過去XNUMX年間、 リチウムイオン電池 その優れた性能により、電話、ラップトップ、ポータブル電源などのポータブル機器に広く使用されています。それらは、高いエネルギー密度、長いサイクル寿命、最小限の形状記憶効果、および制御可能な形状設計により好まれており、人々の生活においてそれらが果たす役割は非常に重要です。
それだけでなく、過去 5 年間で、リチウムイオン電池はハイブリッド電気自動車 (HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車、電気自動車に最適な電源としても認識されるようになりました。しかし、リチウムイオン電池は利便性が高い反面、危険性も伴い、発火や爆発による事故が発生することがあります。
リチウムイオン電池が人々の生活においてますます重要な位置を占めるようになるにつれて、その安全性能がますます注目されています。ここでは、リチウムイオン電池が最も信頼できるエネルギー源の 1 つであり続ける理由と、その安全性を確保するために何が行われているかについて説明します。
目次
リチウムイオン電池が私たちの日常生活に欠かせない理由
リチウムイオン電池の安全性の問題
リチウムイオン電池の安全性能評価指標
リチウムイオン電池の安全性向上戦略
バッテリーの使用法とメンテナンスに関する推奨事項
リチウムイオン電池が私たちの日常生活に欠かせない理由
19世紀末から20世紀初頭にかけて、科学技術の進歩と産業の発展の必要性により、電気エネルギーは人類にとって欠かせないエネルギー源となりました。私たちは長い間、電気エネルギーを効率的に貯蔵できるデバイスを探し、開発し、コンデンサー、圧縮空気エネルギー貯蔵、液体空気エネルギー貯蔵などを試してきましたが、最終的に化学電池に落ち着きました。
最古の化学電池は、19 世紀の鉛蓄電池にまで遡ることができます。その後、200年にわたる開発を経て、リチウムイオン電池が誕生しました。リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、サイクル寿命が長く、環境汚染が少ないなどの理由から、すぐに世界中で最も広く使用される電池になりました。
リチウムイオン電池は現在、特にエネルギー、通信、科学研究、航空宇宙、新興産業など、さまざまな分野で使用されています。統計によると、2016年の中国のリチウムイオン電池市場容量は65.4GWhで、その後324.0年間で2021年には2016GWhに達した。2020年から50年の間に、中国のリチウム電池企業の世界市場シェアは73社から増加した。 ％から70％。その後、疫病の影響でXNUMX％まで低下した。
リチウムイオン電池の安全性の問題
製造工程における危険性
リチウムは非常に活性な化学的性質を持っているため、製造過程でリチウムイオン電池の電極材料や電解液の内部温度が上昇し、安全上の問題が発生します。一方、電解液方式は有機溶媒の分解電圧が低いため酸化しやすく、液漏れが発生すると発火や爆発の危険があります。さらに、電極材料の構造や隔膜や電解質の選択などにより、さらなる安全性の問題が生じる可能性があります。
使用中のセキュリティリスク
リチウムイオン電池は使用中に安全上のリスクも伴います。例えば、使用中に過度の充放電を行うと、電池の内部構造が損傷し、液漏れや発火などの原因となることがあります。しかし、バッテリー管理システム (BMS) テクノロジーの継続的な改善と成熟により、これらの可能性は低くなりました。また、リチウムイオン電池を圧迫したり、穴を開けたり、衝撃を与えたりすると、電池の内部構造が破損し、同様の不具合が生じることがあります。
リサイクル中の安全上のリスク
リチウムイオン電池の大量使用に伴い、廃棄される電池の数も年々増加しています。使用済みバッテリーのリサイクルプロセス中に、コバルトやニッケルなどの有害物質がバッテリーから漏洩し、環境や人の健康に脅威を与える可能性があります。バッテリーの内部構造が損傷したり、残留電気エネルギーが放出された場合、火災の可能性も高くなります。
リチウムイオン電池の安全性能評価指標
以下では、さまざまな評価が何を示すのかを理解するために、リチウムイオン電池の安全性評価指標を見ていきます。
IEC62133 は、リチウムイオン電池および電池の安全性試験規格であり、二次電池およびアルカリ性または非酸性電解質を含む電池を試験するための安全要件でもあります。これは、ポータブル電子機器やその他のアプリケーションで使用される LiB をテストするために使用されます。 IEC62133 は、消費者や環境に脅威を与える可能性のある化学的および電気的危険性、および振動や衝撃などの機械的問題に対処します。
国連/DOT38.3 (T1-T8 テストおよび UNST/SG/AC.10/11/Rev.5 とも呼ばれます) は、LIB、リチウム金属電池、およびバッテリーのより一般的な輸送安全性テストをすべてカバーしています。このテスト規格は 1 つのテスト (T8 ～ T38.3) で構成されており、すべて特定の輸送上の危険に焦点を当てています。 UN/DOTXNUMX は、独立した第三者による試験を必要としない自己認証規格ですが、事故発生時の訴訟リスクを軽減するために、第三者の試験機関を使用するのが一般的です。
IEC62619 二次リチウム電池および電池パックの安全規格をカバーし、エレクトロニクスおよびその他の産業用途における LIB の安全アプリケーション要件を指定します。 IEC62619 標準テスト要件は、定常および動的アプリケーションに適しています。定置型アプリケーションには、通信、無停電電源装置 (UPS)、電気エネルギー貯蔵システム、ユーティリティ スイッチ、非常用電源、および同様のアプリケーションが含まれます。動力用途には、フォークリフト、ゴルフ カート、無人搬送車 (AGV)、鉄道、船舶が含まれますが、道路車両は含まれません。
UL1642 は、リチウム電池の安全性に関する UL 規格であり、電子製品の電源として使用される一次および二次リチウム電池の標準要件を指定します。技術範囲には、プロの技術者が使用するリチウム電池だけでなく、一般ユーザーが使用するリチウム電池も含まれます。専門の技術者が使用するリチウム電池には、電池単位あたり 5 グラム以下のリチウム金属が含まれている必要がありますが、一般消費者向けの電池の含有量は 1 グラムを超えてはなりません。これらの基準を超えるバッテリーについては、バッテリーが本来の目的に使用できるかどうかを判断するために、さらなる検査とテストが必要です。 UL1642 は、リチウム電池の摂取による毒性のリスク、または電池の損傷や切断によるリチウム金属への曝露のリスクをカバーしていません。
UL2580 電気自動車用のULバッテリー安全規格であり、高電流バッテリー短絡、バッテリー圧搾、バッテリーセル圧搾（垂直）などの多数のテストで構成されています。
リチウムイオン電池の安全性向上戦略
リチウムイオン電池は電気自動車や蓄電システム、家電製品などに広く使われており、その安全性は人々の暮らしに直結しています。熱暴走や爆発などによるバッテリー事故は、重大な人身事故や物的損失につながる可能性があります。
リチウムイオン電池の安全性に関する最近の進展には次のようなものがあります。
新しい技術の開発
Ecovolta のバッテリーコネクター製電解ニッケルメッキ冷間圧延ストリップなどの新しい安全技術の導入は、問題が発生したときに故障したバッテリーを残りのバッテリーパックから自動的に切り離すことで、事故の回避に役立ちます。さらに、バッテリーパックの構造設計は、外部衝撃に耐えられるように、より強力な素材と高強度のパッケージング技術によって常に強化されています。
バッテリー管理システム (BMS) を最適化し、バッテリー パックの状態のリアルタイム監視を強化し、タイムリーに異常を検出して処理します。さらに、熱暴走のリスクを軽減するために正極、負極、電解質の組成を改良するなど、より安全な電池材料が常に開発および実装されています。
他の戦略には、電池の熱安定性を向上させるための薄膜電極、シリコン陽極、その他の新技術の使用など、電池設計の最適化が含まれます。正極と負極の間に難燃性材料を追加したり、防爆ダイアフラムなどのバッテリー保護装置を増やすことも、短絡や熱暴走の影響を軽減するのに役立ちます。
科学研究
一般に、ほとんどのリチウムイオン電池は、ポリオレフィン膜、液体有機電解質 (炭酸ビニル、炭酸ジエチル、炭酸ジメチルなど)、リチウム塩、正極と負極で構成されています。一般に、隔膜と電解質の低い熱安定性と可燃性が、リチウムイオン電池の燃焼と爆発の主な原因であると考えられています。したがって、リチウムイオン電池の安全性を隔膜や電解質の観点から向上させることは非常に重要です。一方で、研究者は、リン酸塩ベースの液体難燃剤を組み込むことで、電解質の可燃性を大幅に低減し、リチウム電池の電気化学的性能を向上させることができます。高温で生成されるリン酸素ラジカルは、燃焼によって生成されるフリーラジカルを積極的に捕捉して燃焼を停止させることができます。一方、研究者らは、無機ベースの膜を多数開発しており、膜の熱安定性と多孔性を改善するために広く使用されており、リチウムイオン電池に高い安全性能と優れた電気化学的性能を与えています。
サウンドリサイクルシステム
先ほども述べたように、リチウムイオン電池の大量使用に伴い、使用済み電池の数も年々増加しており、健全なリチウムイオン電池リサイクルシステムの確立は、リチウムイオン電池の合理的な利用のために非常に重要です。資源、環境保護、新エネルギー産業の発展の促進。廃リチウムイオン電池システムの構築には、電池の保管・輸送管理、リサイクル技術の研究開発、電池設計、新たな電源システムの確立、広報・普及など多くの側面が含まれます。個人にとっては、バッテリーの危険性と、規制に従ってバッテリーを安全にリサイクルする方法についての理解を深め、安全なリサイクル ガイドラインを補足することも重要です。
リチウムイオン電池は、生産、使用、リサイクルの過程で一定の安全上のリスクを伴いますが、生産プロセスの最適化、指導と監督の強化、健全なリサイクルと処理システムの確立によって、その安全性を効果的に向上させることができます。今後も技術の進歩や新素材の応用により、リチウムイオン電池の安全性能はさらに向上し、私たちの生活にさらなる利便性と安心感をもたらしてくれると考えられます。
バッテリーの使用法とメンテナンスに関する推奨事項
正しい充電: 充電にはバッテリーの純正またはバッテリー互換の充電器を使用し、互換性のない充電器の使用は避けてください。充電する前にバッテリーを完全に放電させないでください。バッテリー残量が 20% 未満のときに充電してください。充電するときは、可能な場合は低速充電を選択し、バッテリー寿命を延ばすために急速充電は避けてください。
正しい使用法： バッテリーの過熱を防ぐため、高負荷での長時間の運転は避けてください。通常の使用では、バッテリーを適切な温度に維持する必要があり、バッテリーを高温または低温にさらさないでください。また、バッテリーの性能低下を防ぐため、バッテリーを長時間休止状態にしておくことは避けてください。
ストレージ： バッテリーを長期間使用しない場合は、乾燥した涼しい環境 (高温または低温の環境ではなく) に保管してください。バッテリーの寿命を延ばすために、保管するときはバッテリーの電力を約 50% にする必要があります。
過度の充電と放電を避けてください。 バッテリーを 100% まで充電したり、0% まで放電したりしないでください。20 ～ 80% の範囲に保つようにしてください。過充電と過放電はバッテリーの寿命を縮める可能性があります。
バッテリーの性能を定期的に確認してください。 バッテリーの寿命が著しく短くなったり、性能が低下した場合には、必要に応じてバッテリーを点検または交換してください。
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