Riesgo de fuga térmica de la batería de iones de litio

Seguridad de almacenamiento y transporte de la batería de iones de litio

La seguridad de las baterías de iones de litio se refiere a la ausencia de fugas, velas, incendios, explosiones y otros fenómenos en diversas condiciones de prueba, lo que garantiza que el personal de investigación científica, producción y usuarios no sufra lesiones incluso en condiciones abusivas. Las baterías producidas serán almacenadas, transportadas y transportadas a la terminal. Ya sea que utilice transporte aéreo, marítimo, ferroviario o por carretera, existen enlaces de consolidación logística y transporte de contenedores.

Tomando como ejemplo el transporte marítimo, si un factor inesperado desencadena la combustión descontrolada térmica de las baterías en la cabina durante el transporte, según los resultados de la investigación, la concentración de monóxido de carbono (CO) liberada durante la combustión de baterías de litio de paquete blando de 10Ah en baterías comerciales de litio sistemas de óxido de manganeso y sistemas de material ternario excede 12800ppm. El CO a esta concentración puede causar la muerte rápida en adultos en 1 a 3 minutos.

Por lo tanto, incluso sin considerar otras sustancias tóxicas y dañinas liberadas durante la fuga térmica en sistemas mixtos complejos y de alta energía, como las baterías de litio, el CO por sí solo tiene un daño significativo. Para otros espacios locales, como automóviles, barcos, submarinos, naves espaciales y estacionamientos espaciales, existe un problema similar de fuga térmica eléctrica de litio que causa desastres. Para los espacios abiertos, como las estaciones de almacenamiento de energía de iones de litio, los estacionamientos al aire libre y las estaciones de carga, existen riesgos potenciales de contaminación ambiental.

Debido a numerosos accidentes de seguridad durante el transporte de baterías de litio, organizaciones internacionales como las Naciones Unidas, la Asociación de Aviación Internacional y departamentos nacionales relevantes como la Administración de Aviación Civil de China requieren que el transporte de baterías de litio se someta a UN38.3 y otras pruebas. de acuerdo con los requisitos de IATADGR.

El Departamento de Transporte de EE. UU. ha clasificado las baterías de litio como materiales peligrosos, que incluyen inflamabilidad, toxicidad por lixiviación, corrosividad, reactividad y otras sustancias tóxicas y dañinas. Es la batería con más sustancias tóxicas entre todos los tipos de baterías y no se puede transportar de forma casual. Se requieren cajas y métodos de empaque especiales, y todas las etiquetas deben estar completas antes del transporte. Además, existen varias restricciones en el transporte aéreo y las baterías de litio deben pasar la certificación UN38.3. Underwriters Laboratories (UL), una empresa estadounidense de pruebas y certificación de seguridad, planea introducir una serie de nuevas especificaciones para las baterías de los vehículos eléctricos. UL Laboratories espera establecer un conjunto de especificaciones para baterías de vehículos eléctricos, y el gobierno requerirá que los fabricantes de baterías reconozcan la certificación de UL Laboratories.

Fuga térmica de la batería de litio

En todo el ciclo de vida de las baterías de litio, incluso si la estructura de la batería está bien diseñada y es confiable en almacenamiento y transporte, aún es necesario establecer una base de datos tóxicos para el proceso de fuga térmica de la batería para responder a situaciones de emergencia como incendios. , explosión y fuga tóxica. La orientación técnica, los estándares operativos, las compilaciones técnicas, los manuales y otros documentos relacionados con las baterías de litio siempre han estado en proceso de revisión competitiva a nivel mundial, controlando la economía de las baterías en todo el mundo.

Actualmente no está claro si los Estados Unidos, Japón y Corea del Sur tienen una base de datos detallada de la toxicidad secundaria causada por el desbocamiento térmico de las baterías de litio y los estándares regulatorios correspondientes, pero el Instituto de Protección Química ha mejorado gradualmente su base de datos de combustión descontrolada térmica eléctrica de litio. productos Además del CO y el ácido fluorhídrico (HF) disponibles públicamente, también hay más de 100 especies con pesos moleculares superiores a 45 en la base de datos, incluidas sustancias con propiedades tóxicas o tóxicas.

En la prueba de seguridad de rutina, la prueba de abuso bajo condiciones de maquinaria simulada (caída, impacto, penetración de clavos, aplastamiento, vibración, aceleración), calor (encendido, baño de arena, placa caliente, choque térmico, baño de aceite, calentamiento por microondas), La electricidad (sobrecarga, sobredescarga, cortocircuito externo, descarga forzada) y el medio ambiente (descompresión, inmersión, altura, antibacteriano) es el paso clave de la prueba de seguridad general. Estos pasos y métodos se pueden utilizar como referencia para probar la toxicidad secundaria de Combustión térmica fuera de control en baterías de litio.

Los resultados de la investigación de la combustión desbocada térmica inducida por ignición de las baterías de litio indican que las especies tóxicas liberadas durante el proceso de desbordamiento térmico de las baterías de litio dependen en gran medida del sistema de material de la batería, la capacidad de la batería y el estado de carga; Con respecto a la toxicidad, el estado de carga al 100 % es el estado más peligroso, y cuanto más pequeño es el estado de carga, más seguro es. La severidad de las pruebas de combustión descontrolada térmica en baterías hechas de diferentes sistemas de materiales varía significativamente, con el sistema de óxido de manganeso de litio (LMB)>sistema ternario (NMC)>sistema de óxido de cobalto de litio (LCB)>sistema de fosfato de hierro y litio (LPB), lo que indica que Las baterías LPB exhiben una alta seguridad contra la fuga térmica inducida por ignición.

Para baterías de litio con sistemas de cuatro materiales, el número de especies que se puede determinar en los productos de combustión está fuertemente relacionado con el estado de carga de la batería de litio y sigue el siguiente orden: el número de especies en los productos de combustión desbocada térmica aumenta con el estado de carga aumenta del 0 % al 100 %, pero disminuye al aumentar el estado de carga al 150 % (estado sobrecargado). ¿Por qué disminuye el número de especies de productos de combustión para los cuatro tipos de baterías cuando se sobrecargan? La razón es que cuando la batería se sobrecarga, los iones de litio en la sal de litio precipitarán el litio metálico y se depositarán en la superficie del cátodo. Al mismo tiempo, el electrolito solvatado también se reducirá, descompondrá y consumirá gradualmente. Cuando la sobrecarga alcanza el 150%, solo queda una cantidad relativamente pequeña de especies en la batería para participar en la reacción de combustión posterior, por lo que la cantidad de especies en los productos de combustión orgánica en realidad disminuye. Los resultados de la investigación también muestran que algunas especies en los productos de fugas térmicas son de nueva generación y tóxicas.

Estos productos orgánicos liberados durante el proceso de combustión descontrolada térmica tienen fuertes efectos irritantes en la piel humana, los ojos y el tracto respiratorio, y son dañinos para el medio ambiente. Si estas sustancias tóxicas se liberan en espacios cerrados pequeños, como automóviles o aviones, causarán daños graves a las personas en un corto período de tiempo. Los productos de combustión de las baterías LCB tienen las especies más tóxicas, mientras que las baterías LPB tienen las menos. El estado de carga de la batería afecta fuertemente la toxicidad de los productos de combustión. Entonces, desde la perspectiva de la toxicidad, el estado de carga al 100% es el estado más peligroso. En pocas palabras, si una batería recién cargada se enciende y pierde el control, liberará más sustancias tóxicas y dañinas. Los resultados de las pruebas anteriores también indican que cuando la batería sufre una combustión descontrolada térmica, se producen diferentes reacciones en cadena en diferentes sistemas, lo que está fuertemente relacionado con la química del estado de carga del sistema de material de la batería.

El trabajo de investigación anterior ha obtenido datos sobre los productos tóxicos causados por la combustión descontrolada térmica de las baterías de litio, que proporcionarán la orientación necesaria para el diseño de nuevos materiales para baterías de litio, la alerta temprana de incendios y toxinas causados por la fuga térmica de las baterías de litio y la mejora. de seguridad de las baterías de litio.