В последние два десятилетия литий-ионные аккумуляторы Благодаря своей выдающейся производительности широко используются в портативных устройствах, таких как телефоны, ноутбуки и портативные источники питания. Их предпочитают из-за высокой плотности энергии, длительного срока службы, минимального эффекта памяти и контролируемой конструкции формы, а роль, которую они играют в жизни людей, чрезвычайно важна.
Мало того, за последние пять лет литий-ионные аккумуляторы также стали признаны лучшим источником энергии для гибридных электромобилей (HEV), подключаемых гибридных электромобилей и электромобилей. Однако, обеспечивая большое удобство, литий-ионные аккумуляторы также несут в себе некоторые потенциальные опасности: иногда случаются несчастные случаи, вызванные возгоранием и взрывом.
Поскольку литий-ионные аккумуляторы занимают все более важное место в жизни людей, их безопасность привлекает все больше внимания. Здесь мы обсудим, почему литий-ионные батареи продолжают оставаться одним из наших самых надежных источников энергии и что делается для обеспечения их безопасности.
Содержание
Почему литий-ионные аккумуляторы являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни
Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов
Индекс оценки безопасности литий-ионных аккумуляторов
Стратегии повышения безопасности литий-ионных аккумуляторов
Рекомендации по использованию и обслуживанию аккумулятора
Почему литий-ионные аккумуляторы являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни
С конца XIX - начала XX века, с развитием науки и техники и необходимостью развития промышленности, электроэнергия стала незаменимым источником энергии для человека. Мы долго искали и разрабатывали устройства, способные эффективно хранить электрическую энергию, пробовали конденсаторы, накопители энергии на сжатом воздухе, накопители энергии на жидком воздухе и т. д., наконец, остановились на химических батареях.
Самая ранняя химическая батарея восходит к свинцово-кислотной батарее 19 века. Затем, после 200 лет непрерывного развития, на свет появилась литий-ионная батарея. Благодаря высокой плотности энергии, длительному сроку службы, низкому загрязнению окружающей среды и другим факторам литий-ионные аккумуляторы быстро стали наиболее широко используемыми батареями во всем мире.
Литий-ионные батареи в настоящее время используются в различных областях, особенно в энергетике, связи, научных исследованиях, аэрокосмической отрасли и новых отраслях. Согласно статистике, в 2016 году емкость рынка литий-ионных аккумуляторов в Китае составляла 65.4 ГВтч, а в течение следующих пяти лет она выросла и достигла 324.0 ГВтч в 2021 году. В период с 2016 по 2020 год доля китайских компаний по производству литиевых аккумуляторов на мировом рынке увеличилась с 50 % до 73%. Затем из-за воздействия эпидемии он упал до 70%.
Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов
Опасности в производственном процессе
Литий обладает чрезвычайно активными химическими свойствами, поэтому в процессе производства материал электродов и электролит литий-ионных аккумуляторов по мере повышения внутренней температуры повышается, что представляет угрозу безопасности. С другой стороны, использование системы электролита из-за низкого напряжения разложения органического растворителя легко окисляется, что приводит к возгоранию или даже взрыву батареи в случае утечки. Кроме того, структура материала электродов, выбор диафрагмы или электролита и т. д. могут создавать дополнительные проблемы безопасности.
Риски безопасности во время использования
Во время использования литий-ионные аккумуляторы также представляют угрозу безопасности. Например, чрезмерная зарядка и разрядка во время использования может повредить внутреннюю структуру аккумулятора, что приведет к протечке аккумулятора, возгоранию и другим проблемам. Однако из-за постоянного совершенствования и развития технологии систем управления батареями (BMS) это стало маловероятным. Кроме того, если литий-ионный аккумулятор сжать, проколоть или ударить, его внутренняя структура может быть повреждена, что приведет к аналогичным проблемам.
Риски безопасности во время переработки
С широкомасштабным применением литий-ионных аккумуляторов количество вышедших из эксплуатации аккумуляторов также увеличивается с каждым годом. В процессе переработки вышедших из эксплуатации аккумуляторов из аккумуляторов могут вытечь токсичные вещества, такие как кобальт и никель, что представляет угрозу для окружающей среды и здоровья человека. Если внутренняя структура батареи повреждена или высвобождена остаточная электрическая энергия, вероятность возгорания также возрастает.
Индекс оценки безопасности литий-ионных аккумуляторов
Ниже мы рассмотрим индекс оценки безопасности литий-ионных аккумуляторов, чтобы лучше понять, что обозначают различные рейтинги:
IEC62133 — это стандарт испытаний на безопасность литий-ионных аккумуляторов и батарей, а также требования безопасности для испытаний аккумуляторных батарей и батарей, содержащих щелочные или некислотные электролиты. Он используется для тестирования LiB, используемых в портативной электронике и других приложениях. IEC62133 рассматривает химические и электрические опасности, а также механические проблемы, такие как вибрация и удары, которые могут представлять угрозу для потребителей и окружающей среды.
ООН/DOT38.3 (также известный как тест T1-T8 и UNST/SG/AC.10/11/Rev.5) охватывает все испытания безопасности при транспортировке ЛИА, литий-металлических батарей и батарей в целом. Стандарт испытаний состоит из восьми тестов (T1–T8), каждый из которых ориентирован на конкретные опасности при транспортировке. UN/DOT38.3 — это стандарт самосертификации, который не требует независимого тестирования третьей стороной, но использование сторонних испытательных лабораторий является обычным явлением для снижения риска судебных разбирательств в случае аварии.
IEC62619 охватывает стандарты безопасности для вторичных литиевых батарей и аккумуляторных блоков и определяет требования безопасности для LIB в электронике и других промышленных приложениях. Стандартные требования к испытаниям IEC62619 подходят для стационарных и динамических приложений. Стационарные приложения включают в себя телекоммуникации, источники бесперебойного питания (ИБП), системы хранения электроэнергии, коммутаторы, аварийные источники питания и аналогичные приложения. Энергетические приложения включают вилочные погрузчики, тележки для гольфа, автоматизированные управляемые транспортные средства (AGV), железные дороги и корабли, за исключением дорожных транспортных средств.
UL1642 — это стандарт UL по безопасности литиевых батарей, который определяет стандартные требования к первичным и вторичным литиевым батареям, используемым в качестве источников питания в электронных продуктах. Техническое покрытие включает литиевые батареи, используемые профессиональными техническими специалистами, а также те, которые используются обычными пользователями. Литиевые батареи, используемые профессиональными техническими специалистами, должны содержать не более 5 граммов металлического лития на единицу батареи, а в батареях для потребительского использования их содержание не должно превышать 1 грамма. Батареи, которые превышают эти стандарты, требуют дальнейшей проверки и испытаний, чтобы определить, можно ли использовать батарею по назначению. UL1642 не распространяется на риск токсичности в результате проглатывания литиевых батарей или воздействия металлического лития в результате повреждения или пореза батареи.
UL2580 является стандартом безопасности аккумуляторов UL для электромобилей и состоит из ряда испытаний, в том числе: сильноточное короткое замыкание аккумуляторной батареи, сжатие аккумуляторной батареи и сжатие элемента аккумуляторной батареи (вертикальное).
Стратегии повышения безопасности литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы широко используются в электромобилях, системах накопления энергии, бытовой электронике и других продуктах, и их безопасность напрямую связана с жизнью людей. Несчастные случаи с аккумуляторами, например, вызванные перегревом, взрывами и т. д., могут привести к серьезным жертвам и материальному ущербу.
Некоторые недавние разработки, связанные с безопасностью литий-ионных батарей, включают:
Новые технологические разработки
Избежать несчастных случаев помогает внедрение новых технологий безопасности, таких как электролитически никелированная холоднокатаная полоса Ecovolta, изготовленная из аккумуляторных разъемов, которая автоматически отключает неисправные аккумуляторы от остальной части аккумуляторного блока при возникновении проблемы. Кроме того, конструктивные решения аккумуляторных блоков постоянно совершенствуются за счет использования более прочных материалов и высокопрочных технологий упаковки, которые помогают им противостоять внешним ударам.
Оптимизируйте системы управления батареями (BMS), улучшите мониторинг состояния аккумуляторной батареи в режиме реального времени, своевременно обнаруживая и устраняя аномалии. Кроме того, постоянно разрабатываются и внедряются более безопасные материалы для аккумуляторов, такие как улучшенные составы положительных электродов, отрицательных электродов и электролитов, чтобы снизить риск термического выхода из-под контроля.
Другие стратегии включают оптимизацию конструкции батареи, например, использование тонкопленочных электродов, кремниевых анодов и других новых технологий для улучшения термической стабильности батареи. Увеличение количества устройств защиты аккумуляторов, таких как добавление огнестойких материалов между положительным и отрицательным электродами, взрывозащищенных диафрагм и т. д., также помогает снизить влияние короткого замыкания и термического разгона.
Научное исследование
Как правило, большинство литий-ионных батарей состоят из полиолефиновых мембран, жидких органических электролитов (включая винилкарбонат, диэтилкарбонат и диметилкарбонат), солей лития, а также положительных и отрицательных электродов. Низкая термическая стабильность и воспламеняемость диафрагмы и электролита обычно считаются основными причинами возгорания и взрыва литий-ионных аккумуляторов. Поэтому очень важно повысить безопасность литий-ионных аккумуляторов с точки зрения диафрагмы и электролитов. С одной стороны, путем включения жидких антипиренов на основе фосфатов исследователи могут добиться значительного снижения воспламеняемости электролитов и улучшить электрохимические характеристики литиевых батарей. Фосфорно-кислородные радикалы, образующиеся при высоких температурах, могут активно улавливать свободные радикалы, образующиеся при горении, и прекращать горение. С другой стороны, исследователи разработали значительное количество мембран на неорганической основе, которые широко используются для улучшения термической стабильности и пористости мембран, придавая литий-ионным батареям более высокие характеристики безопасности и отличные электрохимические характеристики.
Системы рециркуляции звука
Как мы упоминали ранее, с широкомасштабным применением литий-ионных аккумуляторов количество вышедших из эксплуатации аккумуляторов также увеличивается с каждым годом, и создание надежной системы переработки литий-ионных аккумуляторов имеет большое значение для рационального использования литий-ионных аккумуляторов. ресурсы, охрана окружающей среды и содействие развитию новой энергетической отрасли. Строительство выведенной из эксплуатации системы литий-ионных аккумуляторов включает в себя множество аспектов, включая управление хранением и транспортировкой аккумуляторов, исследования и разработки технологий переработки, проектирование аккумуляторов, создание новой системы источников, рекламу и популяризацию. Для частных лиц также важно дополнить рекомендации по безопасной переработке батарей пониманием опасности батарей и безопасной практикой переработки батарей в соответствии с правилами.
Хотя литий-ионные батареи действительно создают определенные риски для безопасности в процессе производства, использования и переработки, их безопасность можно эффективно повысить за счет оптимизации производственного процесса, усиления руководства и надзора, а также создания надежной системы переработки и переработки. Считается, что в будущем, благодаря постоянному развитию технологий и применению новых материалов, показатели безопасности литий-ионных батарей будут еще больше улучшаться, что принесет больше удобства и безопасности в нашу жизнь.
Рекомендации по использованию и обслуживанию аккумулятора
Правильная зарядка: Для зарядки используйте оригинальные или совместимые с аккумулятором зарядные устройства и избегайте использования несовместимых зарядных устройств. Не позволяйте аккумулятору полностью разряжаться перед зарядкой; попробуйте зарядить, когда заряд батареи меньше 20%. При зарядке выбирайте медленную зарядку, если она доступна, и избегайте быстрой зарядки, чтобы продлить срок службы аккумулятора.
Правильное использование: Избегайте длительной работы с высокой нагрузкой, чтобы не вызвать перегрева аккумулятора. При нормальном использовании аккумулятор следует поддерживать при соответствующей температуре и не подвергать аккумулятор воздействию высоких или низких температур. Кроме того, не оставляйте батарею в режиме ожидания на длительное время, чтобы не снизить ее производительность.
Хранение: Если вы не собираетесь использовать батарею в течение длительного периода времени, храните ее в сухом, прохладном месте (а не в условиях высоких или низких температур). При хранении заряд аккумулятора должен составлять около 50 %, чтобы продлить срок его службы.
Избегайте чрезмерной зарядки и разрядки: Не заряжайте аккумулятор до 100% и не позволяйте ему разряжаться до 0% – старайтесь поддерживать его в диапазоне 20-80%. Чрезмерная зарядка и разрядка могут сократить срок службы аккумулятора.
Регулярно проверяйте работоспособность батареи: Если вы обнаружите, что срок службы батареи значительно сократился или производительность снизилась, проверьте или при необходимости замените батарею.
Чтобы получить больше торговых решений, обзоров отрасли и свежих взглядов на бизнес-идеи, обязательно подпишитесь на Chovm.com читает.
