Segurança das baterias de iões de lítio - factores de risco e dicas de utilização
Índice
As baterias de iões de lítio são uma fonte de energia essencial que fornece energia a muitas das ferramentas e dispositivos electrónicos que utilizamos no dia a dia, sendo também um dos produtos energéticos amigos do ambiente defendidos atualmente. As baterias de iões de lítio têm vantagens como a elevada densidade energética, a longa vida útil e a ausência de manutenção, mas há também muitos pontos a ter em atenção na utilização e preservação das baterias. Este artigo apresenta-lhe os conhecimentos sobre segurança das pilhas de iões de lítio.
O que é a bateria de iões de lítio
Uma bateria de iões de lítio é uma bateria recarregável que funciona principalmente através da movimentação de iões de lítio entre o cátodo e o ânodo. Os materiais das baterias de iões de lítio incluem o cátodo, o ânodo, o eletrólito, o diafragma e o invólucro. O materiais catódicos da bateria de iões de lítio utiliza os compostos de lítio LiXCoO2, LiXNiO2, LiXMnO2 ou LiFePO4, e o ânodo utiliza o composto intercalar de lítio-carbono LiXC6. O eletrólito da bateria de iões de lítio é constituído por sais de lítio dissolvidos LiPF6, LiAsF6 e outros solutos orgânicos.
Durante o processo de carga e descarga, o Li+ é inserido e desinserido entre os dois eléctrodos. Quando a bateria está a ser carregada, o Li+ é removido do cátodo e incorporado no ânodo através do eletrólito, e o ânodo está num estado rico em lítio. O oposto é verdadeiro quando está descarregada.
Classificação das baterias de iões de lítio
As baterias de iões de lítio dividem-se em baterias cilíndricas, baterias quadradas e baterias de bolsa de acordo com o seu aspeto. De acordo com o material, podem ser divididas em baterias ternárias, baterias de fosfato de ferro e lítio, baterias de óxido de manganês de lítio, baterias de titanato de lítio, etc. De acordo com a aplicação, divide-se em bateria eléctrica, bateria de armazenamento de energia, bateria de consumo, etc.
Factores de risco da segurança das baterias de iões de lítio
Existem alguns factores que afectam a segurança das baterias de iões de lítio, como se indica a seguir.
Solvente eletrolítico
O solvente do eletrólito (sal do eletrólito LiPF6) é composto principalmente por carbonatos de alquilo, como o carbonato de dimetilo (DMC), o carbonato de dietilo (DEC), o carbonato de etilo e metilo (EMC), etc., que são líquidos inflamáveis com pontos de ebulição muito baixos, o que facilita a combustão em caso de incêndio. O solvente do eletrólito afecta grandemente a segurança da bateria de iões de lítio.
Em muitos casos, o eletrólito de uma bateria de lítio irá gerar gás. Por exemplo, o eletrólito pode decompor-se e libertar gás quando interage continuamente com os eléctrodos durante o ciclo de carga e descarga. Se existirem impurezas como a humidade no eletrólito, a humidade ou o ácido também se decompõem para gerar gás durante o carregamento.
O LiPF6, por outro lado, é corrosivo e não inflamável, e produz fluoreto de hidrogénio nocivo (corrosivo) quando aquecido e reagido com ácidos. A reação entre o fluoreto de hidrogénio e o metal produzirá gás explosivo e faíscas para inflamar o eletrólito, o que danificará o corpo de plástico e os materiais inflamáveis em contacto com ele, provocando um incêndio.
Quando a temperatura no interior da bateria aumenta acentuadamente, devido ao pequeno espaço no interior da bateria, esta pode explodir devido ao aumento da pressão. Quando a temperatura no interior da bateria aumenta lentamente, o invólucro da bateria derrete gradualmente, resultando na fuga de eletrólito corrosivo.
Ânodo O ânodo carregado armazena uma grande quantidade de carboneto de lítio de substância redutora forte (composto de intercalação), o potencial de LiC6 é próximo de -3,0V, e o agente redutor é semelhante ao lítio metálico, e pode queimar quando encontra água.
Dendrite
Em algumas baterias de lítio mal concebidas ou fabricadas, o ciclo de longa duração formará dendritos e o lítio metálico será depositado para formar um elemento pulverulento (normalmente pó cinzento-preto na extremidade do elétrodo), que pode arder quando encontra o ar, o que afecta a segurança da bateria de lítio.
Curto-circuito interno
Quando o separador de baterias de lítio entre o cátodo e o ânodo da pilha for acidentalmente perfurado (como crescimento de dendrite, força externa) e o cátodo e o ânodo estiverem diretamente ligados, causará um curto-circuito interno, e uma grande quantidade de energia é libertada no interior da pilha, que é fácil de queimar ou explodir.
Danos na carapaça
As baterias de iões de lítio são normalmente embaladas num invólucro de aço ou alumínio. Nalguns casos, se o equipamento de carregamento ou o circuito de proteção não provocar uma sobrecarga, a membrana interna da bateria é perfurada e provoca um curto-circuito interno. Assim, a temperatura interna da bateria aumentará rapidamente e a pressão também aumentará acentuadamente. Nesta situação, a válvula de segurança da bateria de iões de lítio pode falhar ou chegar demasiado tarde, mover-se e pode ocorrer uma explosão destrutiva.
No caso das baterias embaladas em película composta de alumínio-plástico, se a película de embalagem for perfurada ou cortada, pode ocorrer fuga de eletrólito, prejudicando seriamente a segurança da bateria de lítio.
Sobrecarga Em determinadas condições nas baterias de iões de lítio, tais como falha do circuito externo ou quando a proteção não é utilizada, pode ser gerado gás por várias razões:
1) O cátodo é descarregado em excesso para libertar O2 e, ao mesmo tempo, o material do elétrodo transforma-se numa forma que não pode ser recarregada, e a capacidade cairá significativamente.
2) O eletrólito é decomposto. Esta é a principal causa da produção de gases. Os gases que podem ser produzidos são o dióxido de carbono, o monóxido de carbono, o metano, o etano, o etileno, etc.
3) Outras razões. Por exemplo, quando a temperatura é elevada, o eletrólito vaporiza o seu próprio vapor e as reacções secundárias produzidas pelos aditivos, etc.
As propriedades do eletrólito
O sal eletrolítico mais utilizado nas baterias de iões de lítio é o hexafluorofosfato de lítio LiPF6, que tem boa condutividade, elevada solubilidade em solventes orgânicos e boa resistência à oxidação, sendo atualmente o sal eletrolítico mais importante para o eletrólito de iões de lítio. No entanto, quando reage com a água, produz ácido fluorídrico, que é muito prejudicial para o ambiente e para a saúde humana.
Outros acidentes
A injeção de ventilação líquida pode causar envenenamento, a fuga pode causar explosão.
A formação e o envelhecimento podem provocar uma explosão.
Utilização de etanol e acetona para esfregar o contentor, provocando uma explosão.
No processo de produção e armazenamento, podem existir riscos para a segurança das baterias de iões de lítio.
A operação imprecisa no processo de produção de baterias de lítio deixa riscos de segurança nas baterias de iões de lítio.
Regras de segurança das pilhas de iões de lítio
Para a segurança das baterias de iões de lítio, existem algumas regras que devem ser seguidas.
Armazenamento
A área de armazenamento das baterias de iões de lítio deve ser fresca e seca e não deve ser afetada pelo clima. A temperatura normal de armazenamento da bateria está entre 0-25 ℃, e a temperatura máxima não deve exceder 45 ℃, e os requisitos de temperatura de armazenamento de longo prazo são mais rigorosos. A umidade relativa deve ser mantida entre 30% e 70%.
Os componentes da bateria não podem ser armazenados perto de fontes de calor, como aquecedores, aquecedores de água, etc.
Utilização mista
Em condições ideais de armazenamento (como a temperatura e a humidade especificadas pela fábrica original), a bateria pode ser armazenada durante um ano, mas após meio ano, estas baterias de produção inicial não podem ser misturadas com as baterias recém-produzidas. Todas as baterias montadas na mesma combinação de baterias devem ter o mesmo número de lote do mesmo tipo de produtos, sendo proibida a mistura de diferentes lotes de diferentes tipos de baterias.
Curto-circuito interno
As baterias de iões de lítio são carregadas até cerca de 30% quando enviadas da fábrica original e devem cumprir os seguintes requisitos de segurança para baterias de iões de lítio:
Não utilize metal para provocar um curto-circuito nos pólos da bateria;
Não corte a bateria com uma lâmina;
Não coloque mais de duas pilhas ou outros metais no mesmo saco de plástico para evitar curto-circuitos acidentais;
Não aqueça a bateria, não toque no corpo da bateria com ferro cromado, nem utilize a pistola de ar quente diretamente para soprar a bateria;
Não coloque a bateria num local que possa gerar temperaturas elevadas;
Não bata com força no conjunto da bateria;
Tenha cuidado ao pegar e colocar a bateria para evitar que caia;
Não bata na bateria nem a danifique por outros motivos;
Não limpe a bateria com água ou outro licor;
Não violar as regras de funcionamento, não apertar, esmagar ou utilizar quaisquer ferramentas afiadas para danificar o isolamento da bateria e provocar um curto-circuito;
Não desmonte a bateria sem autorização;
Não agarre os pólos catódico e anódico da bateria com as mãos desprotegidas;
Não pegue em mais do que duas pilhas ao mesmo tempo.
Eliminação da bateria
Se a bateria tiver um curto-circuito, amolgadelas, fugas, etc., deve ser eliminada de acordo com o processo de desmantelamento;
Se a própria bateria cheirar mal ou descolorir, deve ser retirada e não deve ser exposta a fontes de calor;
Desmonte imediatamente componentes como o PCM e a CELL e confirme que a bateria foi mantida afastada de fontes de calor para baixar a temperatura da bateria; a bateria gera muito calor devido a um curto-circuito e o aquecimento pára depois de o componente que causou o curto-circuito ser removido;
Se o fluido da bateria derramar, a bateria deve ser imediatamente isolada; se a pele tocar no fluido da bateria, lave-a imediatamente com água e sabão; se o fluido da bateria entrar em contacto com os olhos, lave-os imediatamente com água limpa e consulte um médico.
Se uma única pilha estiver quente, coloque-a imediatamente numa área ventilada e à prova de fogo ou num recipiente hermético para arrefecer. Pode tratar-se de um curto-circuito interno, que produzirá fumo. Quando a libertação de energia interna terminar, a temperatura deixará de subir.
Sucata
Todas as baterias que apresentem curto-circuito, fugas, ferrugem e amolgadelas durante a montagem devem ser eliminadas;
O processo de desmantelamento deve ser cuidadoso, não deixe que a caixa da bateria provoque um curto-circuito noutra bateria;
Nunca desmonte a bateria, exceto num ambiente bem controlado, e não destrua a bateria no fogo.
Segurança das baterias de iões de lítio - factores de risco e dicas de utilização
As baterias de iões de lítio são uma fonte de energia essencial que fornece energia a muitas das ferramentas e dispositivos electrónicos que utilizamos no dia a dia, sendo também um dos produtos energéticos amigos do ambiente defendidos atualmente. As baterias de iões de lítio têm vantagens como a elevada densidade energética, a longa vida útil e a ausência de manutenção, mas há também muitos pontos a ter em atenção na utilização e preservação das baterias. Este artigo apresenta-lhe os conhecimentos sobre segurança das pilhas de iões de lítio.
O que é a bateria de iões de lítio
Uma bateria de iões de lítio é uma bateria recarregável que funciona principalmente através da movimentação de iões de lítio entre o cátodo e o ânodo. Os materiais das baterias de iões de lítio incluem o cátodo, o ânodo, o eletrólito, o diafragma e o invólucro. O materiais catódicos da bateria de iões de lítio utiliza os compostos de lítio LiXCoO2, LiXNiO2, LiXMnO2 ou LiFePO4, e o ânodo utiliza o composto intercalar de lítio-carbono LiXC6. O eletrólito da bateria de iões de lítio é constituído por sais de lítio dissolvidos LiPF6, LiAsF6 e outros solutos orgânicos.
Durante o processo de carga e descarga, o Li+ é inserido e desinserido entre os dois eléctrodos. Quando a bateria está a ser carregada, o Li+ é removido do cátodo e incorporado no ânodo através do eletrólito, e o ânodo está num estado rico em lítio. O oposto é verdadeiro quando está descarregada.
Classificação das baterias de iões de lítio
As baterias de iões de lítio dividem-se em baterias cilíndricas, baterias quadradas e baterias de bolsa de acordo com o seu aspeto. De acordo com o material, podem ser divididas em baterias ternárias, baterias de fosfato de ferro e lítio, baterias de óxido de manganês de lítio, baterias de titanato de lítio, etc. De acordo com a aplicação, divide-se em bateria eléctrica, bateria de armazenamento de energia, bateria de consumo, etc.
Factores de risco da segurança das baterias de iões de lítio
Existem alguns factores que afectam a segurança das baterias de iões de lítio, como se indica a seguir.
Solvente eletrolítico
O solvente do eletrólito (sal do eletrólito LiPF6) é composto principalmente por carbonatos de alquilo, como o carbonato de dimetilo (DMC), o carbonato de dietilo (DEC), o carbonato de etilo e metilo (EMC), etc., que são líquidos inflamáveis com pontos de ebulição muito baixos, o que facilita a combustão em caso de incêndio. O solvente do eletrólito afecta grandemente a segurança da bateria de iões de lítio.
Em muitos casos, o eletrólito de uma bateria de lítio irá gerar gás. Por exemplo, o eletrólito pode decompor-se e libertar gás quando interage continuamente com os eléctrodos durante o ciclo de carga e descarga. Se existirem impurezas como a humidade no eletrólito, a humidade ou o ácido também se decompõem para gerar gás durante o carregamento.
O LiPF6, por outro lado, é corrosivo e não inflamável, e produz fluoreto de hidrogénio nocivo (corrosivo) quando aquecido e reagido com ácidos. A reação entre o fluoreto de hidrogénio e o metal produzirá gás explosivo e faíscas para inflamar o eletrólito, o que danificará o corpo de plástico e os materiais inflamáveis em contacto com ele, provocando um incêndio.
Quando a temperatura no interior da bateria aumenta acentuadamente, devido ao pequeno espaço no interior da bateria, esta pode explodir devido ao aumento da pressão. Quando a temperatura no interior da bateria aumenta lentamente, o invólucro da bateria derrete gradualmente, resultando na fuga de eletrólito corrosivo.
Ânodo
O ânodo carregado armazena uma grande quantidade de carboneto de lítio de substância redutora forte (composto de intercalação), o potencial de LiC6 é próximo de -3,0V, e o agente redutor é semelhante ao lítio metálico, e pode queimar quando encontra água.
Dendrite
Em algumas baterias de lítio mal concebidas ou fabricadas, o ciclo de longa duração formará dendritos e o lítio metálico será depositado para formar um elemento pulverulento (normalmente pó cinzento-preto na extremidade do elétrodo), que pode arder quando encontra o ar, o que afecta a segurança da bateria de lítio.
Curto-circuito interno
Quando o separador de baterias de lítio entre o cátodo e o ânodo da pilha for acidentalmente perfurado (como crescimento de dendrite, força externa) e o cátodo e o ânodo estiverem diretamente ligados, causará um curto-circuito interno, e uma grande quantidade de energia é libertada no interior da pilha, que é fácil de queimar ou explodir.
Danos na carapaça
As baterias de iões de lítio são normalmente embaladas num invólucro de aço ou alumínio. Nalguns casos, se o equipamento de carregamento ou o circuito de proteção não provocar uma sobrecarga, a membrana interna da bateria é perfurada e provoca um curto-circuito interno. Assim, a temperatura interna da bateria aumentará rapidamente e a pressão também aumentará acentuadamente. Nesta situação, a válvula de segurança da bateria de iões de lítio pode falhar ou chegar demasiado tarde, mover-se e pode ocorrer uma explosão destrutiva.
No caso das baterias embaladas em película composta de alumínio-plástico, se a película de embalagem for perfurada ou cortada, pode ocorrer fuga de eletrólito, prejudicando seriamente a segurança da bateria de lítio.
Sobrecarga
Em determinadas condições nas baterias de iões de lítio, tais como falha do circuito externo ou quando a proteção não é utilizada, pode ser gerado gás por várias razões:
1) O cátodo é descarregado em excesso para libertar O2 e, ao mesmo tempo, o material do elétrodo transforma-se numa forma que não pode ser recarregada, e a capacidade cairá significativamente.
2) O eletrólito é decomposto. Esta é a principal causa da produção de gases. Os gases que podem ser produzidos são o dióxido de carbono, o monóxido de carbono, o metano, o etano, o etileno, etc.
3) Outras razões. Por exemplo, quando a temperatura é elevada, o eletrólito vaporiza o seu próprio vapor e as reacções secundárias produzidas pelos aditivos, etc.
As propriedades do eletrólito
O sal eletrolítico mais utilizado nas baterias de iões de lítio é o hexafluorofosfato de lítio LiPF6, que tem boa condutividade, elevada solubilidade em solventes orgânicos e boa resistência à oxidação, sendo atualmente o sal eletrolítico mais importante para o eletrólito de iões de lítio. No entanto, quando reage com a água, produz ácido fluorídrico, que é muito prejudicial para o ambiente e para a saúde humana.
Outros acidentes
A injeção de ventilação líquida pode causar envenenamento, a fuga pode causar explosão.
A formação e o envelhecimento podem provocar uma explosão.
Utilização de etanol e acetona para esfregar o contentor, provocando uma explosão.
No processo de produção e armazenamento, podem existir riscos para a segurança das baterias de iões de lítio.
A operação imprecisa no processo de produção de baterias de lítio deixa riscos de segurança nas baterias de iões de lítio.
Regras de segurança das pilhas de iões de lítio
Para a segurança das baterias de iões de lítio, existem algumas regras que devem ser seguidas.
Armazenamento
A área de armazenamento das baterias de iões de lítio deve ser fresca e seca e não deve ser afetada pelo clima. A temperatura normal de armazenamento da bateria está entre 0-25 ℃, e a temperatura máxima não deve exceder 45 ℃, e os requisitos de temperatura de armazenamento de longo prazo são mais rigorosos. A umidade relativa deve ser mantida entre 30% e 70%.
Os componentes da bateria não podem ser armazenados perto de fontes de calor, como aquecedores, aquecedores de água, etc.
Utilização mista
Em condições ideais de armazenamento (como a temperatura e a humidade especificadas pela fábrica original), a bateria pode ser armazenada durante um ano, mas após meio ano, estas baterias de produção inicial não podem ser misturadas com as baterias recém-produzidas. Todas as baterias montadas na mesma combinação de baterias devem ter o mesmo número de lote do mesmo tipo de produtos, sendo proibida a mistura de diferentes lotes de diferentes tipos de baterias.
Curto-circuito interno
As baterias de iões de lítio são carregadas até cerca de 30% quando enviadas da fábrica original e devem cumprir os seguintes requisitos de segurança para baterias de iões de lítio:
Não utilize metal para provocar um curto-circuito nos pólos da bateria;
Não corte a bateria com uma lâmina;
Não coloque mais de duas pilhas ou outros metais no mesmo saco de plástico para evitar curto-circuitos acidentais;
Não aqueça a bateria, não toque no corpo da bateria com ferro cromado, nem utilize a pistola de ar quente diretamente para soprar a bateria;
Não coloque a bateria num local que possa gerar temperaturas elevadas;
Não bata com força no conjunto da bateria;
Tenha cuidado ao pegar e colocar a bateria para evitar que caia;
Não bata na bateria nem a danifique por outros motivos;
Não limpe a bateria com água ou outro licor;
Não violar as regras de funcionamento, não apertar, esmagar ou utilizar quaisquer ferramentas afiadas para danificar o isolamento da bateria e provocar um curto-circuito;
Não desmonte a bateria sem autorização;
Não agarre os pólos catódico e anódico da bateria com as mãos desprotegidas;
Não pegue em mais do que duas pilhas ao mesmo tempo.
Eliminação da bateria
Se a bateria tiver um curto-circuito, amolgadelas, fugas, etc., deve ser eliminada de acordo com o processo de desmantelamento;
Se a própria bateria cheirar mal ou descolorir, deve ser retirada e não deve ser exposta a fontes de calor;
Desmonte imediatamente componentes como o PCM e a CELL e confirme que a bateria foi mantida afastada de fontes de calor para baixar a temperatura da bateria; a bateria gera muito calor devido a um curto-circuito e o aquecimento pára depois de o componente que causou o curto-circuito ser removido;
Se o fluido da bateria derramar, a bateria deve ser imediatamente isolada; se a pele tocar no fluido da bateria, lave-a imediatamente com água e sabão; se o fluido da bateria entrar em contacto com os olhos, lave-os imediatamente com água limpa e consulte um médico.
Se uma única pilha estiver quente, coloque-a imediatamente numa área ventilada e à prova de fogo ou num recipiente hermético para arrefecer. Pode tratar-se de um curto-circuito interno, que produzirá fumo. Quando a libertação de energia interna terminar, a temperatura deixará de subir.
Sucata
Todas as baterias que apresentem curto-circuito, fugas, ferrugem e amolgadelas durante a montagem devem ser eliminadas;
O processo de desmantelamento deve ser cuidadoso, não deixe que a caixa da bateria provoque um curto-circuito noutra bateria;
Nunca desmonte a bateria, exceto num ambiente bem controlado, e não destrua a bateria no fogo.