车

以往主要在车厂使用较多，现电池厂也慢慢在推此种模式。



AGV输送方式产线



AGV产线物流仿真模拟

2. 输送线+托盘的模式

滚筒线/辊道摩擦线/倍数链输送线



左-倍数链 右-摩擦辊道线

以上就是锂电池包PACK的基础知识讲解。

随着动力电池行业发展的逐渐成熟，电池PACK模块化技术必将越来越成熟。电池PACK技术的发展，涉及到多学科、多领域的知识，需要跨学科的技术融合。总而言之，车企想要最终规模化的生产出寿命、稳定性、可靠性、安全性都完全符合新能源汽车级要求的PACK产品，还需要大量的工程实践和测试验证，以及产品不断优化升级的过程。



1、锂电池包装工艺设计宗旨


2、工艺设计重点关注的几项参数

2.1性能

电芯电压与成品出货电压：成品电压的上下限范围内；组合电池，电芯电压可不做特别要求，但在半成品老化时应注意最后一步充电截止电压需在成品出货电压范围内。

电芯内阻、保护板内阻与成品内阻:

电芯内阻+保护板内阻＜成品内阻，因为组装用的连接镍片、导线等也占一定的阻值。

过流值：根据适用场景而定，一般为正常负载的3~5倍，时间为mS级， 动力类按负载功率而定，一般为功率的1~5倍。

NTC、ID:此电阻值不体现在规格书中的各项参数列表中，而是体现在电路图中，串联 在P-端的一个电阻。其它特殊性能，如智能电池通讯测试、写程序、锁码等。

2.2尺寸

电芯尺寸、保护板尺寸、辅料尺寸与成品尺寸:

根据规格书中体现的电芯尺寸、保护板尺寸和BOM中各辅料尺寸，推算出组 装后的成品理论尺寸与规格书的成品尺寸是否有冲突，原则上理论尺寸应小 于标准尺寸。如理论值大于等于标准值，则从辅料尺寸或工艺结构上做调 整，也可向客户争取最大标准值。

3、工艺设计从哪几个方面入手

3.1产品本身的工艺结构：保证安全:有安全隐患的地方一定要做绝缘防护。工艺结构最简化：装配布线走最短的路线；物料规格一次到位，尽量不要缝缝补 补；一次连接已能达到要求的效果则不应再二次连接或三次连接。

3.2制程中的作业手法：就近取材、双手作业且避免交叉作业、一次动作完成的不应分成两次动作完成， 减少取放时间。

3.3整个生产区域的布局规划：从原材料投放到成品产出的整个加工和组装过程应达到减少搬运和存储。拉线的顺畅:各工序先后的合理安排，避免前工序跑到后工序去取材作业，造成人员混乱和效率低；各工序之间的平衡，平衡率越高越好，这就需要考虑到工序之间的动作分配、人员安排、辅助 夹工具使用的合理化，避免制程中的堆积和等待。

4、锂电PACK各主要工序标准

1、电芯外观全检标准

圆柱形电芯外观标准：无短路、氧化生锈、漏贴面垫或面垫歪斜、破膜、膜皱 等现象。

方形电芯外观标准：表面无电解液、毛刺或其它污质，无漏液、发鼓、变形、短路等，面垫无歪斜、起翘，复合 镍带无氧化、脏物、脱焊等。

聚合物电芯外观标准：表面无电解液或其它污质，无漏液、气胀、变形等，极 耳无断裂、角位无破损、折边无分层等。



2、电芯贴面垫标准

要求面垫粘贴牢固、不歪斜、起翘、不超出电芯端面边沿、不盖住负极铆钉---铝壳电芯 正极盖帽（多并串时采用成型青稞纸或红钢纸粘贴）---针对钢壳圆柱电芯

包美纹纸或高温胶纸---聚合物电芯



3、电芯电压、内阻测试

测试仪器：万用表、多功能测试架、电池内阻测试仪、通用电池测试架、扫码机。测试连接法：电芯正、负极端分别与测试架的正、负极顶针接触测试。（测试架上下顶针分别为正、负 极，钢壳电芯盖帽是正极、电芯外壳是负极，铝壳电芯铆钉是负极，电芯外壳是正极）。



4、电芯组合标准

圆柱电池：滴胶粘连工艺：多并串采用胶水将2只或以上的电芯粘到一起。现改为免滴胶组合：采用相应规格点焊夹具固定，电池上下用成型青稞纸粘贴组合。聚合物电池：多采用透明胶缠绕一周半粘贴组合。



要求与自检：滴胶工艺：两电芯之间的滴胶粘连处必须有一只电芯要贴上高温胶、美纹纸之类的绝缘材料，并且 不能低于电芯端面，防止镍片桥接时电芯本身发生短路，滴胶水前要确保相粘连的电芯两端平齐， 不能错位，胶水需均匀的滴在两电芯之间的缝隙，不能溢到电芯端面而影响点焊质量。免滴胶工艺：粘贴牢固不错位、不起翘；胶纸粘贴牢固、不起皱。

5、锡焊标准

焊锡时间≤3S 焊接温度：320~360℃保护板锡焊引线、插头:按工艺要求的焊接方向将规格符合要求的引线、插头焊在保护板相应焊盘上。要求与自检：锡点完全包住引线锡头；无虚焊、脱焊、连锡、锡渣、锡尖、元件脱落、引线烫伤、 烫破、插头端子脱落等。电池极性引出镍片锡焊引线、插头、保护板。

按工艺要求的焊接方向将规格符合要求的引线、插头焊在电池组相应的极性引出镍片上或将电池组 各极性引出镍片焊在保护板相应焊盘上。可沾助焊膏锡焊，其效率是挂锡焊的2倍以上。要求与自检：工作台面整洁，零部件与工具摆放有序，不允许锡丝、刀片、剪刀、钳子等导电体从电池体上横跨 或电池体摆放在导电体之上，以免发生短路现象，重者伤及人体。电池极性引出镍片或引线与保护板焊接顺序:从低端电压B-、B1、B2、 Bn、B+顺序开始焊接。锡点光滑、完全包住引线锡头；无虚焊、脱焊、连锡、锡渣、锡尖、元件脱落、引线烫伤、烫破、 插头端子脱落；镍片锡点不得超过焊盘边沿，避免镍片或保护板弯折不到位导致尺寸、装配不良；  不得烫破电芯上 的热缩膜。

6、点焊标准：

电芯与镍带焊接:方形电芯与镍带焊接:负极铆钉点焊2个有效点，正极复合镍带点焊4个平行四方形状的有效点，位置 在复合镍带中间，不能点到两端的激光焊点上。

圆柱形电芯与镍带焊接:正负极两端都是点焊4个方形或平行四边形状的有效点，负极端焊点应避开中 间直径约4mm的圆周区，因此区域内内部有极片与电芯壳体的连接点，如外部焊点与此连接点重叠，有可能导致电芯内阻偏高；聚合物电芯极耳与镍带、镍带与镍带焊接:宽3mm以下的镍带点焊2个有效点，宽4mm以上的镍带点 焊4个方形有效点。



保护板与镍带焊接：前提是保护板焊盘上必须贴有镀镍钢片，才能与镍带点焊连接。要求与自检：焊点牢固，无炸火、脱焊、镍带断裂、点偏或点到焊盘周边的元器件上，镍带方向要 符合工艺要求或与样板一致。4*4mm以下的焊盘与镍片，点焊2个有效点， 4*4mm以上不包括4*4mm的焊盘与镍片，点焊4个方形有效点。



7、贴绝缘胶纸标准：

贴绝缘胶是为了避免组装过程中出现电芯本身短路或电池块短路，轻则烧坏保护板线路 或元件，重则伤及人体。常用的绝缘材料有：高温胶、美纹纸、青稞纸、杜邦纸、 热缩套管等。

通常需贴绝缘防护的位置有：保护板与电芯的接触面之间:要求绝缘胶完全盖住保护板与电芯的接触面，避免电池块短路；

保护板上不同极性的镍片、焊盘、走线与插头、引线的重叠位置:要求绝缘胶完全盖住能够导致两 者短路的接触面，避免电池块短路；

钢壳电芯正极端的连接片要弯折到负极面时，电芯负极面相应位置应贴绝缘胶，弯折的镍带需套热 缩管，避免电芯本身短路。



铝壳电芯负极铆钉上的镍片引出有可能会碰到正极壳体的位置，需贴上高温胶，避免电芯本身短 路；

钢壳电芯挨紧并联时，电芯正极端需贴联体绝缘垫，再点焊镍片连接，防止电芯本身短路；

钢壳电芯挨紧串联时，需在串联端粘贴联体绝缘垫，再点焊镍片串联，防止串联中的正极那颗电芯 本身短路；

方形电芯并排串联时，需在负极那颗电芯的负极端面贴高温胶或杜邦纸并折贴到侧边8-15mm， 防止串联中的负极那颗电芯本身短路；



方形电芯叠放串联时，需在两电芯的接触面之间贴上双面青稞纸或牛皮纸等绝缘材质，材质厚度根 据成品厚度空间而定，但最小不能小于0.2mm，并在串联端面两电芯之间贴青稞纸或牛皮纸等绝缘 材质，材质宽度以不盖住负极铆钉和正极复合镍带为准，以免点焊炸火；

多串电池各极性引出引线较长有可能出现相互碰触时，除正极或负极引线不用套热缩管工缠绝缘胶 以处，其它极性引线的线芯裸露端需套热管或缠绝缘胶，以免引线线芯相碰出现电池组短路。



8、套PVC膜热缩标准：

套膜:如果电池两端都是平面或是同等弧面，则套膜后超出电池两端的膜长应基本一致；如果电池一端是平面一端是弧面或不平面，则弧面或不平面一端的膜长应比平面的一端长约1-3mm， 根据电池大小而定。

热缩:要求热缩平整，无皱痕、破膜、斜角，不露电芯、保护板或插头、引线线芯等。



9、电池装胶壳、胶框标准：

装壳:通常所有的胶壳、胶框都会有保护板的定位槽、定位柱或卡位，电池在入壳、框时，根据工艺要求 先在电池与壳、框的接触面贴上双面胶或打硅胶等，再将电池上的保护板卡到定位槽、定位柱或卡 位，最后再将电池体装入胶壳、胶框内，有上壳的还需将上壳合上。

要求与自检：保护板要完全卡到位，五金片不偏移、歪斜、下陷，电池体要装到位，胶壳、胶壳不变形，上壳与 下壳的装配不错位、盖反等。

10、超声压合标准：

指将合好上、下壳的电池置入超声波机（塑焊机）的下模上，启动超声按键，通过超声 波机的音波振动效能使上、下壳熔接。要求与自检：焊缝均匀、无溢胶、错位，壳面无压伤、烫伤，五金片无歪斜、偏移、下 陷等。

要求与自检：保护板要完全卡到位，五金片不偏移、歪斜、下陷，电池体要装到位，胶壳、胶壳不变形，上壳与 下壳的装配不错位、盖反等。



11、贴标标准：

完全裹标类:针对套胶框和只粘上盖和底片的电池，要求贴纸无错位、气泡、杂质、脱漆、折痕、卷角、起翘， 不露电芯、不露胶框缝隙等；

胶壳上贴标类:此类贴标通常胶壳上会有一个贴标槽，且有一个防呆倒角，贴时注意标贴倒角对准贴标槽的倒角， 可避免贴反。要求贴纸不歪斜、不超出贴标槽，无气泡、杂质、折痕、卷角、起翘等；

PVC外膜贴标类:此类电池两面无明显区别，所以贴标时要特别注意需参照插头或引线的引出位置作为基准，找出贴 标电池面。要求贴纸不歪斜、无气泡、杂质、折痕、卷角、起翘等；

12、成品外观检查标准：

胶壳类:胶壳无压伤、溢胶、错位、变形、腐蚀；焊缝均匀；五金片不歪斜、偏移、下陷，贴纸粘贴牢固、 位置正确，不起翘、无气泡、折痕、白点、杂质、污质等；

套PVC膜类VC膜热缩平整、无皱痕、破损、斜角；不露电芯、保护板、插头或引线线芯；插头端子无脱落， 引线无烫伤烫破现象；贴纸粘贴牢固、位置正确，不起翘、无气泡、折痕、白点、杂质、污质等；喷码内容、位置正确，字迹清晰；

裹标类:标贴不错位，不起翘、无气泡、折痕、白点、杂质、污质等；胶壳无变形、缺损、刮花；五金不歪 斜、偏移、下陷。

锂电池安全问题汇总及常见预防措施！
锂离子电池热失控过程

电池热失控都是由于电池的生热速率远高于散热速率，且热量大量累积而未及时散发出去所引起的。从本质上而言，“热失控”是一个能量正反馈循环过程：升高的温度会导致系统变热，系统变热后温度升高，又反过来让系统变得更热。不严格的划分，电池热失控可以分为三个阶段：




锂离子电池热失控过程图



不同种类锂电池热失控反应动力学机制研究

第1阶段：电池内部热失控阶段

由于内部短路、外部加热，或者电池自身在大电流充放电时自身发热，使电池内部温度升高到90℃～100℃左右，锂盐LiPF6开始分解；对于充电状态的碳负极化学活性非常高，接近金属锂，在高温下表面的SEI膜分解，嵌入石墨的锂离子与电解液、黏结剂会发生反应，进一步把电池温度推高到150℃，此温度下又有新的剧烈放热反应发生，例如电解质大量分解，生成PF5,PF5进一步催化有机溶剂发生分解反应等。

第2阶段：电池鼓包阶段

电池温度达到200℃之上时，正极材料分解，释放出大量热和气体，持续升温。250-350℃嵌锂态负极开始与电解液发生反应。

第3阶段：电池热失控，爆炸失效阶段

在反应发生过程中，充电态正极材料开始发生剧烈分解反应，电解液发生剧烈的氧化反应，释放出大量的热，产生高温和大量气体，电池发生燃烧爆炸。


锂离子电池材料的安全性

负极材料


负极材料虽然比较稳定，但嵌锂状态下的碳负极在高温下会与电解液发生反应。负极与电解液之间的反应包括以下三个部分：SEI的分解；嵌入负极的锂与电解液的反应；嵌入负极的锂与黏结剂的反应。常温下电子绝缘的SEI膜能够防止电解液的进一步分解反应。但在100℃左右会发生SEI膜的分解反应。SEI放热分解反应的反应式如下：



尽管SEI分解反应热相对较小，但其反应起始温度较低，会在一定程度上增加负极片的“燃烧”扩散速度。



锂离子电池各种放热反应的温度区间与反应焓

在更高温度下，负极表面失去了SEI膜的保护，嵌入负极的锂将与电解液溶剂直接反应有C2H4O产生，可能为乙醛或氧化乙烯。嵌入锂的石墨在300℃以上与熔融的PVDF–HPF共聚物发生如下反应：



反应热随着嵌锂程度的增加而增加，反应热随黏结剂种类不同而不同。通过成膜添加剂或锂盐增加其热稳定性。降低嵌入负极的锂与电解液反应热的途径包括以下两个方面：减少嵌入负极的锂和减小负极的比表面积。减少嵌入负极的锂是说在正负极的配比上一定要适当，负极要过量3％～8％左右。降低负极的比表面也可以有效改进电池的安全性，有文献报道，碳负极材料比表面从0.4m2·g–1增加到9.2m2·g–1时，反应速率增加了两个数量级。‘

但如果比表面过低将会降低电池的倍率性能和低温性能。这需要通过合理的负极结构设计和电解液配方优化，提高锂离子在负极固相扩散速率和获得具有良好离子导电率的SEI膜。另外，尽管黏结剂在负极中的重量比十分小，但是其与电解液的反应热十分可观。因此，通过减少黏结剂的量或选择合适的黏结剂将有利于改善电池的安全性能。

文献通过对专利的分析也认为解决碳负极材料安全性的方法主要有降低负极材料的比表面积、提高SEI膜的热稳定性。在现有的国内专利申请中，改进负极材料及结构进而提高电池安全性能的相关技术。



专利文献中对负极材料及负极结构的改进研究

正极材料

常见的正极材料在温度低于650℃时是稳定的，在充电时处于亚稳定状态，温度升高时发生如下反应。



放出的氧气会使溶剂氧化：



正极是直接与电解液反应还是放出氧气后发生反应有确切的说法吗？

常见正极材料的DSC测试结果：



对正极材料热稳定性分析可得出以下几点结论：

第一，正极材料与溶剂的反应机理有待深入研究；

第二，正极的分解反应及其与电解液的反应放热量比较大，在大多数情况下是造成电池爆炸的主要原因；

第三，采用三元或LFP正极材料相对LCO可以提高电池的安全性。

电解液

锂离子电池电解液基本上是有机碳酸酯类物质，是一类易燃物。常用电解质盐六氟磷酸锂存在热分解放热反应。因此提高电解液的安全性对动力锂离子电池的安全性控制至关重要。

LiPF6的热稳定性是影响电解液热稳定的主要因素。因此，目前主要改善方法是采用热稳定性更好的锂盐。但由于电解液本身分解的反应热十分小，对电池安全性能影响十分有限。对电池安全性影响更大的是其易燃性。降低电解液可燃性的途径主要是采用阻燃添加剂。

目前，引起人们重视的锂盐有LiFSI双（氟磺酸）亚胺锂］和硼基锂盐。其中，双草酸硼酸锂（LiBOB）的热稳定性较高，分解温度为302℃，可在负极形成稳定的SEI膜。LiBOB作为锂盐和添加剂可以改进电池的热稳定性。另外，二氟草酸硼酸锂（LiODFB）结合了LiBOB和四氟硼酸锂（LiBF4）的优势，也有希望用于锂电池的电解液中。

除了电解质盐的改进，还应采用阻燃添加剂改进电池的安全性能。电解液中的溶剂之所以会发生燃烧，是因其本身发生了链式反应，如能在电解液中添加高沸点、高闪点的阻燃剂，可改善锂离子电池的安全性。

已报道的阻燃添加剂主要包括三类：有机磷系、氟代碳酸酯和复合阻燃添加剂。尽管有机磷系阻燃添加剂，具有较好的阻燃特性和良好的氧化稳定性，但其还原电位较高，与石墨负极不兼容，黏度也较高，导致电解液电导率降低和低温性能变差。加入EC等共溶剂或成膜添加剂可以有效提高其与石墨的兼容性，但降低了电解液的阻燃特性。复合阻燃添加剂通过卤化或引入多官能团能提高其综合性能。另外氟代碳酸酯由于其闪点高或无闪点、有利于在负极表面成膜、熔点低等特点，也具有较好的应用前景。



上图采用一种纳米级树枝状结构的高分子化合物（STOBA）对NCM（424）进行涂层，当锂电池发生异常，产生高温时，会形成一道薄膜阻隔锂离子间的流动，稳定锂电池，借以提高电池安全度。由下图可见，针刺实验时，正极材料未涂STOBA涂层的电池内部温度在几秒钟内升至700℃，而用STOBA涂层正极材料的电池温度最高只有150℃。



隔膜

目前，已商品化的锂离子电池隔膜主要有三类，分别为PP/PE/PP多层复合微孔膜、PP或PE单层微孔膜和涂布膜。广泛使用的隔膜主要为聚烯烃微孔膜，这种隔膜的化学结构稳定，力学强度优良，电化学稳定性好。

隔膜垂直方向上的机械强度越高，电池发生微短路的概率就越小；隔膜的热收缩率越小，电池的安全性能越好。隔膜的微孔关闭功能也是改进动力电池安全性的另一方法；凝胶类聚合物电解质具有较好的保液性，采用这种电解质的电池比常规液态电池具有更好的安全性；除此，陶瓷隔膜也可以改进电池的安全性。常见的国内专利文献对锂电池隔膜的制备和处理类型，见下表。



专利文献中对隔膜的改进情况

工艺设计与热失控

电池的生产工艺非常复杂，即使进行严格控制，也不能完全避免生产过程中的金属杂质或毛刺。若电池内部出现杂质、毛刺或枝晶，经过放大和恶化导致电导率升高，温度上升，化学反应和放电发热所产生的热量不断累积，最终可能造成电池的热失控。



负极容量不足

当正极部位对面的负极部位容量不足，或是根本没有容量时，充电时所产生的部分或全部的锂就无法插入负极石墨的间层结构中，会析在负极的表面，形成突起状“枝晶”，而下一次充电时，这个突起部分更容易造成锂的析出，经过几十至上百次的循环充放电后，“枝晶”会长大，最后会刺穿隔膜纸，使内部产生短路。电芯急剧放电，产生大量的热，烧坏隔膜，而造成更大的短路现象，高温会使电解液分解成气体，负极碳和隔膜纸燃烧，造成内部压力过大，当电芯的外壳无法承受这个压力时，电芯就会爆炸。

水份含量过高

水份可以和电芯中的电解液反应，生产气体，充电时，可以和生成的锂反应，生成氧化锂，使电芯的容量损失，易使电芯过充而生成气体，水份的分解电压较低，充电时很容易分解生成气体，当这一系列生成的气体会使电芯的内部压力增大，当电芯的外壳无法承受时，电芯就会爆炸。

内部短路

由于内部产生短路现象，电芯大电流放电，产生大量的热，烧坏隔膜，而造成更大的短路现象，这样电芯就会产生高温，使电解液分解成气体，造成内部压力过大，当电芯的外壳无法承受这个压力时，电芯就会爆炸。激光焊时，热量经壳体传导到正极耳上，使正极耳温度高，如果上部胶纸没有隔开正极耳及隔膜，热的正极耳就会使隔膜纸烧坏或收缩，造成内部短路，而形成爆炸。

高温胶纸包住负极耳

在负极耳点焊时，热量传导到负极耳上，如果高温胶纸未贴好，负极耳上的热量就会烧坏隔膜，造成内部短路，形成爆炸。

贴底部胶未完全包住底部

客户在底部铝镍复合带处点焊时，会在底部壳壁产生大量的热，传导极芯的底部，如果高温胶纸未完全包住隔膜，会烧坏隔膜，造成内部短路，形成爆炸。

过充

电芯过充电时，正极的锂过度放出会使正极的结构发生变化，而放出的锂过多也容易无法插入负极中，也容易造成负极表面析锂，而且，当电压达到4.5V以上时，电解液会分解生产大量的气体。上面种种均可能造成爆炸。

外部短路

外部短路可能由于操作不当，或误使用所造成，由于外部短路，电池放电电流很大，会使电芯的发热，高温会使电芯内部的隔膜收缩或完全坏坏，造成内部短路，因而爆炸。

负极容量不足的工位

负极包不住正极，正负极分档配对错误，负极压片时压死，负极颗粒，负极露箔，负极凹点，负极划痕，负极暗痕，负极涂布不均，正极头尾部堆料，正极涂布不均，正极敷料量偏大，正负极搅拌不均，负极来料容量偏低，正极来料容量偏高，负极容量不足。

水份含量过多的工位

封口太慢而吸潮，陈化时吸潮，电解液水份含量过大，注液前烘烤未烘干或吸潮，组装烘烤时未烘干，涂布时正负极未烘干，正极打胶配料时吸潮，正极烘烤不充分，水份含量过高。

内部短路的工位

贴底部胶未完全包住底部，高温胶纸包住负极耳，上部胶位置不对，烘烤时温度太高烘坏隔膜，激光焊短路电芯未检出，组装微短路电芯下流，组装短路电芯未检出，压扁时压力太大，隔膜纸有砂眼，卷绕不齐，负极铆焊未拍平，有毛刺，正负极分小片毛刺，正负极分小片掉料，内部短路。

过充可能的工位

用户使用时充电器电压偏大，检测时个别点电压偏大，检测时电流设置过大，电芯容量不足，预充柜个别点电流过大，预充时电流设置过大，过充。

外部短路可能的工位

保护线路板失效，用户在使用时正负极短路，电芯在周转过程中打火，上电芯未对好，造成正负极接触，外部短路。

防止锂离子电池爆炸的措施

锂离子电池安全性问题是个复杂的综合性问题。电池安全性最大的隐患是电池随机发生的内短路，产生现场失效，引发热失控。所以开发和使用热稳定性高的材料是将来改善锂离子电池安全性能的根本途径和努力的方向。



提高电池材料的热稳定性

正极材料可以通过优化合成条件 ,改进合成方法 ,合成热稳定性好的材料 ;或使用复合技术(如掺杂技术)、表面包覆技术(如涂层技术)来改善正极材料的热稳定性。

负极材料的热稳定性与负极材料的种类、材料颗粒的大小以及负极所形成的SEI膜的稳定性有关。如将大小颗粒按一定配比制成负极即可达到扩大颗粒之间接触面积,降低电极阻抗,增加电极容量,减小活性金属锂析出可能性的目的。

SEI 膜形成的质量直接影响锂离子电池的充放电性能与安全性,将碳材料表面弱氧化,或经还原，掺杂，表面改性的碳材料以及使用球形或纤维状的碳材料有助于SEI膜质量的提高。

电解液的稳定性与锂盐、溶剂的种类有关。采用热稳定性好的锂盐,电位稳定窗口宽的溶剂可以提高电池的热稳定性。在电解液中添加一些高沸点、高闪点和不易燃的溶剂可以改善电池的安全性。

导电剂与粘结剂的种类与数量也影响着电池的热稳定性，粘结剂与锂在高温下反应产生大量的热 ,不同粘结剂发热量不同 , PVDF 的发热量几乎是无氟粘结剂的2倍 ,用无氟粘结剂代替PVDF可以提高电池的热稳定性。





提高电池过充保护能力

为防止锂离子电池过充 ,通常采用专用的充电电路来控制电池的充放电过程 ,或者在单个电池上安装安全阀以提供更大程度的过充保护;其次也可采用正温度系数电阻器(PTC),其作用机理为当电池因过充而升温时,增大电池的内阻 ,从而限制过充电流 ;还可采用专用的隔膜 ,当电池发生异常引起隔膜温度过高时 ,隔膜孔隙收缩闭塞 ,阻止锂离子的迁移 ,防止电池的过充。

防止电池的短路

对于隔膜而言而言,孔率为40%左右,且分布均匀，孔径为10nm的隔膜能阻止正负极小颗粒运动,从而提高锂离子电池的安全性;

隔膜的绝缘电压与其防止正负极的接触有着直接的关系 ,隔膜的绝缘电压依赖于隔膜的材质、结构以及电池的装配条件。

采用热闭合温度和熔融温度差值比较大的复合隔膜 (如PP/PE/PP)可防止电池热失控。将隔膜表面涂覆陶瓷层提高隔膜耐温性。利用低熔点的PE(125℃) 在温度较低的条件下起到闭孔作用, PP(155℃) 又能保持隔膜的形状和机械强度 ,防止正负极接触 ,保证电池的安全性。

大家都知道以石墨负极替代金属锂负极,从而使充放电过程中锂在负极表面的沉积和溶解变为锂在碳颗粒中的嵌入和脱出,防止了锂枝晶的形成。但这并不代表锂离子电池的安全性已经解决,在锂离子电池充电过程 ,如果正极容量过多,就会出现金属锂在负极表面沉积,负极容量过多,电池容量损失较严重。

涂布厚度及其均一性也影响锂离子在活性物质中的嵌入和脱出。例如负极面密度较厚不均一, 因此充电过程中各处极化大小不同, 就有可能发生金属锂在负极表面局部沉积。

此外,使用条件不当也会引起电池的短路,低温条件下,由于锂离子的沉积速度大于嵌入速度,从而导致金属锂沉积在电极表面引起短路。因此,控制好正负极材料的比例,增强涂布的均匀性等是防止锂枝晶形成的关键。

此外,粘结剂的晶化、铜枝晶的形成也会造成电池内部短路。在涂布工艺中,通过涂布烘烤加热将浆料中溶剂全部除去,若加热温度过高,则粘结剂也有可能发生晶化,会使活性物质剥落,使电池内部短路。

在过放条件下,当电池过放至1-2V时,作为负极集电体的铜箔将开始溶解,并于正极上析出,小于1V时正极表面则开始出现铜枝晶,使锂离子电池内部短路。
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