Rischio di fuga termica della batteria agli ioni di litio

Sicurezza di stoccaggio e trasporto della batteria agli ioni di litio

La sicurezza delle batterie agli ioni di litio si riferisce all'assenza di perdite, candele, incendi, esplosioni e altri fenomeni in varie condizioni di test, garantendo che la ricerca scientifica, la produzione e il personale utilizzatore non vengano feriti anche in condizioni abusive. Le batterie prodotte saranno sottoposte a stoccaggio, trasporto e trasporto al terminal. Sia che si utilizzi il trasporto aereo, marittimo, ferroviario o autostradale, esistono collegamenti per il consolidamento della logistica e il trasporto di container.

Prendendo come esempio il trasporto marittimo, se un fattore imprevisto innesca la combustione in fuga termica delle batterie in cabina durante il trasporto, secondo i risultati della ricerca, la concentrazione di monossido di carbonio (CO) rilasciata durante la combustione di batterie al litio imballate morbide da 10 Ah nel litio commerciale i sistemi di ossido di manganese e i sistemi di materiali ternari superano i 12800 ppm. Il CO a questa concentrazione può causare una rapida morte negli adulti entro 1-3 minuti.

Quindi, anche senza considerare altre sostanze tossiche e nocive rilasciate durante la fuga termica in sistemi misti complessi e ad alta energia come le batterie al litio, la sola CO provoca danni significativi. Per altri spazi locali, come automobili, navi, sottomarini, veicoli spaziali e nei parcheggi spaziali, esiste un problema simile di fuga termica elettrica al litio che causa disastri. Per gli spazi aperti, come le stazioni di accumulo di energia agli ioni di litio, i parcheggi all'aperto e le stazioni di ricarica, esistono potenziali rischi di inquinamento ambientale.

A causa di numerosi incidenti di sicurezza durante il trasporto di batterie al litio, organizzazioni internazionali come le Nazioni Unite, l'International Aviation Association e i dipartimenti nazionali competenti come l'Amministrazione dell'aviazione civile cinese richiedono che il trasporto di batterie al litio debba essere sottoposto a UN38.3 e altri test in accordo con i requisiti IATADGR.

Il Dipartimento dei trasporti degli Stati Uniti ha classificato le batterie al litio come materiali pericolosi, che includono infiammabilità, tossicità da lisciviazione, corrosività, reattività e altre sostanze tossiche e nocive. È la batteria con le sostanze più tossiche tra tutti i tipi di batterie e non può essere trasportata casualmente. Sono richieste scatole e metodi di imballaggio speciali e tutte le etichette devono essere complete prima del trasporto. Inoltre, ci sono varie restrizioni sul trasporto aereo e le batterie al litio devono superare la certificazione UN38.3. Underwriters Laboratories (UL), una società americana di test e certificazione di sicurezza, prevede di introdurre una serie di nuove specifiche per le batterie dei veicoli elettrici. UL Laboratories spera di stabilire una serie di specifiche per le batterie dei veicoli elettrici e il governo richiederà ai produttori di batterie di riconoscere la certificazione di UL Laboratories.

Fuga termica della batteria al litio

Nell'intero ciclo di vita delle batterie al litio, anche se la struttura della batteria è ben progettata e affidabile nello stoccaggio e nel trasporto, è comunque necessario stabilire un database tossico per il processo di fuga termica della batteria per rispondere a situazioni di emergenza come l'incendio , esplosione e perdite tossiche. Linee guida tecniche, standard operativi, compilazioni tecniche, manuali e altri documenti relativi alle batterie al litio sono sempre stati oggetto di revisione competitiva a livello globale, controllando l'economia delle batterie in tutto il mondo.

Al momento non è chiaro se gli Stati Uniti, il Giappone e la Corea del Sud dispongano di un database dettagliato della tossicità secondaria causata dalla fuga termica delle batterie al litio e dei corrispondenti standard normativi, ma l'Istituto per la protezione chimica ha gradualmente migliorato il proprio database sulla combustione in fuga termica elettrica al litio prodotti. Oltre alla CO disponibile al pubblico e all'acido fluoridrico (HF), nel database sono presenti anche oltre 100 specie con pesi molecolari superiori a 45, comprese sostanze con proprietà tossiche o tossiche.

Nel test di sicurezza di routine, il test di abuso nelle condizioni del macchinario simulato (caduta, impatto, penetrazione del chiodo, schiacciamento, vibrazione, accelerazione), calore (accensione, bagno di sabbia, piastra riscaldante, shock termico, bagno d'olio, riscaldamento a microonde), l'elettricità (sovraccarico, scarica eccessiva, cortocircuito esterno, scarica forzata) e l'ambiente (decompressione, immersione, altezza, antibatterico) è il passaggio chiave del test di sicurezza generale, questi passaggi e metodi possono essere utilizzati come riferimento per testare la tossicità secondaria di combustione termica incontrollata nelle batterie al litio.

I risultati della ricerca sulla combustione in fuga termica indotta dall'accensione delle batterie al litio indicano che le specie tossiche rilasciate durante il processo di fuga termica delle batterie al litio dipendono fortemente dal sistema del materiale della batteria, dalla capacità della batteria e dallo stato di carica; Per quanto riguarda la tossicità, lo stato di carica al 100% è lo stato più pericoloso e più piccolo è lo stato di carica, più è sicuro. La severità dei test di combustione in fuga termica su batterie realizzate con sistemi di materiali diversi varia in modo significativo, con sistema di ossido di litio manganese (LMB)>sistema ternario (NMC)>sistema di ossido di cobalto di litio (LCB)>sistema di litio ferro fosfato (LPB), indicando che Le batterie LPB presentano un'elevata sicurezza contro la fuga termica indotta dall'accensione.

Per le batterie al litio con sistemi a quattro materiali, il numero di specie che possono essere determinate nei prodotti della combustione è fortemente correlato allo stato di carica della batteria al litio e segue il seguente ordine: il numero di specie nei prodotti della combustione in fuga termica aumenta con lo stato di carica aumenta dallo 0% al 100%, ma diminuisce con l'aumento dello stato di carica al 150% (stato di sovraccarico). Perché il numero di specie di prodotti della combustione diminuisce per tutti e quattro i tipi di batterie quando sono sovraccaricate? Il motivo è che quando la batteria è sovraccarica, gli ioni di litio nel sale di litio precipitano il litio metallico e si depositano sulla superficie del catodo. Allo stesso tempo, anche l'elettrolita solvatato verrà gradualmente ridotto, decomposto e consumato. Quando il sovraccarico raggiunge il 150%, nella batteria rimane solo un numero relativamente piccolo di specie per partecipare alla successiva reazione di combustione, quindi il numero di specie nei prodotti di combustione organici diminuisce effettivamente. I risultati della ricerca mostrano anche che alcune specie nei prodotti di fuga termica sono di nuova generazione e tossiche.

Questi prodotti organici rilasciati durante il processo di combustione in fuga termica hanno forti effetti irritanti sulla pelle umana, sugli occhi e sulle vie respiratorie e sono dannosi per l'ambiente. Se queste sostanze tossiche vengono rilasciate in piccoli spazi chiusi come automobili o aeroplani, causeranno gravi danni alle persone in un breve periodo di tempo. I prodotti della combustione delle batterie LCB hanno le specie più tossiche, mentre le batterie LPB ne hanno meno. Lo stato di carica della batteria influisce fortemente sulla tossicità dei prodotti della combustione. Quindi, dal punto di vista della tossicità, lo stato di carica al 100% è lo stato più pericoloso. In poche parole, se una batteria appena caricata si accende e perde il controllo, rilascerà più sostanze tossiche e nocive. I risultati dei test di cui sopra indicano anche che quando la batteria subisce una combustione termica incontrollata, si verificano diverse reazioni a catena in diversi sistemi, il che è fortemente correlato alla chimica dello stato di carica del sistema del materiale della batteria.

Il suddetto lavoro di ricerca ha ottenuto dati sui prodotti tossici causati dalla combustione incontrollata termica delle batterie al litio, che forniranno le indicazioni necessarie per la progettazione di nuovi materiali per le batterie al litio, l'allarme tempestivo di incendi e tossine causati dall'instabilità termica delle batterie al litio e il miglioramento di sicurezza delle batterie al litio.