In de afgelopen twee decennia, lithium-ion batterijen worden veel gebruikt in draagbare apparaten zoals telefoons, laptops en draagbare voedingen vanwege hun uitstekende prestaties. Ze worden geprefereerd vanwege hun hoge energiedichtheid, lange cycluslevensduur, minimale geheugeneffect en controleerbare vormontwerp, en de rol die ze spelen in het leven van mensen is extreem belangrijk.
Niet alleen dat, in de afgelopen vijf jaar zijn lithium-ionbatterijen ook erkend als de beste energiebron voor hybride elektrische voertuigen (HEV's), plug-in hybride elektrische voertuigen en elektrische voertuigen. Hoewel lithium-ionbatterijen veel gemak bieden, brengen ze ook enkele potentiële gevaren met zich mee en ongelukken door verbranding en explosie komen af en toe voor.
Omdat lithium-ionbatterijen een steeds belangrijkere positie innemen in het leven van mensen, hebben hun veiligheidsprestaties steeds meer aandacht getrokken. Hier bespreken we waarom lithium-ionbatterijen een van onze meest betrouwbare energiebronnen blijven en wat er wordt gedaan om ervoor te zorgen dat ze veilig blijven.
Inhoudsopgave
Waarom lithium-ionbatterijen een integraal onderdeel zijn van ons dagelijks leven
Veiligheidsproblemen met lithium-ionbatterijen
De evaluatie-index voor de veiligheid van lithium-ionbatterijen
Strategieën voor het verbeteren van de veiligheid van lithium-ionbatterijen
Aanbevelingen voor batterijgebruik en onderhoud
Waarom lithium-ionbatterijen een integraal onderdeel zijn van ons dagelijks leven
Sinds het einde van de 19e eeuw tot het begin van de 20e eeuw, met de vooruitgang van wetenschap en technologie en de noodzaak van industriële ontwikkeling, is elektrische energie een onmisbare energiebron geworden voor mensen. We hebben lang gezocht naar en ontwikkeld apparaten die efficiënt elektrische energie kunnen opslaan, waarbij we condensatoren, samengeperste luchtenergieopslag, vloeibare luchtenergieopslag, enz. hebben geprobeerd, en uiteindelijk zijn we uitgekomen op chemische batterijen.
De vroegste chemische batterij kan worden herleid tot de loodaccu in de 19e eeuw. Daarna, na 200 jaar van continue ontwikkeling, werd de lithium-ionbatterij geboren. Vanwege de hoge energiedichtheid, lange cycluslevensduur, lage milieuvervuiling en andere factoren, werden lithium-ionbatterijen snel de meest gebruikte batterij ter wereld.
Lithium-ionbatterijen worden nu gebruikt in verschillende sectoren, met name in energie, communicatie, wetenschappelijk onderzoek, lucht- en ruimtevaart en opkomende industrieën. Volgens statistieken was de capaciteit van de Chinese lithium-ionbatterijmarkt in 2016 65.4 GWh en groeide deze in de daaropvolgende vijf jaar tot 324.0 GWh in 2021. Tussen 2016 en 2020 steeg het wereldwijde marktaandeel van Chinese lithiumbatterijbedrijven van 50% naar 73%. Daarna daalde het door de impact van de epidemie naar 70%.
Veiligheidsproblemen met lithium-ionbatterijen
Gevaren in het productieproces
Lithium heeft extreem actieve chemische eigenschappen, dus in het productieproces, het elektrodemateriaal en elektrolyt van lithium-ionbatterijen als de interne temperatuur stijgt, wat een veiligheidsrisico vormt. Aan de andere kant is het gebruik van een elektrolytsysteem, vanwege de lage ontledingsspanning van het organische oplosmiddel, gemakkelijk te oxideren, waardoor de batterij vlam kan vatten of zelfs kan exploderen als er een lekkage optreedt. Bovendien kunnen de structuur van het elektrodemateriaal en de keuze van diafragma of elektrolyt, enz., extra veiligheidsproblemen opleveren.
Veiligheidsrisico's tijdens gebruik
Tijdens gebruik vormen lithium-ionbatterijen ook veiligheidsrisico's. Overmatig opladen en ontladen tijdens gebruik kan bijvoorbeeld de interne structuur van de batterij beschadigen, wat leidt tot batterijlekkage, brand en andere problemen. Met de voortdurende verbetering en volwassenheid van de technologie voor batterijbeheersystemen (BMS) zijn deze echter onwaarschijnlijk geworden. Bovendien kan de interne structuur van de batterij beschadigd raken wanneer de lithium-ionbatterij wordt samengedrukt, doorboord of geraakt, wat kan leiden tot soortgelijke problemen.
Veiligheidsrisico's tijdens recycling
Met de grootschalige toepassing van lithium-ionbatterijen neemt het aantal afgedankte batterijen ook jaar na jaar toe. Tijdens het recyclingproces van afgedankte batterijen kunnen giftige stoffen zoals kobalt en nikkel uit de batterijen lekken, wat een bedreiging vormt voor het milieu en de menselijke gezondheid. Als de interne structuur van de batterij beschadigd raakt of de resterende elektrische energie vrijkomt, wordt de kans op brand ook groter.
De evaluatie-index voor de veiligheid van lithium-ionbatterijen
Hieronder bekijken we de veiligheidsevaluatie-index van lithium-ionbatterijen om beter te begrijpen wat de verschillende beoordelingen aangeven:
IEC62133 is de veiligheidstestnorm voor lithium-ionbatterijen en batterijen, evenals de veiligheidsvereiste voor het testen van secundaire batterijen en batterijen die alkalische of niet-zure elektrolyten bevatten. Het wordt gebruikt om LiB's te testen die worden gebruikt in draagbare elektronica en andere toepassingen. IEC62133 richt zich op chemische en elektrische gevaren en mechanische problemen zoals trillingen en schokken die een bedreiging kunnen vormen voor consumenten en het milieu.
VN/DOT38.3 (ook bekend als T1-T8-test en UNST/SG/AC.10/11/Rev.5) omvat alle transportveiligheidstesten voor LIB's, lithium-metaalbatterijen en batterijen in het algemeen. De testnorm bestaat uit acht tests (T1-T8), die allemaal gericht zijn op specifieke transportgevaren. UN/DOT38.3 is een zelfcertificeringsnorm die geen onafhankelijke tests door derden vereist, maar het gebruik van testlaboratoria door derden is gebruikelijk om het risico op rechtszaken in geval van een ongeval te verminderen.
IEC62619 dekt de veiligheidsnormen voor secundaire lithiumbatterijen en batterijpakketten en specificeert de veiligheidstoepassingsvereisten voor LIB in elektronica en andere industriële toepassingen. IEC62619 standaardtestvereisten zijn geschikt voor stationaire en dynamische toepassingen. Stationaire toepassingen omvatten telecommunicatie, onderbrekingsvrije voedingen (UPS), elektrische energieopslagsystemen, nutsschakelaars, noodstroomvoorzieningen en soortgelijke toepassingen. Energietoepassingen omvatten vorkheftrucks, golfkarretjes, automatisch geleide voertuigen (AGV's), spoorwegen en schepen, en sluiten wegvoertuigen uit.
UL1642 is de UL-norm voor de veiligheid van lithiumbatterijen, die de standaardvereisten specificeert voor primaire en secundaire lithiumbatterijen die worden gebruikt als stroombronnen in elektronische producten. Technische dekking omvat lithiumbatterijen die worden gebruikt door professionele technici en die worden gebruikt door gewone gebruikers. Lithiumbatterijen die worden gebruikt door professionele technici mogen 5 gram of minder lithiummetaal per eenheid batterij bevatten, terwijl de inhoud in batterijen voor consumentengebruik niet meer dan 1 gram mag bedragen. Batterijen die deze normen overschrijden, vereisen nadere inspectie en testen om te bepalen of de batterij kan worden gebruikt voor het beoogde doel. UL1642 dekt niet het risico van toxiciteit als gevolg van inname van lithiumbatterijen of blootstelling aan lithiummetaal als gevolg van schade aan de batterij of snijden.
UL2580 is de UL-batterijveiligheidsnorm voor elektrische voertuigen en bestaat uit een aantal tests, waaronder: kortsluiting van batterijen met hoge stroomsterkte, batterijcompressie en batterijcelcompressie (verticaal)
Strategieën voor het verbeteren van de veiligheid van lithium-ionbatterijen
Lithium-ionbatterijen worden veel gebruikt in elektrische voertuigen, energieopslagsystemen, consumentenelektronica en andere producten, en hun veiligheid is direct gerelateerd aan het leven van mensen. Batterijongelukken, zoals die veroorzaakt door thermische runaway, explosies, etc., kunnen leiden tot ernstige slachtoffers en materiële schade.
Enkele recente ontwikkelingen met betrekking tot de veiligheid van lithium-ionbatterijen zijn:
Nieuwe technologische ontwikkelingen
Introductie van nieuwe veiligheidstechnologieën, zoals Ecovolta's elektrolytisch vernikkelde koudgewalste strip gemaakt van batterijconnectoren, die automatisch defecte batterijen loskoppelt van de rest van het batterijpakket wanneer er een probleem ontstaat, helpt ongelukken te voorkomen. Bovendien worden de structurele ontwerpen van batterijpakketten voortdurend verbeterd via sterkere materialen en zeer sterke verpakkingstechnologie om ze te helpen externe schokken te weerstaan.
Optimaliseer de batterijbeheersystemen (BMS), versterk de realtime monitoring van de status van een batterijpakket, detecteer en behandel afwijkingen tijdig. Bovendien worden er voortdurend veiligere batterijmaterialen ontwikkeld en geïmplementeerd, zoals verbeterde samenstellingen in positieve elektroden, negatieve elektroden en elektrolyten om het risico op thermische runaway te verminderen.
Andere strategieën omvatten het optimaliseren van het batterijontwerp, zoals het gebruik van dunnefilmelektroden, siliciumanodes en andere nieuwe technologieën om de thermische stabiliteit van de batterij te verbeteren. Het verhogen van batterijbeschermingsapparaten, zoals het toevoegen van vlamvertragende materialen tussen positieve en negatieve elektroden, explosieveilige membranen, enz., helpt ook om de impact van kortsluiting en thermische runaway te verminderen.
Wetenschappelijk onderzoek
Over het algemeen bestaan de meeste lithium-ionbatterijen uit polyolefinemembranen, vloeibare organische elektrolyten (waaronder vinylcarbonaat, di-ethylcarbonaat en dimethylcarbonaat), lithiumzouten en positieve en negatieve elektroden. De lage thermische stabiliteit en ontvlambaarheid van het membraan en de elektrolyt worden over het algemeen beschouwd als de belangrijkste redenen voor de verbranding en explosie van lithium-ionbatterijen. Daarom is het van groot belang om de veiligheid van lithium-ionbatterijen te verbeteren vanuit het perspectief van het membraan en de elektrolyten. Enerzijds kunnen onderzoekers door het opnemen van fosfaatgebaseerde vloeibare vlamvertragers een aanzienlijke vermindering van de ontvlambaarheid van de elektrolyten bereiken en de elektrochemische prestaties van lithiumbatterijen verbeteren. Fosfor-zuurstofradicalen die bij hoge temperaturen worden geproduceerd, kunnen vrije radicalen die door verbranding worden geproduceerd actief opvangen om de verbranding te beëindigen. Anderzijds hebben onderzoekers een aanzienlijk aantal anorganische membranen ontwikkeld, die op grote schaal worden gebruikt om de thermische stabiliteit en porositeit van de membranen te verbeteren, waardoor lithium-ionbatterijen hogere veiligheidsprestaties en uitstekende elektrochemische prestaties krijgen.
Geluidsrecyclingsystemen
Zoals we eerder al aangaven, neemt met de grootschalige toepassing van lithium-ionbatterijen ook het aantal afgedankte batterijen jaar na jaar toe, en de oprichting van een solide lithium-ionbatterijrecyclingsysteem is van groot belang voor het rationele gebruik van hulpbronnen, milieubescherming en de bevordering van de ontwikkeling van een nieuwe energiesector. De bouw van een afgedankt lithium-ionbatterijsysteem omvat veel aspecten, waaronder batterijopslag en transportbeheer, onderzoek en ontwikkeling van recyclingtechnologie, batterijontwerp, oprichting van een nieuw bronsysteem, publiciteit en popularisering. Voor individuen is het ook belangrijk om veilige recyclingrichtlijnen aan te vullen met een begrip van het gevaar van batterijen en de veilige praktijk van het recyclen van batterijen in overeenstemming met de regelgeving.
Hoewel lithium-ionbatterijen bepaalde veiligheidsrisico's met zich meebrengen tijdens het productie-, gebruiks- en recyclingproces, kan hun veiligheid effectief worden verbeterd door het productieproces te optimaliseren, het gebruik van begeleiding en toezicht te versterken en een solide recycling- en behandelingssysteem op te zetten. In de toekomst, met de voortdurende vooruitgang van de technologie en de toepassing van nieuwe materialen, wordt aangenomen dat de veiligheidsprestaties van lithium-ionbatterijen verder zullen worden verbeterd, wat meer gemak en veiligheid in ons leven zal brengen.
Aanbevelingen voor batterijgebruik en onderhoud
Correct opladen: Gebruik de originele of batterij-compatibele laders van de batterij om op te laden en vermijd het gebruik van incompatibele laders. Laat de batterij niet volledig ontladen voor het opladen; probeer op te laden wanneer de batterij minder dan 20% is. Kies bij het opladen voor langzaam opladen, als dat mogelijk is, en vermijd snel opladen om de levensduur van de batterij te verlengen.
Correct gebruik: Vermijd langdurig gebruik op hoge belasting om oververhitting van de batterij te voorkomen. Bij normaal gebruik moet de batterij op een geschikte temperatuur worden gehouden en mag de batterij niet worden blootgesteld aan hoge of lage temperaturen. Laat de batterij bovendien niet te lang inactief om de batterijprestaties niet te laten afnemen.
Opslag: Als u de batterij voor een langere periode niet wilt gebruiken, bewaar deze dan in een droge, koele omgeving (in plaats van een omgeving met hoge of lage temperaturen). Wanneer u de batterij opbergt, moet het vermogen ongeveer 50% zijn om de levensduur van de batterij te verlengen.
Vermijd overmatig opladen en ontladen: Laad de batterij niet op tot 100% en laat hem niet ontladen tot 0% – probeer hem in het bereik van 20-80% te houden. Overladen en ontladen kan de levensduur van de batterij verkorten.
Controleer regelmatig de prestaties van de batterij: Als u merkt dat de levensduur van de batterij aanzienlijk is verkort of dat de prestaties zijn verminderd, controleer of vervang de batterij dan indien nodig.
Voor meer handelsoplossingen, brancheoverzichten en frisse perspectieven op bedrijfsideeën, zorg ervoor dat u zich abonneert op Cooig.com leest.
