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發(fā)布者：磊建凈化
發(fā)布時間：2023-02-08
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未來蓄電池的用量會越來越大，對蓄電池的能量密度比需求越來越高，蓄電池的研發(fā)也必然會是持續(xù)性的，電池研發(fā)類實驗室也將是必不可少的。新能源電池研發(fā)實驗室設計規(guī)劃及建設，如何在建設階段規(guī)劃電池實驗室的安全?如何在傳統(tǒng)實驗能力的基礎上投資電池檢測實驗室?新能源電池實驗室如何實現(xiàn)低成本安全使用?
一、新能源電池研發(fā)實驗室設計規(guī)劃
研發(fā)型實驗室比較特殊，其原因在于此類實驗室知道自己想要的是什么，需要用不同的材料和工藝達到目的，或者已經(jīng)有一定的基礎，需要在原有的設計上進行升級。當然大部分的研發(fā)過程都脫離不了材料的應用，或驗證新型材料的使用是否能夠達到自己最初的預期和考慮新型材料應用帶來的風險能不能徹底解決。蓄電池研發(fā)實驗室設計同樣面臨著以上的問題，但是蓄電池實驗室面臨的風險更大。
電池研發(fā)實驗室基本分為五部分
第一部分：化學環(huán)節(jié)，主要做絕緣材料、陰陽極材料(漿液)的研究與試制。
第二部分：物理環(huán)節(jié)，主要對材料的物理特性進行分析研究與試制。
第三部分：樣品開發(fā)與試制環(huán)節(jié)，用新型材料進行試制。
第四部分：實驗成品可靠性研究與分析環(huán)節(jié)，主要對已經(jīng)制成的試驗品進行各種各種環(huán)境下實際實驗得出數(shù)據(jù)，不排除破壞性實驗。
第五部分：失效分析環(huán)節(jié)，主要用于研究失敗品的分析研究，在失敗的基礎上尋找失敗的原因，從而找出正確的途徑。
在實驗室建設初期規(guī)劃實驗室，既可以降低實驗操作風險，同時也能系統(tǒng)的形成檢測能力，通常具有完整 測試能力的電池檢測實驗室，可規(guī)劃成如下功能分區(qū)：
1)電性能檢測區(qū)
此區(qū)域主要涉及的儀器是充放電機柜、內(nèi)阻測試儀、絕緣強度測試儀、絕緣電阻測試 儀、數(shù)據(jù)采集設備等，由于電池的實測容量與測試溫度 有關，因此應對此區(qū)域的溫度、濕度進行控制。
2)機械性能測試區(qū)
此區(qū)域主要涉及的儀器包括 充放電機柜、振動試驗臺、沖擊碰撞試驗臺、翻轉(zhuǎn)試驗臺、三綜合試驗臺，由于設備質(zhì)量重、體積大、噪音大，且部分檢測設備需要下挖，因此此區(qū)域多放置在一樓，做好隔音和隔震措施。
3)環(huán)境測試區(qū)
此區(qū)域主要完成溫度、濕度、老化、熱分析等實驗，涉及的儀器包括充放電機柜、高低 溫箱、負壓箱、溫濕度實驗箱、熱分析儀、數(shù)據(jù)采集設備等，此區(qū)域需要24h連續(xù)長時間工作，因此容易出現(xiàn)麻痹大意導致安全事故。
4)輔助功能區(qū)
可根據(jù)實際需要進行配置，包括樣品室(放置測試前后的電池樣品)、庫房(放置閑置線纜、工具等)、辦公室、會議室、休息區(qū)等。樣品室存放電池樣品，需要頻繁檢查電池狀態(tài)。
5)電池安全測試區(qū)
此區(qū)域開展的測試均帶有危險性，包括樣品不成熟導致的風險以及測試本身的風險，包括的測試項目：跌落、針刺、擠壓、燃燒、過充、過放、短路、浸水、海水侵泡、高溫充放電等項目，
涉及的設備包括充放電機柜、跌落試驗臺、針刺試驗機、擠壓試驗機、燃燒試驗機、短路試驗機、浸泡設備、溫度箱等。
由于此區(qū)域著火爆炸概率較高，因此需要建設行之有效的尾氣排放和處理措施，以避免對環(huán)境的影響。
科學合理的分區(qū)能夠提高測試的穩(wěn)定性和安全性，在分區(qū)的基礎上，功能分區(qū)需要注意：人機分離，遠距離實時監(jiān)控。
在蓄電池研發(fā)的可靠性試驗環(huán)節(jié)，需要模擬各種極端環(huán)境情況來檢驗研發(fā)的蓄電池實際質(zhì)量與品質(zhì)。所以如果是汽車電池的研發(fā)，就要模擬各種極端環(huán)境(比如模擬高溫、低溫)狀態(tài)下的充電與放電。如果在模擬相應的外部條件下會爆炸或起火，電池就不能實際應用。除此之外還會有其他的可靠性實驗，比如雨淋、鹽霧等實驗。
所有的實驗室都會有風險，而電池實驗室的風險更大，主要風險源在于電池的爆炸與燃燒。電池爆炸的能量來源于瞬間短路所產(chǎn)生的熱量無法釋放而造成的，且電池的容量越大風險越大。而電池爆炸主要有以下幾個原因：
1.能量過飽和導致的電化學反應形成的絕緣擊穿。
2.產(chǎn)品生產(chǎn)干燥過程中溫、濕度超標導致的電化學反應形成的絕緣擊穿。
3.絕緣膜絕緣不達標或老化造成的短路隱患。
4.涂布過程空氣的塵埃粒子超標埋下隱患。
5.混料前端的粒度過大，導致后期封裝過程形成機械損傷造成的隱患。
6.在溫濕度變化下原材料之間的熱膨脹系數(shù)不同導致械損傷造成的隱患。
7.外力導致的機械損傷(針刺、跌落、震動等)造成的隱患。
8.氣壓變化導致的電池內(nèi)部與外部的壓力變化導致械損傷造成的隱患。
二、新能源電池研發(fā)實驗室建設需要注意哪些
根據(jù)以上分析，我們在電池研發(fā)實驗室設計的時候就有幾個側(cè)重點要注意：
1.保障前期第一二部分化學以及物理分析的準確性，以免在源頭出錯。
2.保障樣品試制環(huán)節(jié)的環(huán)境溫濕度、潔凈度與試制工藝完全合格，以免在試制環(huán)節(jié)埋下隱患。
3.保障第四部分實驗過程的安全隔離，即使爆炸也不應能夠?qū)θ藛T造成傷害，且在實驗區(qū)域以外可以隨時終止實驗。
4.確保第五環(huán)節(jié)的實驗外部條件能夠滿足儀器設備需求與實驗工藝需求，以保障分析的正確性。
5.各個環(huán)節(jié)的遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)收集要做到不丟失、不泄密。
6.實驗室設計環(huán)節(jié)應考慮工藝不沖突、精度不干擾、承重不超標、使用更方便、安全無風險。
