Czy baterie litowe są niebezpieczne?

Wiele osób wierzy, że "baterie litowe są łatwopalne i wybuchowe".ciepło wytwarzane w trakcie codziennego użytkowania zazwyczaj pochodzi z procesorów dużych prędkości o wysokości znacznie poniżej progu wymaganego do uruchomienia ucieczki termicznejNasza zwiększona wrażliwość na bezpieczeństwo baterii wynika z faktu, że te baterie są głęboko zintegrowane z każdym aspektem naszego życia.Jednakże większość ludzi nie wie, jakie są rzeczywiste źródła ryzyka., różnice bezpieczeństwa między różnymi technologiami akumulatorów oraz praktyczne kroki niezbędne do rzeczywistego uniknięcia zagrożeń.

I. Skąd pochodzi "zapalność" baterii litowych?

Aby zrozumieć bezpieczeństwo baterii, należy najpierw zrozumieć podstawową strukturę i logikę działania baterii litowych.rdzeń składa się z czterech elementów: katodę (np. tlenek niklu, kobaltu i manganu), anodę (zwykle grafyt), elektrolit organiczny i separator.

Zasada działania jest prosta: podczas ładowania jony litu oddzielają się od katody, przechodzą przez elektrolit i separator i wchodzą do anody;podczas wyładowaniaW ten sposób iony przemieszczają się z powrotem z anody na katodę, co umożliwia magazynowanie i uwalnianie energii elektrycznej.Ta kontrolowana reakcja redoksowa stanowi podstawę stabilnego zasilania baterii.
Jednakże taka wysoka wydajność niesie ze sobą zagrożenia dla bezpieczeństwa.

Kluczowe czynniki przyczyniające się do spalania
Aby osiągnąć wysokie napięcie i wysoką gęstość energii, materiały wybrane do akumulatorów litowych niosą ze sobą ryzyko:

• Elektrolity organiczne są bardzo łatwopalne
Akumulatory litowe wykorzystują zazwyczaj elektrolity organiczne na bazie węglanów, które, choć obsługują szeroki zakres napięć i zapewniają wydajny transport jonów, są z natury łatwopalne i lotne.stwarzające ryzyko spalania w przypadku narażenia na wysokie temperatury lub otwarte płomienie.
• Katody rozkładają się i uwalniają tlen w wysokich temperaturach
W szczególności materiały katodowe ternowe rozkładają się w środowiskach o wysokiej temperaturze i uwalniają tlen, skutecznie działając jako przyspieszacz spalania.
• Rozdzielacze są cienkie i kruche
W celu ułatwienia szybkiego przemieszczania się jonów litu i wspierania szybkiego ładowania separatory akumulatorów są wytwarzane w sposób niezwykle cienki, o grubości porównywalnej z zwykłą plastikową torebką.Służy jako bariera krytyczna oddzielająca pozytywne i negatywne elektrodyW przypadku uszkodzenia, czy to z powodu starzenia się, przebicia, czy wysokich temperatur, elektrody wchodzą w bezpośredni kontakt.wywołujące natychmiastowe i gwałtowne uwalnianie ciepła.

Z trzech elementów potrzebnych do spalania – paliwa, utleniacza i źródła zapłonu – pierwsze dwa elementy są nieodłączną częścią baterii litowych.Jeśli wewnętrzny zwarcie lub trwałe przegrzanie wyzwala trzeci element, następuje reakcja łańcuchowa znana jako "thermal runaway": rosnąca temperatura przyspiesza rozkład materiału, a uwalniane ciepło w trakcie rozkładu podnosi temperaturę jeszcze wyżej,ostatecznie prowadzi do obrzęku, wyciek, a nawet pożar i eksplozja.

II. Różnice bezpieczeństwa: Litium trzecie, LFP i półstały stan

Na rynku dostępne są różnorodne akumulatory litowe, które zasilają wszystko, od telefonów komórkowych i pojazdów elektrycznych po domowe systemy magazynowania energii i przenośne elektrownie zewnętrzne.Akumulatory oparte na różnych technologiach wykazują znacznie różną nieodłączną stabilność termiczną i profile ryzykaNie ma jednej "najbezpieczniejszej" opcji; istnieją raczej rozwiązania dostosowane do konkretnych warunków eksploatacji.

1Fosforan żelaza litowego (LFP): lepsza stabilność termiczna i wyższa tolerancja błędów

LFP jest powszechnie znany ze swojej wyższej stabilności termicznej. Jego materiał katodowy posiada stabilną strukturę chemiczną, która jest odporna na szybkie rozkład i uwalnianie ciepła w wysokich temperaturach,w wyniku czego jest znacznie wyższy próg wywołania ucieczki termicznej w porównaniu z bateriami litowymiNawet w przypadku obrażeń fizycznych, takich jak przebicie lub rozbicie, prawdopodobieństwo gwałtownego uwalniania ciepła lub otwartego płomienia jest mniejsze.Akumulatory te wykazują również większą odporność, gdy są przechowywane w pełni naładowane lub przechowywane w środowiskach o wysokiej temperaturze.Główną wadą jest słabsza wydajność w niskich temperaturach; trwały wyładowanie dużej mocy w temperaturach poniżej zera może prowadzić do zaburzeń równowagi napięcia,konieczność bardziej solidnego systemu zarządzania równoważeniem komórekW związku z tym LFP jest głównym wyborem w zakresie magazynowania energii, domowych systemów energetycznych i zastosowań, w których bezpieczeństwo ma najwyższy priorytet.

2Litium trzecie: wyższa gęstość energii, zależność od ochrony na poziomie systemu
Zaletami baterii litowych są ich wysoka gęstość energii i stabilna wydajność rozładowania w niskich temperaturach.są szeroko stosowane w telefonach komórkowychJednak kompromisem jest to, że ogniwa akumulatora są bardziej aktywne chemicznie; ładowanie w wysokiej temperaturze, trwałe działanie przy pełnym obciążeniu,Zwiększa to ryzyko wytwarzania i degradacji ciepła.Wydajność bezpieczeństwa zależy w dużej mierze od wyposażenia w system zarządzania cieplnym, modułów kontroli temperatury oraz ochrony przed przeładowaniem/przeładowaniem.Tak długo, jak trwają te środki ochronne, bezpieczeństwo podczas codziennego użytkowania jest w pełni zagwarantowane; jednakże w przypadku braku takiej ochrony lub w przypadku niewłaściwego użytkowania poziom ryzyka rośnie szybciej niż w przypadku akumulatorów z fosforanem żelaza litowego (LFP)..

3Półstały stan: ewolucyjne rozwiązanie równoważące wydajność i bezpieczeństwo
Służy jako technologia przejściowa pomiędzy płynnymi akumulatorami litowymi i akumulatorami stałych,akumulatory półstałe znacznie zmniejszają udział ciekłego elektrolitu i optymalizują strukturę uszczelniania ogniwa, zmniejszając w ten sposób zasadniczo ryzyko wycieku i spalania elektrolitów.Utrzymują one imponującą wydajność energetyczną i wydajność w niskich temperaturach, jednocześnie rozwiązując wady bezpieczeństwa tradycyjnych baterii ciekło-elektrolytowychOczywiście, jako ewolucyjna technologia,nakłada on surowsze wymagania dotyczące procesów produkcyjnych i powiązanego z nimi systemu zarządzania bateriami (BMS); tylko produkty produkowane zgodnie z rygorystycznymi normami mogą zapewniać te zrównoważone właściwości bezpieczeństwa.

Uwaga dodatkowa:Dwie powszechne formy baterii litowych w elektronikach konsumenckich
Baterie klasy konsumenckiej, z którymi spotykamy się w codziennym życiu, zazwyczaj podzielone są na dwie kategorie:

Baterie litowo-jonowe
Zazwyczaj posiadają cylindryczne lub pryzmatyczne opakowania twardych powłok (np. komórki 18650).

Baterie litowo-polimerowe (LiPo)
Wykorzystuj elektrolity polimerowe i opakowania miękkie, umożliwiające cienkie, lekkie i niestandardowe kształty odpowiednie dla smartfonów, urządzeń do noszenia i cienkich produktów cyfrowych.Oferują one niższy opór wewnętrzny i wyższe możliwości rozładowania w porównaniu z tradycyjnymi ogniwami z twardą powłoką, chociaż ich odporność na przebicie i kruszenie pozostaje ograniczona.

III. Ile warstw ochrony bezpieczeństwa posiada kwalifikowany akumulator litowy?

Nie ma potrzeby obawiać się akumulatorów litowych; przemysł od dawna wprowadził wiele warstw zabezpieczeń bezpieczeństwa, aby rozwiązać ich ograniczenia.i od pojedynczych ogniw do kompletnego akumulatora, zabezpieczenia bezpieczeństwa kwalifikowanych produktów są znacznie bardziej solidne, niż przeciętny użytkownik może sobie wyobrazić.

1Poziom materiału: ograniczanie ryzyka u źródła

Wysiłki na rzecz optymalizacji materiałów były ciągłe, ukierunkowane na trzy kluczowe kwestie: łatwopalne elektrolity, kruche separatory i wzrost dendrytów:

Dodanie specjalnych środków opóźniających płomień do elektrolitu w celu podniesienia punktu zapłonu i zahamowania rozprzestrzeniania się ognia;
zastosowanie powłok ceramicznych na powierzchni separatora w celu znacznego zwiększenia wytrzymałości mechanicznej, zmniejszając w ten sposób prawdopodobieństwo przebicia lub awarii w wysokich temperaturach;
Konstrukcja na powierzchni elektrody stabilnej warstwy międzyfazowej stałych elektrolitów (SEI) w celu opóźnienia wzrostu dendrytów litu i zmniejszenia ryzyka wewnętrznych zwarć podczas długotrwałego cyklu.

2Poziom systemu: BMS jako Strażnik bezpieczeństwa baterii
Jeśli materiały stanowią podstawową linię obrony, system zarządzania baterią (BMS) pełni rolę "stróża bezpieczeństwa" w stałej służbie.i temperatury każdego łańcucha komórkowego w czasie rzeczywistymW przypadku przekroczenia progu bezpieczeństwa, natychmiast podejmuje działania, takie jak ograniczenie mocy, ograniczenie prądu lub nawet przymusowe odcięcie zasilania, aby ograniczyć ryzyko w zarodku.Od akumulatorów smartfonów do akumulatorów do pojazdów elektrycznych, BMS jest niezbędnym podstawowym elementem. Powszechnym problemem z bateriami innych marek lub modyfikowanymi jest pominięcie odpowiedniego BMS lub użycie taniego,rozwiązania o niskiej precyzji, które nie wykrywają anomalii na czas.

ACEY-BP32-200A200AMaszyna do testowania BMSma wysoki poziom automatyzacji, szybką prędkość badań i wysoką dokładność badań.przepływ prądu (przepływ prądu i prąd prądu), rezystancja wewnętrzna, samozaopatrzenie, ochrona przed zwarciem, czas ochrony przed przeładowaniem, czas ochrony przed prądem, czas ochrony przed przeładowaniem, prąd wyrównania,i napięcie wyrównania.

3Zaawansowana ochrona akumulatorów
W przypadku akumulatorów mocy i akumulatorów magazynowania energii, które mają większą pojemność i działają w bardziej złożonych warunkach, normy ochrony są jeszcze wyższe:

Rozmożne obudowy fizyczne odporne na uszkodzenia spowodowane zderzeniami lub siłami kruszącymi;
systemy chłodzenia płynem lub powietrzem w celu precyzyjnego kontrolowania temperatury pracy ogniw i zapobiegania trwałemu przegrzaniu;
Wyniki badań naukowych w zakresie bezpieczeństwa i bezpieczeństwa w miejscu pracy
Projekty te nie są przeznaczone do sytuacji, w których awaria jest nieunikniona, ale raczej zapewniają szeroki margines bezpieczeństwa w skrajnych scenariuszach.w ekstremalnych warunkachSłużą jako ostatnia linia obrony dla bezpieczeństwa.

IV. Co należy zrobić, jeśli akumulator puchnie lub osiągnie koniec swojego życia?

Gdy baterie osiągają koniec okresu eksploatacji, obrzęk i obniżenie pojemności są normalnymi zjawiskami, jednak niewłaściwe obsługiwanie może stwarzać nowe zagrożenia dla bezpieczeństwa.

1Nie mieszaj się z opuchniętymi bateriami.
Główną przyczyną obrzęku jest wytwarzanie gazu w wyniku rozkładu elektrolitów, co podnosi ciśnienie wewnętrzne i destabilizuje strukturę baterii."Wystarczy zrobić dziurę, żeby gaz wyszedłPrzebicie akumulatora może łatwo spowodować wewnętrzny zwarcie, wywołujące natychmiastowe deflagrację.elektrolit reaguje szybko i wytwarza ciepło w kontakcie z powietrzemJeśli odkryje się obrzęk baterii, należy natychmiast przestać go używać, odizolować go w chłodnym, dobrze wentylowanym pojemniku.i jak najszybciej przewieźć do autoryzowanego zakładu recyklingu baterii, nie wyrzucaj go po prostu do śmieci.

2. Właściwe usuwanie odpadów baterii
* Akumulatory litowe są klasyfikowane jako odpady niebezpieczne; zawierają metale ciężkie i szkodliwe składniki chemiczne i nie mogą być wyrzucane bezczynnie ani wrzucane do standardowych koszyków do śmieci.
* Izolacja końcówek przed zlikwidowaniem: pokrycie końcówek dodatnich i ujemnych taśmą taśmową w celu zapobiegania zwarciom spowodowanym kontaktem z materiałami przewodzącymi; w przypadku akumulatorów wielokomórkowychw miarę możliwości oddzielnie izolować poszczególne komórki.
* Złóż je w specjalnych pojemnikach do recyklingu baterii znajdujących się w kompleksach mieszkalnych lub centrach handlowych,lub przekazać je do autoryzowanych centrów recyklingu lub centrów serwisowania elektroniki, bezpieczne usuwanie.

Wniosek
Od telefonów komórkowych i słuchawek po pojazdy elektryczne i domowe systemy magazynowania energii, baterie litowe stanowią podstawę całej ery mobilnej inteligencji i nowej energii.Chociaż nie są one doskonałe, co z natury wiąże się z kompromisem między wydajnością a bezpieczeństwem, są one znacznie mniej niebezpieczne niż wielu sobie wyobraża.Wraz z każdym pokoleniem technologii, granice bezpieczeństwa są stopniowo rozszerzane.

Obecnie akumulatory stałego stanu wykorzystujące niepalne elektrolity stałe zmierzają w kierunku komercjalizacji, zasadniczo rozwiązując problemy z łatwopalnością związane z ciekłymi elektrolitami;W międzyczasie, zaawansowane systemy zarządzania cieplnym oraz inteligentniejsze algorytmy systemu zarządzania bateriami (BMS) nadal minimalizują ślepe punkty bezpieczeństwa.

O nas

Acey Nowa Energiajest dostawcą zaawansowanego sprzętu i kompletnych rozwiązań linii produkcyjnych specjalizujących się w sektorze nowych baterii energetycznych.instytuty badawcze, oraz innowacyjnych organizacji energetycznych kompleksowe usługi obejmujące cały cykl życia, począwszy od eksperymentalnego rozwoju po masową produkcję.Zapewniamy rozwiązania montażowe zarówno dla baterii litowo-jonowych, jak i polimerowych.