Pourquoi les piles au lithium sont-elles dangereuses ? Conseils de sécurité pour les piles au lithium-ion
À l'ère de l'information électronique, les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans tous les aspects de notre vie. On trouve des batteries lithium-ion dans les appareils électroniques tels que les téléphones mobiles, les tablettes et les ordinateurs portables, ainsi que dans les équipements et systèmes de grande puissance tels que les véhicules à énergie nouvelle, les systèmes photovoltaïques et les centres de données. C'est pourquoi l sécurité des batteries lithium-ion est une préoccupation pour nous tous.
Cet article répondra à cette question et vous donnera des conseils de sécurité pour les batteries lithium-ion. Nous commencerons par présenter certains aspects de l'évaluation de la sécurité des batteries au lithium-ion et les tests correspondants. Nous décrirons ensuite les causes des accidents liés à la sécurité des batteries au lithium-ion. Enfin, nous analyserons en détail les facteurs internes et externes à l'origine des problèmes de sécurité des batteries au lithium-ion.
Après avoir lu cet article, vous ne paniquerez plus à propos de la sécurité des batteries lithium-ion sans savoir comment les utiliser correctement. (Et si vous voulez connaître les mesures de protection de la sécurité des batteries au lithium-ion, veuillez cliquer pour lire Les piles au lithium sont-elles sûres ? article sur notre site web )
- Performances et essais de sécurité des batteries lithium-ion
- Causes des accidents de sécurité dans les batteries lithium-ion
- Facteurs internes affectant la sécurité des batteries lithium-ion
- Facteurs externes affectant la sécurité des batteries lithium-ion
- Mesures et méthodes pour améliorer la sécurité des batteries lithium-ion
Performances et essais de sécurité des batteries lithium-ion
Nous évaluons et testons généralement la sécurité des batteries lithium-ion sous les quatre aspects suivants : sécurité, stabilité, performance électrochimique et fiabilité.
- La sécurité : dépend principalement des performances de la batterie lithium-ion en cas de court-circuit, de surcharge et de choc thermique.
- Stabilité : dépend principalement de la capacité de la batterie lithium-ion à répondre aux exigences de circulation et de stockage, telles que le test de 500 cycles.
- Performance électrochimique : tester les performances de décharge de la batterie à différents taux de courant ou à des températures élevées et basses.
- Fiabilité : Vérifiez si la batterie peut provoquer des accidents en cas de vibration, d'impact, de chute et de pression.
Causes des accidents de sécurité dans les batteries lithium-ion
En raison de sa densité énergétique élevée, le risque d'accident est plus élevé pour le lithium. Dans le processus d'utilisation des batteries au lithium, outre les exigences de sécurité et de fiabilité de la cellule elle-même, le produit fini de la batterie a besoin d'un système de gestion de la batterie et d'un système de gestion thermique pour assurer la sécurité de la batterie lithium-ion.
Pour les batteries lithium-ion, il n'y a pas plus de trois raisons de réagir en cas de défaillance : court-circuit interne, température élevée, surtension (électrique).
Ces trois facteurs font que la température atteint un certain niveau, déclenchant une série de réactions chimiques internes, davantage de chaleur, de gaz, ce qui entraîne un incendie et une explosion. En fin de compte, tout se résume à la température, c'est pourquoi la réaction de défaillance de la cellule est appelée "emballement thermique".
| Température | Réaction |
|---|---|
| 60℃ | L'hexafluorophosphate de lithium commence à se décomposer et à produire de la chaleur. |
| 70℃ | Le film SEI de l'anode a commencé à se décomposer et à produire de la chaleur et du gaz. |
| 100-120℃ | L'anode enrobée de lithium réagit avec l'électrolyte pour produire de la chaleur et du gaz. |
| 125℃ | Il s'agit de la température du point de fusion du séparateur PE, ainsi que d'une température de rétrécissement importante, sujette à la rupture/déformation causée par un court-circuit interne. |
| 155℃ | Température de ramollissement du séparateur PP |
| 165℃ | Point de fusion du séparateur PP |
| 175℃ | Point de fusion du liant PVDF positif |
| 270℃ | Température de décomposition générale de la matière ternaire (avec dégagement d'oxygène) |
| 750℃ | Température de décomposition du phosphate de fer lithié (sans dégagement d'oxygène) |
- 1) Court-circuit interne. Le corps étranger interne perce le séparateur (d'une épaisseur de 10 microns seulement), ce qui entraîne un contact direct entre la cathode et l'anode internes et produit instantanément beaucoup de chaleur, ce qui est également la cause première de la combustion spontanée des piles ;
- 2) Surcharge (surtension). Lorsque le matériau de la cathode ternaire est surchargé à 5,0-5,2 V, il présente une forte oxydabilité, ce qui oxyde l'électrolyte/séparateur et génère instantanément une grande quantité de chaleur.
- 3) Haute température. Dans des conditions extrêmes, la batterie est chauffée à plus de 120℃ depuis l'extérieur, ou la partie de l'enveloppe de la batterie reçoit instantanément une grande quantité de chaleur (comme le court-circuit du circuit externe à travers l'enveloppe).
- En plus des trois points ci-dessus, d'autres facteurs ne conduiront pas à des problèmes de sécurité des batteries lithium-ion, tels que l'incendie et l'explosion ; on peut également dire que d'autres facteurs d'abus sont la déformation des trois, qui seront expliqués un par un ci-dessous.
Facteurs internes affectant la sécurité des batteries lithium-ion
- (1) Matériau : le matériau de la cathode (par exemple, la stabilité thermique de LiCoO2 et sa réactivité avec l'électrolyte)、stabilité et rapport du matériau de l'anode、composition de l'électrolyte、sélection du séparateur.Le système de matériaux affecte la surcharge et la stabilité thermique de l'ensemble de la batterie.
- (2) Structure de la batterie : rationalité de la conception structurelle
- (3) Contrôle des processus de fabrication des batteries : la bavure de la pièce polaire, l'élimination de la poudre de la pièce polaire, la contre-position de l'enroulement. Et dépistage des batteries défectueuses.
- (4) Court-circuit
Micro-court-circuit : principalement par les pièces de la cathode et de l'anode de la micro-poudre ou de la pointe convexe perçant le séparateur, ce qui entraîne un court-circuit à l'intérieur de la cellule. Un cas léger entraînera un taux d'autodécharge élevé et affectera la sécurité de la batterie lithium-ion, un cas grave entraînera l'explosion de la batterie.
Court-circuit de la poudre à l'intérieur : la bande intérieure de l'acne use le séparateur, ce qui entraîne un gonflement de la cellule.
Court-circuit interne du noyau : principalement parce que l'oreille polaire du noyau est trop longue, et que la pièce polaire ou le contact avec la coquille provoque un court-circuit. Ou le noyau de la bobine de compression de l'oreille polaire entraîne un court-circuit entre la cathode et l'anode, ce qui provoque un échauffement du noyau et, dans les cas les plus graves, une explosion.
Facteurs externes affectant la sécurité des batteries lithium-ion
Court-circuit externe.
En cas de panne ou d'utilisation incorrecte, la carte de circuit imprimé de protection de la batterie court-circuite, ce qui fait que la batterie libère un courant important et que la température augmente, provoquant un court-circuit interne. Cela peut parfois provoquer une explosion.
Surcharge, décharge excessive：
Le matériau de la cathode ou l'électrolyte d'une batterie peut se décomposer en cas de surcharge ou de décharge excessive, libérant de la chaleur et des gaz, augmentant la pression interne et créant de la fumée. Dans les cas les plus graves, des explosions et des incendies se produisent.
Température externe élevée.
La décomposition du matériau de la cathode ou de l'électrolyte de la batterie peut également être causée par une température externe excessive. En même temps, une température externe trop élevée endommagera le séparateur interne et l'enveloppe métallique externe de la batterie, provoquant une déformation, une fusion et pouvant causer un court-circuit.
Mesures et méthodes pour améliorer la sécurité des batteries lithium-ion
Après avoir lu la partie précédente de l'article, vous vous demanderez peut-être comment prévenir les problèmes de sécurité des batteries lithium-ion.
(1) Le court-circuit interne de la batterie lithium-ion est principalement résolu par les aspects suivants :
-Optimisation de la conception de la structure de la batterie.
-Utiliser des équipements d'automatisation et des outils d'amélioration dans les processus clés.
-Éliminez les microcircuits et les courts-circuits internes grâce à des conditions de stockage strictes. Dans des conditions normales, la cellule à moitié chargée a une chute de tension en circuit ouvert de 15-20mV dans environ 1 mois, 25-35mV dans 2 mois, et 50-60mV dans la moitié de l'année. Grâce à des conditions de stockage strictes, nous pouvons détecter les microcircuits et les courts-circuits internes de la batterie.
-La stabilité du système matériel contribue également à l'amélioration de la sécurité.
(2) Les problèmes de court-circuit externe, de surcharge et de stabilité thermique sont principalement résolus par le système de matériaux de la batterie.
l'élection et le traitement des matériaux de l'anode et de la cathode : par exemple, LiCoO2 est instable et émet de l'oxygène lorsqu'il est >4,2V. Parallèlement, l'électrolyte se décompose à >4,2 V et réagit avec le LiCoO2 pour générer beaucoup de chaleur, ce qui entraîne une forte augmentation de la pression interne de la cellule et une explosion.
Il convient donc de sélectionner des matériaux de cathode et d'anode présentant une bonne sécurité et une bonne stabilité. Afin de réduire la réactivité des matériaux d'anode et d'anode, les matériaux de plus grande surface sont soumis à un traitement secondaire.
La composition de l'électrolyte et les additifs améliorent la stabilité et la sécurité de la batterie elle-même. Plus précisément, ils peuvent améliorer le cycle et le stockage de la batterie, améliorer la sécurité de la surcharge de la batterie et améliorer les performances de la cellule à haute et basse température.
C'est tout le contenu de ces conseils de sécurité pour les batteries lithium-ion. Nous voyons maintenant que la sécurité des batteries au lithium-ion dépend des matériaux, de la conception et du contrôle des processus. Par conséquent, la sécurité des batteries au lithium-ion est un problème global qui doit être résolu en tenant compte des aspects du système de matériaux de la batterie, de la conception de la structure et du contrôle du processus.
