Опасны ли литийные батареи?

Многие глубоко укоренились в том, что "литиевые батареи легковоспламеняющиеся и взрывоопасные".тепло, вырабатываемое при повседневном использовании, обычно происходит от высокоскоростных процессоров, значительно ниже порога, требуемого для запуска теплового отключения.Наша повышенная чувствительность к безопасности аккумуляторов обусловлена тем, что эти аккумуляторы глубоко интегрированы во все аспекты нашей жизни.Тем не менее, большинство людей до сих пор не знают о реальных источниках риска., различия в безопасности между различными технологиями аккумуляторов и практические шаги, необходимые для того, чтобы действительно избежать опасностей.

I. Откуда берется "вспылаемость" литиевых батарей?

Чтобы понять безопасность батарей, необходимо сначала понять основную структуру и логику работы литийных батарей.ядро состоит из четырех компонентов: катод (например, оксид никеля-кобальта-мангана), анод (обычно графит), органический электролит и сепаратор.

Принцип работы прост: во время зарядки ионы лития деинтеркалируются от катода, проходят через электролит и сепаратор и входят в анод;во время выгрузкиЭто движение позволяет хранить и высвобождать электрическую энергию.Эта контролируемая окислительная реакция формирует основу для стабильной мощности батареи.
Однако эта высокая производительность несет в себе риски для безопасности.

Основные факторы, способствующие сжиганию
Для достижения высокого напряжения и высокой плотности энергии материалы, выбранные для литийных батарей, несут в себе определенные риски:

• Органические электролиты легко воспламеняются
Литийные батареи обычно используют органические электролиты на основе карбоната.представляют опасность сгорания при воздействии высоких температур или открытых пламен.
• Катоды разлагаются и выделяют кислород при высоких температурах
Тернарные катодные материалы, в частности, разлагаются в условиях высокой температуры и высвобождают кислород, эффективно действуя в качестве ускорителя для сгорания.
• Сепараторы тонкие и хрупкие
Чтобы облегчить быстрое перемещение литий-ионных батарей и обеспечить быструю зарядку, сепараторы для аккумуляторов изготавливаются с очень тонкой толщиной, сравнимой с обычной пластиковой сумкой.Он служит критическим барьером, отделяющим положительные и отрицательные электродыВ случае повреждения, вызванного старением, пробоем или высокой температурой, электроды вступают в непосредственный контакт.вызывая мгновенное и сильное высвобождение тепла.

Из трех элементов, необходимых для сгорания – топливо, окислитель и источник зажигания – литийные батареи по своей сути обладают первыми двумя.Если внутреннее короткое замыкание или длительное перегрев запускает третий элементВ результате происходит цепная реакция, известная как "термальная бегство": повышение температуры ускоряет разложение материала, а тепло, высвобождаемое во время разложения, повышает температуру еще выше,в конечном итоге приводит к отеку, утечки, или даже пожара и взрыва.

II. Различия в безопасности: тернарный литий, LFP и полутвердое состояние

На рынке существует широкий спектр литиевых батарей, которые питают все: от мобильных телефонов и электромобилей до домашних систем хранения энергии и портативных электростанций на открытом воздухе.Аккумуляторы, основанные на различных технологиях, демонстрируют сильно различную тепловую стабильность и профили риска.Не существует единого "самого безопасного" варианта, существуют решения, адаптированные к конкретным условиям эксплуатации.

1Литий-железный фосфат (LFP): превосходная тепловая стабильность и более высокая допустимость ошибок

LFP широко известен своей превосходной тепловой устойчивостью. Его катодный материал имеет стабильную химическую структуру, которая сопротивляется быстрому разложению и выделению тепла при высоких температурах,что приводит к гораздо более высокому порогу для запуска теплового отключения по сравнению с литийными батареямиДаже при физическом повреждении, таком как прокол или раздавление, вероятность резкого выделения тепла или открытого пламени меньше.Эти батареи также демонстрируют большую устойчивость при хранении полностью заряженных или хранящихся в условиях высокой температуры.Их главный недостаток заключается в более низкой производительности при низких температурах; длительный высокомощный разряд при температурах ниже нуля может привести к дисбалансу напряжения,требует более надежной системы управления балансировкой ячеекСледовательно, LFP является основным выбором для хранения энергии, домашних энергетических систем и приложений, где безопасность является главным приоритетом.

2Трехсторонний литий: более высокая плотность энергии, зависимость от защиты на уровне системы
Преимущества литийных батарей заключаются в их высокой плотности энергии и стабильной производительности разряда при низких температурах.Они широко используются в мобильных телефонах.Однако компромисс заключается в том, что батарейные элементы более химически активны; зарядка при высокой температуре, длительная работа при полной нагрузке,и долгосрочное хранение при полной зарядке все увеличивают риски производства тепла и деградацииУровень безопасности в значительной степени зависит от сопутствующей системы управления теплом, модулей контроля температуры и защиты от перезарядки/переразрядки.До тех пор, пока существуют эти меры защиты,, безопасность во время ежедневного использования полностью гарантирована; однако при отсутствии такой защиты или в случаях неправильного использования уровень риска возрастает быстрее, чем с литий-железофосфатными (LFP) батареями..

3Полутвердое состояние: эволюционное решение, балансирующее производительность и безопасность
Служащей переходной технологией между жидкоэлектролитными литийными батареями и полностью твердотельных батареями,полутвердые батареи значительно уменьшают долю жидкого электролита и оптимизируют герметичность ячейки, тем самым существенно смягчая риски утечки электролитов и сгорания.Они сохраняют впечатляющую энергетическую производительность и низкую температуру, устраняя недостатки безопасности традиционных жидкоэлектролитных батарей, что делает их сбалансированным решением, которое согласует производительность с безопасностью.Он устанавливает более строгие требования к производственным процессам и соответствующей системе управления батареями (BMS).; только продукты, изготовленные в соответствии с строгими стандартами, могут обеспечить эти сбалансированные характеристики безопасности.

Дополнительная примечание:Две распространенные формы литиевых батарей в потребительской электронике
Аккумуляторы потребительского класса, встречающиеся в повседневной жизни, обычно подразделяются на две категории:

Литий-ионные (литий-ионные) батареи
Обычно они имеют цилиндрическую или призматическую упаковку с твердой оболочкой (например, обычная ячейка 18650).

Литий-полимерные (LiPo) батареи
Используйте полимерные электролиты и мягкую упаковку, позволяющую получать тонкие, легкие и индивидуальные формы, подходящие для смартфонов, носимых устройств и тонких цифровых продуктов.Они предлагают более низкое внутреннее сопротивление и превосходные возможности разряда по сравнению с традиционными жидко-электролитными твердыми элементами, хотя их устойчивость к пробоям и дроблению остается ограниченной.

III. Сколько слоев защиты безопасности имеет квалифицированная литийная батарея?

Не нужно бояться литийных батарей; промышленность давно внедрила несколько уровней гарантий безопасности, чтобы устранить их внутренние ограничения.и от отдельных элементов до полного аккумулятора, защитные меры безопасности квалифицированных продуктов гораздо более надежны, чем обычный человек может себе представить.

1Уровень материала: снижение риска у источника

Усилия по оптимизации материалов были непрерывными, ориентированными на три основных вопроса: легковоспламеняющиеся электролиты, хрупкие сепараторы и рост дендритов:

Добавление специальных огнезащитных веществ в электролит для повышения температуры вспышки и предотвращения распространения огня;
Нанесение керамических покрытий на поверхность сепаратора для значительного повышения механической прочности, тем самым уменьшая вероятность пробоев или отказов при высоких температурах;
Создание стабильного слоя твердой электролитной интерфазы (SEI) на поверхности электрода для замедления роста дендрита лития и снижения риска внутреннего короткого замыкания во время длительного цикла.

2Уровень системы: BMS как охранник безопасности батареи
Если материалы являются основной линией обороны, система управления батареями (BMS) выступает в качестве "хранителя безопасности" при постоянном дежурстве.и температуры каждой клетки в режиме реального времени; если какой-либо параметр превышает пороговые значения безопасности, он немедленно принимает меры, такие как ограничение производительности, ограничение тока или даже насильственное отключение питания, чтобы ограничить риски в зародыше.От аккумуляторов для смартфонов до аккумуляторов для электромобилей, BMS является незаменимым ключевым компонентом.Обычной проблемой с аккумуляторами других марок или модифицированными аккумуляторами является отсутствие надлежащей BMS или использование дешевых,низкоточные решения, которые не могут вовремя обнаружить аномалии.

ACEY-BP32-200A200AМашина для проверки BMSимеет высокий уровень автоматизации, быструю скорость испытаний и высокую точность испытаний. Он имеет 13 испытаний производительности, включая перезарядку, восстановление перезарядки, перезарядку, восстановление перезарядки,перенапряжение (перенапряжение и перенапряжение), внутреннее сопротивление, собственное потребление, защита от короткого замыкания, время защиты от перезарядки, время защиты от перенапряжения, время защиты от перенапряжения, эквалайзионный ток,и уравнительное напряжение.

3. Усовершенствованная защита энергетических батарей
Для силовых аккумуляторов и аккумуляторов для хранения энергии, которые имеют более высокую емкость и работают в более сложных условиях, стандарты защиты еще более повышены:

Устойчивые физические корпуса для устойчивости к повреждениям в результате столкновений или сдавливания;
системы жидкостного или воздушного охлаждения для точного контроля температуры работы ячейки и предотвращения длительного перегрева;
Вентилы для снятия давления/устойчивые к взрывам, которые активно выпускают газ, если внутреннее давление повышается ненормально, предотвращая сильные взрывы.
Эти конструкции предназначены не для ситуаций, когда отказ неизбежен, а скорее для обеспечения большого маржа безопасности для экстремальных сценариев.в экстремальных условиях, они служат последней линией обороны для безопасности.

IV. Что делать, если аккумулятор раздулся или достиг конца срока службы?

Когда аккумуляторы достигают конца срока службы, опухоль и снижение емкости являются нормальными явлениями; однако неправильное обращение может создать новые опасности для безопасности.

1- Не трогайте раздутые батареи.
Основная причина опухоли - образование газа в результате распада электролитов, что повышает внутреннее давление и дестабилизирует структуру батареи."Просто проткни дыру, чтобы газ вышелПрокол аккумулятора может легко вызвать внутреннее короткое замыкание, вызывающее немедленное дефлаграцию; кроме того,электролит быстро реагирует и генерирует тепло при контакте с воздухом.Если вы обнаружите опухшее аккумуляторное устройство, то лучше немедленно прекратить его использование, изолировать его в прохладном, хорошо проветриваемом неметаллическом контейнере,и транспортировать его в авторизованное предприятие по переработке батарей как можно скорее. Не выбрасывайте его просто в бытовой мусор..

2Правильное удаление отходов батарей
* Литийные батареи классифицируются как опасные отходы; они содержат тяжелые металлы и вредные химические компоненты и не должны выбрасываться без всякого повода или выбрасываться в обычные бытовые мусорные баки.
* Изолируйте терминалы перед утилизацией: покрывайте положительные и отрицательные терминалы лентой, чтобы предотвратить короткое замыкание, вызванное контактом с проводящими материалами; для батарейных комплектов с несколькими ячейкамипо возможности изолировать отдельные клетки отдельно;.
* Депонируйте их в специальных контейнерах для переработки аккумуляторов, которые можно найти в жилых комплексах или торговых центрах,или передать их в уполномоченные центры переработки или сервисные центры электроники для профессиональных, безопасное удаление.

Заключение
От мобильных телефонов и наушников до электромобилей и домашних систем хранения энергии, литиевые батареи лежат в основе всей эры мобильного интеллекта и новой энергии.Несмотря на то, что они несовершенны, по своей сути они требуют компромисса между производительностью и безопасностью, но они гораздо менее опасны, чем многие думают.С каждым поколением технологической итерации границы безопасности постепенно расширяются.

В настоящее время твердотельные батареи, использующие негорячие твердые электролиты, продвигаются к коммерциализации, фундаментально решая проблемы воспламеняемости, связанные с жидкими электролитами;А пока..., передовые системы теплового управления и более умные алгоритмы системы управления батареями (BMS) продолжают минимизировать слепые точки безопасности.

О нас

Новая энергия.является поставщиком высококачественного оборудования и полных решений производственных линий, специализирующихся на секторе новых энергетических батарей.научно-исследовательские институты, и инновационные энергетические организации комплексные услуги по всему жизненному циклу, начиная от экспериментальной разработки и заканчивая серийным производством.Мы предоставляем решения для сборки как литий-ионных, так и полимерных батарей.