Безпека літій-іонних акумуляторів - фактори ризику та поради щодо використання

Літій-іонні акумулятори є важливим джерелом енергії, що забезпечує живлення для багатьох інструментів та електронних пристроїв, які ми використовуємо у повсякденному житті, а також є одним з екологічно чистих енергетичних продуктів, що пропагуються сьогодні. Літій-іонні акумулятори мають такі переваги, як висока щільність енергії, тривалий термін служби і не потребують обслуговування, але є також багато моментів, на які слід звернути увагу при використанні та збереженні акумуляторів. У цій статті ви дізнаєтеся про Безпека літій-іонних акумуляторів.

Що таке літій-іонний акумулятор

Літій-іонна батарея - це акумуляторна батарея, яка працює головним чином за рахунок руху іонів літію між катодом і анодом. Матеріали літій-іонної батареї включають катод, анод, електроліт, діафрагму і корпус. Катод і мембрана катодні матеріали В якості сепаратора літій-іонного акумулятора використовують сполуки літію LiXCoO2, LiXNiO2, LiXMnO2 або LiFePO4, а в якості анода - літій-вуглецеву прошарок-сполуку LiXC6. Електроліт літій-іонного акумулятора - це розчинені солі літію LiPF6, LiAsF6 та інші органічні розчинники.

Під час процесу заряду і розряду Li+ вставляється і витягується між двома електродами. Коли батарея заряджається, Li+ видаляється з катоду і вбудовується в анод через електроліт, і анод перебуває в стані, збагаченому літієм. Під час розряджання відбувається протилежне.

Класифікація літій-іонних акумуляторів

За зовнішнім виглядом літій-іонні батареї поділяються на циліндричні батареї, квадратні батареї, акумулятори-мішечки. За матеріалом їх можна розділити на потрійні батареї, літій-залізо-фосфатні батареї, літій-марганцево-оксидні батареї, літій-титанатні батареї тощо. Відповідно до застосування, він поділяється на акумуляторну батарею, акумуляторну батарею, споживчу батарею тощо.

Фактори ризику безпеки літієвих батарей

Існує кілька факторів, що впливають на безпеку літій-іонних акумуляторів, як показано нижче.

Розчинник електроліту

Розчинник електроліту (сіль електроліту LiPF6) в основному складається з алкілкарбонатів, таких як диметилкарбонат (DMC), діетилкарбонат (DEC), етилметилкарбонат (EMC) тощо, які є легкозаймистими рідинами з дуже низькою температурою кипіння, що робить їх легкозаймистими в разі пожежі. Розчинник електроліту значно впливає на безпеку літій-іонного акумулятора.

У багатьох випадках електроліт літієвої батареї генерує газ. Наприклад, електроліт може розкладатися і виділяти газ, коли він безперервно взаємодіє з електродами під час циклу заряджання і розряджання. Якщо в електроліті є домішки, такі як волога, волога або кислота також розкладається, утворюючи газ під час заряджання.

LiPF6, з іншого боку, є корозійним і незаймистим, а при нагріванні та реакції з кислотами утворює шкідливий фтористий водень (корозійний). Реакція між фтористим воднем і металом призведе до утворення вибухонебезпечного газу та іскор, які запалять електроліт, що призведе до пошкодження пластикового корпусу та легкозаймистих матеріалів, які контактують з ним, і спричинить пожежу.

Коли температура всередині акумулятора різко підвищується, через малий простір всередині акумулятора, він може вибухнути через підвищення тиску. Коли температура всередині акумулятора підвищується повільно, оболонка акумулятора поступово плавиться, що призводить до витоку корозійного електроліту.

Анод
Заряджений анод зберігає велику кількість сильної відновлювальної речовини карбіду літію (інтеркаляційна сполука), потенціал LiC6 близький до -3,0 В, а відновник подібний до металевого літію, і він може горіти при контакті з водою.

Дендрит

У деяких погано спроектованих або виготовлених літієвих батареях при тривалому циклічному використанні утворюються дендрити, а метал літію осаджується, утворюючи порошкоподібний елемент (зазвичай сіро-чорний порошок на краю електрода), який може спалахнути при контакті з повітрям, що впливає на безпеку літієвих батарей.

Внутрішнє коротке замикання

Коли вночі, коли вранці сепаратор літієвих батарей між катодом і анодом акумулятора випадково проколюється (наприклад, ріст дендритів, зовнішня сила) і катод і анод безпосередньо з'єднуються, це призведе до внутрішнього короткого замикання, і всередині акумулятора виділяється велика кількість енергії, яку легко спалити або вибухнути.

Пошкодження оболонки

Літій-іонні акумулятори зазвичай упаковані в сталеву або алюмінієву оболонку. У деяких випадках, якщо зарядний пристрій або схема захисту не можуть запобігти перезарядці, внутрішня мембрана акумулятора пробивається і викликає внутрішнє коротке замикання. Таким чином, внутрішня температура акумулятора буде швидко зростати, а тиск також різко збільшиться. У цій ситуації запобіжний клапан літій-іонного акумулятора може вийти з ладу або запізнитися, зсунутися, і може статися руйнівний вибух.

Для батарей, упакованих в алюмінієво-пластикову композитну плівку, якщо пакувальну плівку проколоти або розрізати, може статися витік електроліту, що серйозно зашкодить безпеці літієвих батарей.

Завищена вартість
За певних умов в літієвих батареях, наприклад, при відмові зовнішнього ланцюга або коли не використовується захист, з різних причин може виділятися газ:

1) Катод надмірно розряджається, щоб вивільнити O2, і в той же час матеріал електрода перетворюється на форму, яка не може бути перезаряджена, і ємність значно знизиться.

2) Електроліт розкладається. Це основна причина газоутворення. Гази, які можуть утворюватися, - це вуглекислий газ, чадний газ, метан, етан, етилен тощо.

3) Інші причини. Наприклад, коли температура висока, електроліт випаровує власну пару, а також побічні реакції, спричинені добавками, тощо.

Властивості електроліту

Найпоширенішою сіллю електроліту в літій-іонних батареях є гексафторфосфат літію LiPF6, який має хорошу провідність, високу розчинність в органічних розчинниках і хорошу стійкість до окислення, і в даний час є найважливішою сіллю електроліту для літій-іонного електроліту. Однак, коли він реагує з водою, він утворює плавикову кислоту, яка є дуже шкідливою для навколишнього середовища і здоров'я людини.

Інші нещасні випадки

Впорскування рідкої вентиляції може призвести до отруєння, витік - до вибуху.

Утворення, старіння може призвести до вибуху.

Використання етанолу та ацетону для очищення контейнера, що може призвести до вибуху.

У процесі виробництва та зберігання можуть виникати ризики для безпеки літієвих батарей.

Неточна робота в процесі виробництва літієвих батарей створює ризики для безпеки літієвих батарей.

Правила безпеки для літій-іонних акумуляторів

Для забезпечення безпеки літій-іонних акумуляторів необхідно дотримуватися деяких правил.

Зберігання

Місце зберігання літій-іонних акумуляторів повинно бути прохолодним і сухим, не схильним до впливу погодних умов. Нормальна температура зберігання акумулятора становить від 0 до 25 ℃, а максимальна температура не повинна перевищувати 45 ℃, а вимоги до температури тривалого зберігання є більш суворими. Відносна вологість повинна підтримуватися в межах від 30% до 70%.

Компоненти акумулятора не можна зберігати поблизу джерел тепла, таких як обігрівачі, водонагрівачі тощо.

Змішане використання

В ідеальних умовах зберігання (наприклад, при температурі та вологості, визначених заводом-виробником) батарею можна зберігати протягом одного року, але через півроку ці батареї раннього виробництва не можна змішувати з новоствореними батареями. Всі батареї, зібрані в одну комбіновану батарею, повинні мати однаковий номер партії одного сорту продукції, різні партії різних сортів батарей змішувати заборонено.

Внутрішнє коротке замикання

Літій-іонні акумулятори при постачанні з заводу-виробника заряджені приблизно до 30% і повинні відповідати наступним вимогам безпеки для літій-іонних акумуляторів:

Не використовуйте метал для короткого замикання полюсів акумулятора;

Не розрізайте акумулятор лезом;

Не кладіть більше двох батарейок або інших металів в один поліетиленовий пакет, щоб запобігти випадковому короткому замиканню;

Не нагрівайте акумулятор, не торкайтеся корпусу акумулятора хромованим залізом і не використовуйте фен для продування акумулятора;

Не розміщуйте акумулятор у місцях, де може виникнути висока температура;

Не вдаряйте з силою по блоку акумулятора;

Будьте обережні, коли берете та кладете акумулятор, щоб уникнути падіння;

Не вдаряйте по акумулятору та не пошкоджуйте його з інших причин;

Не протирайте акумулятор водою або іншими рідинами;

Не порушуйте правила експлуатації, не здавлюйте, не розчавлюйте і не використовуйте гострі інструменти, щоб не пошкодити ізоляцію акумулятора і не призвести до короткого замикання;

Не розбирайте акумулятор без дозволу;

Не тримайтеся голими руками за катодний та анодний полюси акумулятора;

Не беріть більше двох батарей одночасно.

Утилізація акумуляторів

Після короткого замикання, вм'ятини, витоку і т.д. акумулятор слід утилізувати відповідно до процедури утилізації;

Якщо батарея пахне або змінює колір, її необхідно вийняти і не піддавати впливу джерел тепла;

Негайно демонтуйте такі компоненти, як PCM і CELL, і переконайтеся, що акумулятор тримався подалі від джерел тепла, щоб знизити температуру акумулятора; акумулятор генерує багато тепла через коротке замикання, і нагрівання припиниться після того, як компонент, що спричинив коротке замикання, буде вилучено;

При витіканні рідини з акумулятора слід негайно ізолювати акумулятор; якщо рідина потрапила на шкіру, негайно промийте її водою з милом; якщо рідина потрапила в очі, негайно промийте їх чистою водою, а потім зверніться до лікаря.

Якщо одна батарея нагрілася, негайно помістіть її у вентильоване та пожежобезпечне приміщення або герметичний контейнер, щоб охолодити. Це може бути внутрішнє коротке замикання, яке призведе до появи диму. Коли внутрішнє виділення енергії закінчиться, температура перестане підвищуватися.

Брухт

Всі батареї, у яких під час збирання виявлено коротке замикання, витік, іржу або вм'ятини, повинні бути утилізовані;

Процес утилізації повинен бути обережним, не допускайте, щоб корпус акумулятора спричинив коротке замикання іншого акумулятора;

Ніколи не розбирайте акумулятор, окрім як у добре контрольованому середовищі, і не знищуйте акумулятор у вогні.