电芯失效分析分解注意事项

软包锂电芯失效分析拆解是高风险操作,需要极其谨慎,以下是需要注意的关键事项:

核心原则:安全第一!失效电芯状态极不稳定,存在热失控(起火、爆炸)、有毒气体释放、电解液腐蚀、短路等严重风险。

安全防护措施

(最高优先级)

❶个人防护装备
①面部防护:必须佩戴防冲击、防化学飞溅的护目镜或全面罩防护面罩。强烈推荐使用带有呼吸防护的全面罩。
②手部防护:佩戴耐化学腐蚀(尤其是HF氢氟酸)、耐切割、耐高温的手套(如丁腈橡胶手套外加厚皮革或凯夫拉手套)。避免皮肤直接接触电解液。
③身体防护:穿着阻燃实验服或防静电服。避免穿着化纤衣物。
④呼吸防护:必须在充分通风的环境下操作。在通风橱内进行是最佳选择。如无通风橱,必须在室外或强排风环境下,并佩戴防有机蒸汽和酸性气体的全面罩呼吸器(滤毒盒需针对HF等设计)。
⑤足部防护:穿防静电、防滑、防穿刺的安全鞋。
❷操作环境
①通风:绝对关键!必须在通风橱内或具备强力排风系统的专用防爆实验室/区域进行。确保空气流通,及时排出可能产生的有毒可燃气体(如CO, CO₂, HF, 有机蒸汽等)。
②防火防爆:
工作区域附近配备足量的D类金属火灾灭火器(如锂盐灭火器)和大量干燥沙子.普通ABC灭火器对锂电池火效果不佳甚至可能加剧.
准备防火毯,用于快速覆盖起火电芯。
移除工作区域内所有易燃易爆物品。
使用防爆操作箱或防爆盾进行拆解是强烈推荐的额外保护。
③静电防护:工作台铺设防静电垫,操作人员佩戴防静电腕带并可靠接地。保持环境湿度在适宜范围(通常40-60%RH)。
④清洁与隔离:保持工作区域整洁,无关人员不得靠近。明确标识危险区域。
❸工具与设备
①绝缘工具:使用陶瓷或高强度工程塑料(如PEEK)制成的镊子、剪刀、刮刀等工具。绝对禁止使用金属工具直接接触电芯内部,极易导致短路。
②放电设备:在拆解前,必须确保电芯已完全放电至安全电压(通常<1V或更低)。使用专用的、安全限流的放电设备或电阻负载。切勿直接短路放电!对于无法有效放电的严重失效电芯(如内部断路),操作需加倍小心,视为仍有能量。
③容器:准备耐腐蚀、密封性好的容器(如HDPE塑料瓶)用于盛放拆解下来的部件、废液和废弃物,并贴上明确标签。
④中和剂:准备好碳酸钠溶液或碳酸钙粉末(石灰石粉)、氟化物吸附剂(如氟化钙或专用HF中和剂),用于中和泄漏的电解液(含HF)

拆解操作

 (注意事项)

❶初步检查与记录
①拆解前对电芯外观进行详细拍照、录像和文字记录:尺寸、变形(鼓胀、凹陷)、破损(漏液、刺穿)、极耳状态(腐蚀、断裂)、铝塑膜封边完整性、标签信息等。
②测量开路电压:使用高内阻电压表测量残余电压,确认放电状态。即使电压为0,也仍需极度谨慎。
③避免机械冲击/挤压:拿取、移动电芯时要非常轻柔,避免任何可能引起内部短路的物理冲击或过度挤压,尤其是鼓胀电芯。
❷放电处理
①必须执行!对仍有残余电压的电芯,通过安全电阻或电子负载将其放电至接近0V(例如<0.5V)。放电过程需在安全监控下进行。
②对于严重失效(如内部断路)无法有效放电的电芯,视为高风险源,拆解时需采取最高级别的防护和最小的机械扰动。
❸铝塑膜拆开
①使用陶瓷剪刀或绝缘塑料剪刀,从封边处小心剪开铝塑膜。避免刺伤内部电极层。
②优先从非极耳侧或角部开始剪开。操作时工具尖端方向避开操作者身体。
③缓慢剥离铝塑膜,观察内部是否有电解液泄漏、析出物、颜色异常等。如有泄漏,立即用中和剂处理。
❹电极组取出与展开
①使用陶瓷镊子或塑料镊子,轻柔地将电极组从铝塑膜中取出。
②在惰性气氛手套箱(如充满氩气)中操作是最理想的,可最大程度避免电极与空气/水汽反应。
③如需展开卷绕或叠片结构,务必极其缓慢、轻柔,防止极片断裂、活性物质脱落或隔膜撕裂。机械应力可能引发残余能量释放或改变失效形貌。
④全程警惕:操作过程中持续观察电极组是否有异常发热、冒烟迹象,如有立即停止操作并按应急预案处理(投入沙桶、使用D类灭火器)
❺部件分离与检查
①将正极片、负极片、隔膜小心分离。
②对每一层进行拍照记录(两面),重点关注:
颜色变化:正负极活性物质、集流体、隔膜的颜色异常。
异物/析出物:金属锂枝晶、铜/铝金属析出、未知沉积物、隔膜上的斑点等。
破损/缺陷:极片断裂、褶皱、穿孔;隔膜撕裂、熔融、闭孔;集流体腐蚀、断裂。
污染:极片表面的异物、粉尘。
粘结剂状态:涂层是否脱落。
收集电解液(如果有残留)或吸附了电解液的隔膜/极片样本,放入密封容器,用于后续成分分析(如GC-MS,IC,NMR)。
保留铝塑膜内层(CPP层)检查是否有腐蚀穿孔。

记录与废弃物处理

❶详尽记录
①对拆解过程的每一步骤进行拍照和录像,清晰记录失效特征的位置和形态。
②详细记录操作条件(时间、环境温湿度、操作人员)、观察到的现象(气味、发热、声音、颜色变化等)和采取的每一步操作。
③对拆解下来的关键部件(正负极片、隔膜、铝塑膜)进行编号、标记并妥善保存,避免混淆和污染。
❷废弃物处理
①所有拆解废弃物(极片、隔膜、铝塑膜、擦拭材料、手套等)均视为危险废弃物!
②放入专用、密封、防漏、耐腐蚀的危险废弃物容器中。
③严格按照当地环保法规和危险化学品/电池废弃物处理流程交由有资质的专业机构处理。严禁随意丢弃或混入生活垃圾!
④接触过电解液的物品(如工具、中和剂残留物)也需要按危险废弃物处理。

总结
✎安全是红线:任何操作都不能凌驾于安全之上。风险评估不足、防护不到位、操作鲁莽是最大的危险源。
✎充分放电是前提:确保电芯能量耗尽是降低风险的关键步骤。
✎绝缘工具是必备:金属工具是导致短路和热失控的常见原因。
✎强力通风是保障:有效排出有毒可燃气体至关重要。
✎轻柔操作是原则:避免引入新的损伤或触发残余能量释放。
✎详尽记录是基础:为后续失效模式分析提供可靠依据。
✎专业处理是责任:废弃物必须合规处置。