Seguridad de las pilas de iones de litio: factores de riesgo y consejos de uso
Índice
Las pilas de iones de litio son una fuente de energía esencial que proporciona energía a muchas de las herramientas y dispositivos electrónicos que utilizamos en la vida diaria, y son también uno de los productos energéticos respetuosos con el medio ambiente por los que se aboga hoy en día. Las pilas de iones de litio tienen ventajas como una alta densidad energética, una larga vida útil y no necesitan mantenimiento, pero también hay muchos puntos a los que prestar atención en el uso y la conservación de las pilas. Este artículo le presentará los conocimientos de seguridad de las pilas de iones de litio.
¿Qué es una batería de iones de litio?
Una batería de iones de litio es una batería recargable que funciona principalmente moviendo iones de litio entre el cátodo y el ánodo. Los materiales de las pilas de iones de litio son el cátodo, el ánodo, el electrolito, el diafragma y la carcasa. El materiales catódicos de la batería de iones de litio utiliza compuestos de litio LiXCoO2, LiXNiO2, LiXMnO2 o LiFePO4, y el ánodo utiliza el compuesto intercalado de litio-carbono LiXC6. El electrolito de la batería de iones de litio son sales de litio disueltas LiPF6, LiAsF6 y otros solutos orgánicos.
Durante el proceso de carga y descarga, el Li+ se inserta y se desinserta entre los dos electrodos. Cuando la batería se está cargando, el Li+ se retira del cátodo y se introduce en el ánodo a través del electrolito, y el ánodo se encuentra en un estado rico en litio. Lo contrario ocurre cuando se descarga.
Clasificación de las pilas de iones de litio
Las pilas de iones de litio se dividen en pilas cilíndricas, pilas cuadradas y pilas de bolsa según su aspecto. Según el material, se dividen en baterías ternarias, baterías de fosfato de hierro y litio, baterías de óxido de manganeso y litio, baterías de titanato de litio, etc. Según la aplicación, se divide en batería de potencia, batería de almacenamiento de energía, batería de consumo, etc.
Factores de riesgo para la seguridad de las pilas de iones de litio
A continuación se indican algunos factores que afectan a la seguridad de las baterías de iones de litio.
Disolvente electrolítico
El disolvente del electrolito (sal electrolítica LiPF6) se compone principalmente de carbonatos de alquilo, como carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de etilo y metilo (EMC), etc., que son líquidos inflamables con puntos de ebullición muy bajos, por lo que es fácil que ardan en caso de incendio. El disolvente del electrolito afecta en gran medida a la seguridad de la batería de iones de litio.
En muchos casos, el electrolito de una batería de litio generará gas. Por ejemplo, el electrolito puede descomponerse y liberar gas cuando interactúa continuamente con los electrodos durante el ciclo de carga y descarga. Si hay impurezas como humedad en el electrolito, la humedad o el ácido también se descompondrán para generar gas durante la carga.
El LiPF6, en cambio, es corrosivo y no inflamable, y produce fluoruro de hidrógeno nocivo (corrosivo) cuando se calienta y reacciona con ácidos. La reacción entre el fluoruro de hidrógeno y el metal producirá gas explosivo y chispas que inflamarán el electrolito, lo que dañará el cuerpo de plástico y los materiales inflamables en contacto con él, provocando un incendio.
Cuando la temperatura en el interior de la pila aumenta bruscamente, debido al pequeño espacio que hay en su interior, puede explotar debido al aumento de la presión. Cuando la temperatura en el interior de la batería aumenta lentamente, la carcasa de la batería se derrite gradualmente, lo que provoca la fuga del electrolito corrosivo.
Ánodo El ánodo cargado almacena una gran cantidad de sustancia reductora fuerte carburo de litio (compuesto de intercalación), el potencial de LiC6 es cercano a -3,0V, y el agente reductor es similar al litio metálico, y puede arder cuando se encuentra con agua.
Dendrita
En algunas baterías de litio mal diseñadas o fabricadas, los ciclos prolongados formarán dendritas, y el metal de litio se depositará formando un elemento pulverulento (normalmente polvo gris-negro en el borde del electrodo), que puede arder al entrar en contacto con el aire, lo que afecta a la seguridad de las baterías de litio.
Cortocircuito interno
Cuando el separador de baterías de litio entre el cátodo y el ánodo de la pila se pincha accidentalmente (como crecimiento de dendritas, fuerza externa) y el cátodo y el ánodo se conectan directamente, se producirá un cortocircuito interno y se liberará una gran cantidad de energía en el interior de la pila, que es fácil que se queme o explote.
Daños en el caparazón
Las baterías de iones de litio suelen ir embaladas en una carcasa de acero o aluminio. En algunos casos, si falla el equipo de carga o el circuito de protección por sobrecarga, el diafragma interno de la batería se perfora y provoca un cortocircuito interno. Entonces, la temperatura interna de la batería aumentará rápidamente, y la presión también aumentará bruscamente. En esta situación, la válvula de seguridad de la batería de iones de litio puede fallar o llegar demasiado tarde, moverse y producirse una explosión destructiva.
En el caso de las baterías embaladas en película compuesta de aluminio y plástico, si la película de embalaje se perfora o se corta, pueden producirse fugas de electrolito, lo que perjudica gravemente la seguridad de la batería de litio.
Sobrecarga En determinadas condiciones en las baterías de iones de litio, como el fallo de un circuito externo o cuando no se utiliza protección, puede generarse gas por diversos motivos:
1) El cátodo se sobredescarga para liberar O2, y al mismo tiempo el material del electrodo se convierte en una forma que no puede recargarse, y la capacidad disminuirá significativamente.
2) El electrolito se descompone. Esta es la causa principal de la generación de gases. Los gases que pueden producirse son dióxido de carbono, monóxido de carbono, metano, etano, etileno, etc.
3) Otras razones. Por ejemplo, cuando la temperatura es alta, el electrolito vaporiza su propio vapor, y las reacciones secundarias producidas por los aditivos, etc.
Las propiedades del electrolito
La sal electrolítica más utilizada en las baterías de iones de litio es el hexafluorofosfato de litio LiPF6, que tiene buena conductividad, alta solubilidad en disolventes orgánicos y buena resistencia a la oxidación, y es actualmente la sal electrolítica más importante para el electrolito de iones de litio. Sin embargo, cuando reacciona con el agua, produce ácido fluorhídrico, muy perjudicial para el medio ambiente y la salud humana.
Otros accidentes
● La inyección de líquido de ventilación puede causar intoxicación, la fuga puede causar explosión.
● Formación, envejecimiento puede causar explosión.
● Usar etanol y acetona para fregar el contenedor, provocando una explosión.
● En el proceso de producción y almacenamiento, puede haber riesgos de seguridad de la batería de li ion.
● La operación imprecisa en el proceso de producción de baterías de litio deja riesgos para la seguridad de las baterías de iones de litio.
Normas de seguridad de las pilas de iones de litio
Para la seguridad de las baterías de iones de litio, hay algunas reglas que deben seguirse.
Almacenamiento
● El área de almacenamiento de las baterías li ion debe ser fresca y seca y no verse afectada por el clima. La temperatura normal de almacenamiento de la batería es entre 0-25℃, y la temperatura máxima no debe superar los 45℃, y los requisitos de temperatura de almacenamiento a largo plazo son más estrictos. La humedad relativa debe mantenerse entre 30% y 70%.
● Los componentes de la batería no pueden almacenarse cerca de fuentes de calor como calefactores, calentadores de agua, etc.
Uso mixto
En condiciones ideales de almacenamiento (como la temperatura y la humedad especificadas por la fábrica original), la batería puede almacenarse durante un año, pero después de medio año, estas baterías de primera producción no pueden mezclarse con las baterías de nueva producción. Todas las baterías ensambladas en la misma combinación de baterías deben ser del mismo número de lote del mismo grado de productos, se prohíbe mezclar diferentes lotes de diferentes grados de baterías.
Cortocircuito interno
Las baterías de iones de litio se cargan a unos 30% cuando se envían desde la fábrica original, y deben cumplir los siguientes requisitos de seguridad de las baterías de iones de litio:
● No utilice metal para cortocircuitar los polos de la batería;
● No corte la batería con la cuchilla;
● No coloque más de dos pilas u otros metales en la misma bolsa de plástico para evitar cortocircuitos accidentales;
● No caliente la batería, no toque el cuerpo de la batería con hierro cromado, ni utilice la pistola de aire caliente directamente para soplar la batería;
● No coloque la batería en un lugar que pueda generar altas temperaturas;
● No golpee con fuerza el conjunto de la batería;
● Tenga cuidado al coger y colocar la batería para evitar que se caiga;
● No golpee la batería ni la dañe por otros motivos;
● No limpie la batería con agua u otro licor;
● No infrinja las normas de funcionamiento, no apriete, aplaste ni utilice herramientas afiladas que puedan dañar el aislamiento de la batería y provocar un cortocircuito;
● No desmonte la batería sin autorización;
● No agarre los polos catódico y anódico de la batería con las manos desnudas;
● No coja más de dos pilas a la vez.
Eliminación de pilas
● Una vez que la batería presenta cortocircuitos, abolladuras, fugas, etc., debe desecharse de acuerdo con el proceso de desguace;
● Si la propia batería huele o se decolora, debe retirarse la batería y no debe exponerse a fuentes de calor;
● Desmonte inmediatamente componentes como PCM y CELL, y confirme que la batería se ha mantenido alejada de fuentes de calor para bajar la temperatura de la batería; la batería genera mucho calor debido a un cortocircuito, y el calentamiento se detendrá después de retirar el componente que causó el cortocircuito;
● Cuando el líquido de la batería gotee, debe aislarse la batería inmediatamente; si la piel entra en contacto con el líquido de la batería, lávela con agua y jabón inmediatamente; si el líquido de la batería entra en contacto con los ojos, lávelos con agua limpia inmediatamente y, a continuación, acuda a un médico.
● Si una pila está caliente, colóquela inmediatamente en un lugar ventilado y a prueba de incendios o en un recipiente hermético para que se enfríe. Puede tratarse de un cortocircuito interno, que producirá humo. Cuando termine la liberación de energía interna, la temperatura dejará de subir.
Chatarra
● Todas las baterías que presenten cortocircuitos, fugas, óxido o abolladuras durante el montaje deben desecharse;
● El proceso de desguace debe ser cuidadoso, no deje que la carcasa de la batería provoque un cortocircuito de otra batería;
● Nunca desmonte la batería, excepto en un entorno bien controlado, y no destruya la batería en el fuego.
Seguridad de las pilas de iones de litio: factores de riesgo y consejos de uso
Las pilas de iones de litio son una fuente de energía esencial que proporciona energía a muchas de las herramientas y dispositivos electrónicos que utilizamos en la vida diaria, y son también uno de los productos energéticos respetuosos con el medio ambiente por los que se aboga hoy en día. Las pilas de iones de litio tienen ventajas como una alta densidad energética, una larga vida útil y no necesitan mantenimiento, pero también hay muchos puntos a los que prestar atención en el uso y la conservación de las pilas. Este artículo le presentará los conocimientos de seguridad de las pilas de iones de litio.
¿Qué es una batería de iones de litio?
Una batería de iones de litio es una batería recargable que funciona principalmente moviendo iones de litio entre el cátodo y el ánodo. Los materiales de las pilas de iones de litio son el cátodo, el ánodo, el electrolito, el diafragma y la carcasa. El materiales catódicos de la batería de iones de litio utiliza compuestos de litio LiXCoO2, LiXNiO2, LiXMnO2 o LiFePO4, y el ánodo utiliza el compuesto intercalado de litio-carbono LiXC6. El electrolito de la batería de iones de litio son sales de litio disueltas LiPF6, LiAsF6 y otros solutos orgánicos.
Durante el proceso de carga y descarga, el Li+ se inserta y se desinserta entre los dos electrodos. Cuando la batería se está cargando, el Li+ se retira del cátodo y se introduce en el ánodo a través del electrolito, y el ánodo se encuentra en un estado rico en litio. Lo contrario ocurre cuando se descarga.
Clasificación de las pilas de iones de litio
Las pilas de iones de litio se dividen en pilas cilíndricas, pilas cuadradas y pilas de bolsa según su aspecto. Según el material, se dividen en baterías ternarias, baterías de fosfato de hierro y litio, baterías de óxido de manganeso y litio, baterías de titanato de litio, etc. Según la aplicación, se divide en batería de potencia, batería de almacenamiento de energía, batería de consumo, etc.
Factores de riesgo para la seguridad de las pilas de iones de litio
A continuación se indican algunos factores que afectan a la seguridad de las baterías de iones de litio.
Disolvente electrolítico
El disolvente del electrolito (sal electrolítica LiPF6) se compone principalmente de carbonatos de alquilo, como carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo (DEC), carbonato de etilo y metilo (EMC), etc., que son líquidos inflamables con puntos de ebullición muy bajos, por lo que es fácil que ardan en caso de incendio. El disolvente del electrolito afecta en gran medida a la seguridad de la batería de iones de litio.
En muchos casos, el electrolito de una batería de litio generará gas. Por ejemplo, el electrolito puede descomponerse y liberar gas cuando interactúa continuamente con los electrodos durante el ciclo de carga y descarga. Si hay impurezas como humedad en el electrolito, la humedad o el ácido también se descompondrán para generar gas durante la carga.
El LiPF6, en cambio, es corrosivo y no inflamable, y produce fluoruro de hidrógeno nocivo (corrosivo) cuando se calienta y reacciona con ácidos. La reacción entre el fluoruro de hidrógeno y el metal producirá gas explosivo y chispas que inflamarán el electrolito, lo que dañará el cuerpo de plástico y los materiales inflamables en contacto con él, provocando un incendio.
Cuando la temperatura en el interior de la pila aumenta bruscamente, debido al pequeño espacio que hay en su interior, puede explotar debido al aumento de la presión. Cuando la temperatura en el interior de la batería aumenta lentamente, la carcasa de la batería se derrite gradualmente, lo que provoca la fuga del electrolito corrosivo.
Ánodo
El ánodo cargado almacena una gran cantidad de sustancia reductora fuerte carburo de litio (compuesto de intercalación), el potencial de LiC6 es cercano a -3,0V, y el agente reductor es similar al litio metálico, y puede arder cuando se encuentra con agua.
Dendrita
En algunas baterías de litio mal diseñadas o fabricadas, los ciclos prolongados formarán dendritas, y el metal de litio se depositará formando un elemento pulverulento (normalmente polvo gris-negro en el borde del electrodo), que puede arder al entrar en contacto con el aire, lo que afecta a la seguridad de las baterías de litio.
Cortocircuito interno
Cuando el separador de baterías de litio entre el cátodo y el ánodo de la pila se pincha accidentalmente (como crecimiento de dendritas, fuerza externa) y el cátodo y el ánodo se conectan directamente, se producirá un cortocircuito interno y se liberará una gran cantidad de energía en el interior de la pila, que es fácil que se queme o explote.
Daños en el caparazón
Las baterías de iones de litio suelen ir embaladas en una carcasa de acero o aluminio. En algunos casos, si falla el equipo de carga o el circuito de protección por sobrecarga, el diafragma interno de la batería se perfora y provoca un cortocircuito interno. Entonces, la temperatura interna de la batería aumentará rápidamente, y la presión también aumentará bruscamente. En esta situación, la válvula de seguridad de la batería de iones de litio puede fallar o llegar demasiado tarde, moverse y producirse una explosión destructiva.
En el caso de las baterías embaladas en película compuesta de aluminio y plástico, si la película de embalaje se perfora o se corta, pueden producirse fugas de electrolito, lo que perjudica gravemente la seguridad de la batería de litio.
Sobrecarga
En determinadas condiciones en las baterías de iones de litio, como el fallo de un circuito externo o cuando no se utiliza protección, puede generarse gas por diversos motivos:
1) El cátodo se sobredescarga para liberar O2, y al mismo tiempo el material del electrodo se convierte en una forma que no puede recargarse, y la capacidad disminuirá significativamente.
2) El electrolito se descompone. Esta es la causa principal de la generación de gases. Los gases que pueden producirse son dióxido de carbono, monóxido de carbono, metano, etano, etileno, etc.
3) Otras razones. Por ejemplo, cuando la temperatura es alta, el electrolito vaporiza su propio vapor, y las reacciones secundarias producidas por los aditivos, etc.
Las propiedades del electrolito
La sal electrolítica más utilizada en las baterías de iones de litio es el hexafluorofosfato de litio LiPF6, que tiene buena conductividad, alta solubilidad en disolventes orgánicos y buena resistencia a la oxidación, y es actualmente la sal electrolítica más importante para el electrolito de iones de litio. Sin embargo, cuando reacciona con el agua, produce ácido fluorhídrico, muy perjudicial para el medio ambiente y la salud humana.
Otros accidentes
● La inyección de líquido de ventilación puede causar intoxicación, la fuga puede causar explosión.
● Formación, envejecimiento puede causar explosión.
● Usar etanol y acetona para fregar el contenedor, provocando una explosión.
● En el proceso de producción y almacenamiento, puede haber riesgos de seguridad de la batería de li ion.
● La operación imprecisa en el proceso de producción de baterías de litio deja riesgos para la seguridad de las baterías de iones de litio.
Normas de seguridad de las pilas de iones de litio
Para la seguridad de las baterías de iones de litio, hay algunas reglas que deben seguirse.
Almacenamiento
● El área de almacenamiento de las baterías li ion debe ser fresca y seca y no verse afectada por el clima. La temperatura normal de almacenamiento de la batería es entre 0-25℃, y la temperatura máxima no debe superar los 45℃, y los requisitos de temperatura de almacenamiento a largo plazo son más estrictos. La humedad relativa debe mantenerse entre 30% y 70%.
● Los componentes de la batería no pueden almacenarse cerca de fuentes de calor como calefactores, calentadores de agua, etc.
Uso mixto
En condiciones ideales de almacenamiento (como la temperatura y la humedad especificadas por la fábrica original), la batería puede almacenarse durante un año, pero después de medio año, estas baterías de primera producción no pueden mezclarse con las baterías de nueva producción. Todas las baterías ensambladas en la misma combinación de baterías deben ser del mismo número de lote del mismo grado de productos, se prohíbe mezclar diferentes lotes de diferentes grados de baterías.
Cortocircuito interno
Las baterías de iones de litio se cargan a unos 30% cuando se envían desde la fábrica original, y deben cumplir los siguientes requisitos de seguridad de las baterías de iones de litio:
● No utilice metal para cortocircuitar los polos de la batería;
● No corte la batería con la cuchilla;
● No coloque más de dos pilas u otros metales en la misma bolsa de plástico para evitar cortocircuitos accidentales;
● No caliente la batería, no toque el cuerpo de la batería con hierro cromado, ni utilice la pistola de aire caliente directamente para soplar la batería;
● No coloque la batería en un lugar que pueda generar altas temperaturas;
● No golpee con fuerza el conjunto de la batería;
● Tenga cuidado al coger y colocar la batería para evitar que se caiga;
● No golpee la batería ni la dañe por otros motivos;
● No limpie la batería con agua u otro licor;
● No infrinja las normas de funcionamiento, no apriete, aplaste ni utilice herramientas afiladas que puedan dañar el aislamiento de la batería y provocar un cortocircuito;
● No desmonte la batería sin autorización;
● No agarre los polos catódico y anódico de la batería con las manos desnudas;
● No coja más de dos pilas a la vez.
Eliminación de pilas
● Una vez que la batería presenta cortocircuitos, abolladuras, fugas, etc., debe desecharse de acuerdo con el proceso de desguace;
● Si la propia batería huele o se decolora, debe retirarse la batería y no debe exponerse a fuentes de calor;
● Desmonte inmediatamente componentes como PCM y CELL, y confirme que la batería se ha mantenido alejada de fuentes de calor para bajar la temperatura de la batería; la batería genera mucho calor debido a un cortocircuito, y el calentamiento se detendrá después de retirar el componente que causó el cortocircuito;
● Cuando el líquido de la batería gotee, debe aislarse la batería inmediatamente; si la piel entra en contacto con el líquido de la batería, lávela con agua y jabón inmediatamente; si el líquido de la batería entra en contacto con los ojos, lávelos con agua limpia inmediatamente y, a continuación, acuda a un médico.
● Si una pila está caliente, colóquela inmediatamente en un lugar ventilado y a prueba de incendios o en un recipiente hermético para que se enfríe. Puede tratarse de un cortocircuito interno, que producirá humo. Cuando termine la liberación de energía interna, la temperatura dejará de subir.
Chatarra
● Todas las baterías que presenten cortocircuitos, fugas, óxido o abolladuras durante el montaje deben desecharse;
● El proceso de desguace debe ser cuidadoso, no deje que la carcasa de la batería provoque un cortocircuito de otra batería;
● Nunca desmonte la batería, excepto en un entorno bien controlado, y no destruya la batería en el fuego.