¿Por qué es peligrosa la batería de litio? Consejos de seguridad para baterías de iones de litio
En la actual era de la información electrónica, las baterías de iones de litio se han utilizado ampliamente en todos los aspectos de nuestra vida. Las baterías de iones de litio se encuentran en dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, tabletas y ordenadores portátiles, así como en grandes equipos y sistemas de energía como vehículos de nueva energía, sistemas fotovoltaicos y centros de datos. Por ello, la seguridad de las pilas de iones de litio es una preocupación para todos nosotros.
Este artículo responderá a esta pregunta y le dará consejos sobre la seguridad de las baterías de iones de litio. En primer lugar, presentaremos algunos aspectos de la evaluación de la seguridad de las baterías de iones de litio y las pruebas correspondientes. A continuación, describiremos las causas de los accidentes de seguridad de las baterías de iones de litio. A continuación, analizaremos en detalle los factores internos y externos que causan problemas de seguridad en las baterías de iones de litio.
Después de leer este artículo, no se asustará por la seguridad de las baterías de iones de litio sin saber cómo utilizarlas correctamente. (Y si desea conocer las medidas de protección de la seguridad de la batería de iones de litio, por favor haga clic para leer ¿son seguras las pilas de litio? artículo en nuestro sitio web )
- Rendimiento y pruebas de seguridad de las baterías de iones de litio
- Causas de accidentes de seguridad en las baterías de iones de litio
- Factores internos que afectan a la seguridad de las baterías de iones de litio
- Factores externos que afectan a la seguridad de las baterías de iones de litio
- Medidas y métodos para mejorar la seguridad de las baterías de iones de litio
Rendimiento y pruebas de seguridad de las baterías de iones de litio
En general, evaluamos y probamos la seguridad de las baterías de iones de litio desde los cuatro aspectos siguientes: seguridad, estabilidad, rendimiento electroquímico y fiabilidad.
- Seguridad: depende principalmente del rendimiento de la batería de iones de litio en caso de cortocircuito, sobrecarga y choque térmico.
- Estabilidad: depende principalmente de si la batería de iones de litio puede cumplir los requisitos en circulación y almacenamiento, como la prueba de 500 ciclos.
- Rendimiento electroquímico: probar el rendimiento de descarga de la batería a diferentes velocidades de corriente o a alta y baja temperatura.
- Fiabilidad: Comprueba si la batería puede provocar accidentes en caso de vibración, impacto, caída y aplastamiento.
Causas de accidentes de seguridad en las baterías de iones de litio
Debido a su alta densidad energética, el litio tiene más posibilidades de sufrir accidentes. En el proceso de uso de la batería de litio, además de los requisitos de la propia célula para ser seguro y confiable, el producto terminado de la batería necesita un sistema de gestión de la batería y el sistema de gestión térmica para lograr la seguridad de la batería de iones de litio.
En el caso de las baterías de iones de litio, no hay más de tres motivos de reacción al fallo: cortocircuito interno, alta temperatura, sobretensión (eléctrica).
Estos tres factores hacen que la temperatura alcance un determinado nivel, lo que desencadena una serie de reacciones químicas internas, más calor, gas, que dan lugar a un incendio y una explosión. En última instancia, todo se reduce a la temperatura, por lo que la reacción de fallo de la célula se denomina "desbocamiento térmico".
| Temperatura | Reacción |
|---|---|
| 60℃ | El hexafluorofosfato de litio comienza a descomponerse y produce calor |
| 70℃ | Ánodo SEI película comenzó a descomponerse y producir calor y gas |
| 100-120℃ | El ánodo de litio incrustado reacciona con el electrolito para producir calor y gas |
| 125℃ | Es la temperatura del punto de fusión del separador de PE , y también es una temperatura de gran contracción, propensa a la ruptura/deformación causada por un cortocircuito interno. |
| 155℃ | Temperatura de reblandecimiento del separador de PP |
| 165℃ | Punto de fusión del separador PP |
| 175℃ | Punto de fusión del aglutinante PVDF positivo |
| 270℃ | Temperatura general de descomposición del material ternario (con evolución del oxígeno) |
| 750℃ | Temperatura de descomposición del fosfato de hierro y litio (sin evolución del oxígeno) |
- 1) Cortocircuito interno. Se refiere a que el cuerpo extraño interno perfora el separador (de sólo 10 micras de grosor), lo que provoca un contacto directo entre el cátodo interno y el ánodo, produciendo instantáneamente mucho calor, que es también la causa fundamental de la combustión espontánea de la batería;
- 2) Sobrecarga (sobretensión). Cuando el material del cátodo ternario se sobrecarga a 5,0-5,2V, tiene una fuerte oxidabilidad, que oxida el electrolito/separador y genera instantáneamente una gran cantidad de calor.
- 3) Alta temperatura. En condiciones extremas, el paquete de baterías se calienta a más de 120℃ desde el exterior, o la parte de la carcasa de la batería recibe una gran cantidad de calor instantáneamente (como el cortocircuito del circuito externo a través de la carcasa).
- Además de los tres puntos anteriores, hay otros factores que no provocarán problemas de seguridad de las baterías de iones de litio, como el incendio y la explosión; también puede decirse que otros factores de abuso son la deformación de los tres, que se explicarán uno por uno a continuación.
Factores internos que afectan a la seguridad de las baterías de iones de litio
- (1) Material: Material del cátodo (p. ej., la estabilidad térmica del LiCoO2 y su reactividad con el electrolito)、estabilidad y proporción del material del ánodo、composición del electrolito、selección del separador.El sistema de materiales afecta a la sobrecarga y a la estabilidad térmica de toda la batería.
- (2) Estructura de la batería: racionalidad del diseño estructural
- (3) Control del proceso de fabricación de baterías: rebaba de la pieza del polo, desprendimiento del polvo del polo, posición contraria del bobinado. Y cribado de baterías en mal estado.
- (4) Cortocircuito
Micro cortocircuito: principalmente por las piezas de cátodo y ánodo del micro polvo o separador de perforación de punto convexo, lo que resulta en cortocircuito dentro de la célula. Caso leve causará alta tasa de autodescarga y afectar la seguridad de la batería de iones de litio, caso grave causará explosión de la batería.
Polvo interior cortocircuito: la tira interior acné desgaste separador, lo que resulta en la protuberancia de la célula.
Cortocircuito interno del núcleo: principalmente porque la oreja del polo del núcleo es demasiado larga, y la pieza del polo o el contacto con la carcasa provocan un cortocircuito. O núcleo de la bobina de compresión de la oreja del polo, lo que resulta en el cátodo y el ánodo de cortocircuito, causando núcleo caliente, y el caso grave dará lugar a la explosión.
Factores externos que afectan a la seguridad de las baterías de iones de litio
Cortocircuito externo.
Cuando se produce una avería o un uso inadecuado, la placa del circuito de protección de la batería se cortocircuita, haciendo que la batería libere una gran corriente y la temperatura aumente, provocando un cortocircuito interno. Esto provocará a veces accidentes por explosión.
Sobrecarga, sobredescarga：
El material catódico o electrolito de una batería puede descomponerse durante una sobrecarga o sobredescarga, liberando calor y gases, aumentando la presión interna y creando humo. En casos graves, pueden producirse explosiones e incendios.
Temperatura exterior elevada.
La descomposición del material del cátodo o del electrolito de la batería también podría deberse a una temperatura externa excesiva. Al mismo tiempo, una temperatura externa demasiado elevada dañará el separador interno y la carcasa metálica externa de la batería, provocando su deformación, fusión, y puede causar un cortocircuito.
Medidas y métodos para mejorar la seguridad de las baterías de iones de litio
Así que después de leer la parte anterior del artículo, es posible que desee preguntar, ¿cómo prevenir los problemas de seguridad de la batería de iones de litio?
(1) El cortocircuito interno de la batería de iones de litio se resuelve principalmente desde los siguientes aspectos:
-Optimización del diseño de la estructura de la batería.
-Utilizar equipos de automatización y herramientas de mejora en los procesos clave.
-Remover las células de micro cortocircuito y cortocircuito interno a través de estrictas condiciones de almacenamiento.célula de auto-descarga grave tiene riesgos de seguridad. En condiciones normales, la célula medio cargada tiene una caída de tensión de circuito abierto de 15-20mV en aproximadamente 1 mes, 25-35mV en 2 meses, y 50-60mV en medio año. Mediante unas condiciones de almacenamiento estrictas, podemos detectar baterías con microcortocircuitos y cortocircuitos internos.
-La estabilidad del sistema de materiales también contribuye a mejorar la seguridad.
(2) El cortocircuito externo, la sobrecarga y la estabilidad térmica se resuelven principalmente a partir del sistema de materiales de la batería.
Elección y tratamiento de los materiales del ánodo y el cátodo: por ejemplo, el LiCoO2 es inestable y emite oxígeno cuando está a >4,2V. Al mismo tiempo, el electrolito se descompone a >4,2V y reacciona con el LiCoO2 generando mucho calor, lo que provoca un fuerte aumento de la presión interna de la célula y una explosión.
Por lo tanto, deben seleccionarse materiales de cátodo y ánodo con buena seguridad y estabilidad. Para reducir la reactividad de los materiales de ánodo y ánodo, el material con mayor superficie se trata con un tratamiento secundario.
La composición del electrolito y los aditivos mejoran la estabilidad y la seguridad de la propia batería. En concreto, pueden mejorar el ciclado y el almacenamiento de la batería, mejorar la seguridad de la sobrecarga de la batería y mejorar el rendimiento a alta y baja temperatura de la célula.
Este es todo el contenido de estos consejos de seguridad para baterías de iones de litio. Ahora vemos que la seguridad de la batería de iones de litio depende del material, el diseño y el control del proceso. Por lo tanto, la seguridad de la batería de iones de litio es un problema integral, que debe ser resuelto desde los aspectos del sistema de material de la batería, diseño de la estructura y control de procesos.
