Pin lithium có nguy hiểm không?

Ý tưởng rằng "các pin lithium dễ cháy và dễ nổ" đã trở thành một ấn tượng sâu sắc cho nhiều người.nhiệt được tạo ra trong quá trình sử dụng hàng ngày thường xuất phát từ các bộ xử lý tốc độ cao thấp hơn nhiều so với ngưỡng cần thiết để kích hoạt thoát nhiệtSự nhạy cảm cao của chúng ta đối với sự an toàn của pin xuất phát từ thực tế là những pin này được tích hợp sâu vào mọi khía cạnh của cuộc sống của chúng ta,Tuy nhiên, hầu hết mọi người vẫn không rõ về các nguồn nguy cơ thực tế, sự khác biệt về an toàn giữa các công nghệ pin khác nhau, và các bước thực tế cần thiết để thực sự tránh những nguy hiểm.

I. "Sự dễ cháy" của pin lithium xuất phát từ đâu?

Để hiểu an toàn pin, trước tiên người ta phải hiểu cấu trúc cơ bản và logic hoạt động của pin lithium.lõi bao gồm bốn thành phần: cathode (ví dụ: nickel-cobalt-mangan oxide), anode (thường là graphite), chất điện giải hữu cơ và bộ tách.

Nguyên tắc hoạt động rất đơn giản: trong quá trình sạc, ion lithium tách ra khỏi cathode, đi qua chất điện giải và bộ tách, và xen vào anode;trong quá trình xả, các ion di chuyển trở lại từ anode đến cathode. Di chuyển này cho phép lưu trữ và giải phóng năng lượng điện.Phản ứng redox được kiểm soát này tạo thành nền tảng cho năng lượng ổn định của pin.
Tuy nhiên, hiệu suất cao này vốn có những rủi ro an toàn.

Các yếu tố chính góp phần gây cháy
Để đạt được điện áp cao và mật độ năng lượng cao, các vật liệu được chọn cho pin lithium mang những rủi ro vốn có:

• Các chất điện giải hữu cơ dễ cháy
Pin lithium thường sử dụng chất điện giải hữu cơ dựa trên cacbonat. Mặc dù chúng hỗ trợ phạm vi điện áp cao và đảm bảo vận chuyển ion hiệu quả, nhưng chúng vốn dễ cháy và dễ bay hơi.gây ra nguy cơ cháy khi tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc ngọn lửa mở.
• Các ống cathode phân hủy và giải phóng oxy ở nhiệt độ cao
Các vật liệu cathode ternary, đặc biệt là phân hủy trong môi trường nhiệt độ cao và giải phóng oxy, hoạt động hiệu quả như một chất gia tốc cho đốt cháy.
• Máy tách mỏng và mong manh
Để tạo điều kiện di chuyển lithium-ion nhanh chóng và hỗ trợ sạc nhanh, các bộ tách pin được sản xuất để cực kỳ mỏng so với một túi nhựa thông thường.Nó phục vụ như là rào cản quan trọng tách các điện cực dương và âmNếu nó bị hư hỏng do lão hóa, đâm hoặc nhiệt độ cao, các điện cực tiếp xúc trực tiếp.gây ra một sự giải phóng nhiệt ngay lập tức và mạnh mẽ.

Trong ba yếu tố cần thiết cho việc đốt cháy, nhiên liệu, chất oxy hóa và nguồn đốt, pin lithium vốn có hai yếu tố đầu tiên.Nếu một mạch ngắn nội bộ hoặc quá nóng kéo dài kích hoạt các yếu tố thứ ba, một phản ứng dây chuyền được gọi là "thermic runaway" xảy ra: nhiệt độ tăng tăng tốc độ phân hủy vật liệu, và nhiệt phát ra trong quá trình phân hủy đẩy nhiệt độ lên cao hơn nữa,dẫn đến sưng, rò rỉ, hoặc thậm chí cháy và nổ.

II. Sự khác biệt về an toàn: Lithium thứ ba, LFP và trạng thái bán rắn

Có rất nhiều loại pin lithium trên thị trường, cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ điện thoại di động và xe điện đến các hệ thống lưu trữ năng lượng gia đình và các trạm điện ngoài trời di động.Pin dựa trên các công nghệ khác nhau thể hiện sự ổn định nhiệt và hồ sơ rủi ro vốn có rất khác nhauKhông có một lựa chọn "an toàn nhất"; thay vào đó, có các giải pháp phù hợp với các điều kiện hoạt động cụ thể.

1Lithium Iron Phosphate (LFP): Độ ổn định nhiệt cao hơn và dung nạp lỗi cao hơn

LFP được công nhận rộng rãi về độ ổn định nhiệt vượt trội. Vật liệu cathode của nó có cấu trúc hóa học ổn định chống phân hủy nhanh và giải phóng nhiệt ở nhiệt độ cao,dẫn đến một ngưỡng cao hơn nhiều để kích hoạt thoát nhiệt so với pin lithium baNgay cả khi bị tổn thương vật lý như đâm hoặc nghiền nát, khả năng phát ra nhiệt dữ dội hoặc bốc cháy là thấp hơn.Những pin này cũng cho thấy độ bền cao hơn khi được lưu trữ đầy đủ hoặc được giữ trong môi trường nhiệt độ cao, cung cấp một biên độ an toàn rộng hơn. nhược điểm chính của chúng là hiệu suất nhiệt độ thấp yếu hơn; xả năng lượng cao kéo dài ở nhiệt độ dưới không có thể dẫn đến mất cân bằng điện áp,đòi hỏi một hệ thống quản lý cân bằng tế bào mạnh mẽ hơnDo đó, LFP là lựa chọn chính cho lưu trữ năng lượng, hệ thống điện gia đình và các ứng dụng mà an toàn là ưu tiên hàng đầu.

2Lithium thứ ba: mật độ năng lượng cao hơn, dựa vào bảo vệ cấp hệ thống
Ưu điểm của pin lithium thứ ba nằm ở mật độ năng lượng cao và hiệu suất xả ổn định ở nhiệt độ thấp.chúng được sử dụng rộng rãi trong điện thoại di động, máy tính xách tay, và xe điện cao cấp. Tuy nhiên, sự đánh đổi là các tế bào pin hoạt động hóa học nhiều hơn; sạc nhiệt độ cao, hoạt động đầy đủ,và lưu trữ lâu dài ở mức sạc đầy đều làm tăng nguy cơ phát sinh và phân hủy nhiệtHiệu suất an toàn phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống quản lý nhiệt kèm theo, các mô-đun điều khiển nhiệt độ và bảo vệ quá tải / quá xả.Miễn là các biện pháp bảo vệ này được áp dụng, an toàn trong quá trình sử dụng hàng ngày được đảm bảo đầy đủ; tuy nhiên, khi không có bảo vệ như vậy hoặc trong trường hợp sử dụng sai, mức độ rủi ro tăng nhanh hơn so với pin Lithium Iron Phosphate (LFP)..

3. Semi-solid-state: Một giải pháp tiến hóa cân bằng hiệu suất và an toàn
phục vụ như một công nghệ chuyển tiếp giữa pin lithium điện giải lỏng và pin trạng thái rắn,pin trạng thái bán rắn làm giảm đáng kể tỷ lệ chất điện giải lỏng và tối ưu hóa cấu trúc niêm phong của tế bào, do đó làm giảm đáng kể rủi ro rò rỉ và đốt cháy chất điện giải.Chúng duy trì năng lượng ấn tượng và hiệu suất nhiệt độ thấp trong khi giải quyết các thiếu sót an toàn của pin điện giải lỏng truyền thống, làm cho chúng trở thành một giải pháp cân bằng hòa hợp hiệu suất với an toàn.Nó áp dụng các yêu cầu nghiêm ngặt hơn đối với quy trình sản xuất và Hệ thống quản lý pin liên quan (BMS); chỉ có các sản phẩm được sản xuất theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt mới có thể cung cấp các đặc điểm an toàn cân bằng này.

Lưu ý bổ sung:Hai hình thức phổ biến của pin lithium trong thiết bị điện tử tiêu dùng
Các loại pin tiêu dùng được gặp trong cuộc sống hàng ngày thường được chia thành hai loại:

Pin lithium-ion (Li-ion)
Thông thường có bao bì vỏ cứng hình trụ hoặc prismatic (ví dụ, tế bào 18650 phổ biến).

Pin lithium-polymer (LiPo)
Sử dụng chất điện giải polymer và bao bì túi mềm, cho phép các hình dạng mỏng, nhẹ và tùy chỉnh phù hợp với điện thoại thông minh, thiết bị đeo và các sản phẩm kỹ thuật số mỏng.Chúng cung cấp sức đề kháng bên trong thấp hơn và khả năng xả cao hơn so với các tế bào vỏ cứng chất điện giải lỏng truyền thống, mặc dù khả năng chống đâm và nghiền nát của chúng vẫn còn hạn chế.

III. Một pin lithium đủ điều kiện có bao nhiêu lớp bảo vệ an toàn?

Không cần phải sợ pin lithium; ngành công nghiệp từ lâu đã thực hiện nhiều lớp bảo vệ an toàn để giải quyết những hạn chế vốn có của chúng.và từ các tế bào riêng lẻ đến bộ pin hoàn chỉnh, các biện pháp bảo vệ an toàn của các sản phẩm đủ điều kiện mạnh mẽ hơn nhiều so với người bình thường có thể tưởng tượng.

1Mức độ vật liệu: Giảm rủi ro tại nguồn

Những nỗ lực để tối ưu hóa vật liệu đã được tiếp tục, nhắm mục tiêu ba vấn đề cốt lõi: chất điện giải dễ cháy, phân tách mỏng manh và tăng trưởng dendrite:

Thêm các chất chống cháy đặc biệt vào chất điện giải để tăng điểm bốc cháy và ức chế sự lây lan của lửa;
Áp dụng lớp phủ gốm trên bề mặt phân tách để tăng đáng kể độ bền cơ học, do đó giảm khả năng đâm hoặc hỏng ở nhiệt độ cao;
Xây dựng một lớp Solid Electrolyte Interphase (SEI) ổn định trên bề mặt điện cực để làm chậm sự phát triển của lithium dendrite và giảm nguy cơ mạch ngắn bên trong trong chu trình dài hạn.

2. Mức độ hệ thống: BMS là bảo vệ an toàn của pin
Nếu vật liệu tạo thành tuyến phòng thủ chính, Hệ thống quản lý pin (BMS) đóng vai trò là "người bảo vệ an toàn" trong nhiệm vụ liên tục.và nhiệt độ của mỗi chuỗi tế bào trong thời gian thực; nếu bất kỳ thông số nào vượt quá ngưỡng an toàn, nó ngay lập tức hành động như giảm hiệu suất, hạn chế dòng điện hoặc thậm chí buộc phải ngắt nguồn điện để ngăn chặn rủi ro trong nấm.Từ pin điện thoại thông minh đến pin xe điện, BMS là một thành phần cốt lõi không thể thiếu. Một vấn đề phổ biến với pin của thương hiệu khác hoặc được sửa đổi là việc bỏ qua một BMS thích hợp hoặc sử dụng pin giá rẻ,các giải pháp độ chính xác thấp không thể phát hiện sự bất thường trong thời gian.

ACEY-BP32-200A200AMáy kiểm tra BMScó mức độ tự động hóa cao, tốc độ thử nghiệm nhanh và độ chính xác thử nghiệm cao. Nó có 13 thử nghiệm hiệu suất bao gồm quá tải, phục hồi quá tải, quá tải, phục hồi quá tải,overcurrent (overcharge current và overdischarge current), kháng cự nội bộ, tự tiêu thụ, bảo vệ mạch ngắn, thời gian bảo vệ quá tải, thời gian bảo vệ quá tải, thời gian bảo vệ quá tải, điện cân bằng,và điện áp cân bằng.

3. Bảo vệ nâng cao cho pin điện
Đối với pin điện và pin lưu trữ năng lượng, có dung lượng cao hơn và hoạt động trong điều kiện phức tạp hơn, các tiêu chuẩn bảo vệ được nâng cao hơn nữa:

Các vỏ vật lý mạnh mẽ để chịu được thiệt hại do va chạm hoặc lực nghiền nát;
Các hệ thống làm mát bằng chất lỏng hoặc không khí để kiểm soát chính xác nhiệt độ hoạt động của tế bào và ngăn ngừa quá nóng kéo dài;
Các van giảm áp suất / chống nổ hoạt động khí nếu áp suất bên trong tăng bất thường, ngăn ngừa các vụ nổ mạnh mẽ.
Các thiết kế này không được thiết kế cho các tình huống mà thất bại là không thể tránh khỏi, mà là để cung cấp một biên độ an toàn rộng rãi cho các kịch bản cực đoan.trong điều kiện cực đoan, chúng phục vụ như là hàng phòng thủ cuối cùng cho sự an toàn.

IV. Phải làm gì nếu pin bị sưng hoặc đến cuối tuổi thọ?

Khi pin đạt đến cuối tuổi thọ của chúng, sưng và suy giảm dung lượng là hiện tượng bình thường; tuy nhiên, việc xử lý không đúng cách có thể tạo ra những mối nguy hiểm an toàn mới.

1Đừng làm sai trái với pin sưng
Nguyên nhân chính của sưng là sự phát sinh khí do phân hủy chất điện giải, làm tăng áp suất bên trong và làm mất ổn định cấu trúc pin."Chỉ cần đâm một lỗ để cho khí raNhưng điều này là cực kỳ nguy hiểm. đâm pin có thể dễ dàng gây ra một mạch ngắn bên trong, gây ra một sự phá hủy ngay lập tức;chất điện giải phản ứng nhanh và tạo ra nhiệt khi tiếp xúc với không khíNếu bạn phát hiện ra pin bị sưng, hành động chính xác là ngừng sử dụng nó ngay lập tức, cô lập nó trong một thùng không kim loại mát mẻ, thông gió tốt,và vận chuyển nó đến một cơ sở tái chế pin được ủy quyền càng sớm càng tốt..

2- Xử lý đúng loại pin thải
* Pin lithium được phân loại là chất thải nguy hiểm; chúng chứa kim loại nặng và các thành phần hóa học có hại và không được vứt đi một cách ngẫu nhiên hoặc ném vào thùng rác tiêu chuẩn trong nhà.
* Cô lập các đầu cuối trước khi xử lý: che đậy các đầu cuối tích cực và âm bằng băng để ngăn ngừa mạch ngắn do tiếp xúc với vật liệu dẫn điện;cách ly các tế bào riêng biệt khi có thể.
* Lưu chúng vào thùng tái chế pin dành riêng được tìm thấy trong khu dân cư hoặc trung tâm mua sắm,hoặc giao chúng cho các trung tâm tái chế được ủy quyền hoặc trung tâm dịch vụ điện tử cho các chuyên gia, xử lý an toàn.

Kết luận
Từ điện thoại di động và tai nghe đến xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng gia đình, pin lithium là nền tảng cho toàn bộ kỷ nguyên thông minh di động và năng lượng mới.Mặc dù chúng không hoàn hảo, vốn có liên quan đến sự đánh đổi giữa hiệu suất và an toàn, chúng ít nguy hiểm hơn nhiều so với nhiều người tưởng tượngVới mỗi thế hệ công nghệ lặp lại, ranh giới an toàn đang dần được đẩy xa hơn.

Ngày nay, pin trạng thái rắn sử dụng các chất điện giải rắn không dễ cháy đang tiến tới thương mại hóa, giải quyết về cơ bản các vấn đề dễ cháy liên quan đến chất điện giải lỏng;Trong khi đó., các hệ thống quản lý nhiệt tiên tiến và các thuật toán Hệ thống quản lý pin thông minh hơn (BMS) tiếp tục giảm thiểu các điểm mù về an toàn.

Về chúng tôi

Acey New Energylà một nhà cung cấp thiết bị cao cấp và các giải pháp dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh chuyên về lĩnh vực pin năng lượng mới.các viện nghiên cứu, và các tổ chức năng lượng sáng tạo các dịch vụ toàn diện, toàn vòng đời từ phát triển thử nghiệm đến sản xuất hàng loạt.Chúng tôi cung cấp các giải pháp lắp ráp cho cả pin lithium-ion và pin polymer.