As baterias de iões de lítio são normalmente utilizadas numa vasta gama de armazenamento de energia renovável devido à sua impressionante densidade energética e durabilidade alargada. No entanto, garantir a segurança é da maior importância quando se trata do manuseamento e da utilização destas baterias. Neste artigo, vamos discutir os elementos essenciais da segurança das pilhas de iões de lítio a fim de lhe proporcionar uma compreensão abrangente e permitir-lhe proteger-se eficazmente.
O que são baterias de lítio?
As baterias de iões de lítio são compostas principalmente por eléctrodos positivos, eléctrodos negativos, electrólitos, separadores e ligações externas e componentes de embalagem. Entre eles, os eléctrodos positivos e negativos incluem materiais de eléctrodos activos, agentes condutores, aglutinantes, etc., e são uniformemente revestidos em colectores de corrente de folha de cobre e folha de alumínio. Com a carga e a descarga, os "iões de lítio" migram entre as baterias em vez do "lítio" elementar, pelo que a bateria é designada por "bateria de iões de lítio".
Factores que afectam a segurança das baterias de iões de lítio
- Sobrecarga: Refere-se ao processo de continuar a carregar para além da tensão de terminação da bateria especificada. Embora o dispositivo de proteção da bateria de lítio possa proteger a sobrecarga até certo ponto, detectando a tensão, quando o tempo de carregamento é demasiado longo e a tensão continua a ser demasiado elevada, a bateria é suscetível de sofrer curtos-circuitos dendríticos internos, causando aquecimento da bateria e a pressão continuar a aumentar, resultando no risco de explosão e incêndio.
- Curto-circuito: O curto-circuito ocorre principalmente durante a utilização de baterias de lítio. Quando ocorre um curto-circuito, a temperatura interna da bateria continua a subir e ocorrem várias reacções entre o elétrodo positivo, o elétrodo negativo e o eletrólito, uma após outra, incluindo a decomposição da película sólida da interface electrolítica, a decomposição do eletrólito, a decomposição do elétrodo negativo e do eletrólito. Reação do eletrólito, decomposição do elétrodo positivo e reação de oxidação entre o oxigénio e o eletrólito, etc. Estas reacções irão acumular uma grande quantidade de energia térmica num curto período de tempo, fazendo com que a bateria sofra um descontrolo térmico, ou mesmo se incendeie e expluda.
Indicadores de teste de segurança das baterias de iões de lítio
Depois de produzidas, as baterias de iões de lítio têm de ser submetidas a uma série de testes antes de chegarem aos consumidores, para garantir a segurança das baterias e reduzir os riscos de segurança.
- Teste de extrusão: Colocar a pilha totalmente carregada numa superfície plana, aplicar uma força de compressão de 13±1KN do cilindro hidráulico e apertar a pilha de forma plana com uma barra de aço com um diâmetro de 32mm. Quando a pressão de compressão atingir o máximo, parar de apertar e a bateria não se incendiará. Não explode.
- Teste de impacto: Depois de a bateria estar totalmente carregada, coloque-a numa superfície plana, coloque uma coluna de aço com 15,8 mm de diâmetro verticalmente no centro da bateria e deixe cair livremente um peso de 9,1 kg de uma altura de 610 mm sobre a coluna de aço acima da bateria. Certifique-se apenas de que a bateria não se incendeia nem explode.
- Teste de sobrecarga: Carregue totalmente a bateria com 1C e efectue um teste de sobrecarga de acordo com 3C sobrecarga 10V. Quando a bateria está sobrecarregada, a tensão sobe até uma determinada tensão e estabiliza durante um período de tempo. Ao aproximar-se de um determinado tempo, a tensão da bateria aumenta rapidamente. A tampa é retirada, a tensão cai para 0V e a bateria não pega fogo ou explode.
- Teste de curto-circuito: Depois de a bateria estar totalmente carregada, provoque um curto-circuito nos pólos positivo e negativo da bateria com um fio com uma resistência não superior a 50mΩ e teste a alteração da temperatura da superfície da bateria. A temperatura máxima da superfície da bateria é de 140°C. Se a tampa da bateria for aberta, a bateria não se incendiará nem explodirá.
- Teste de acupunctura: Colocar a pilha totalmente carregada numa superfície plana e perfurar a pilha radialmente com uma agulha de aço de 3 mm de diâmetro. Certifique-se de que a pilha não se incendeia nem explode.
- Ensaio de ciclo de temperatura: O teste do ciclo de temperatura da bateria de iões de lítio é utilizado para simular a segurança das baterias de iões de lítio quando estas são repetidamente expostas a temperaturas baixas e altas durante o transporte ou armazenamento. O teste é efectuado utilizando mudanças de temperatura rápidas e extremas. Após o teste, a amostra não deve incendiar-se, explodir ou apresentar fugas.
Como melhorar a segurança das baterias de lítio?
Tendo em conta os muitos riscos de segurança nos materiais, no fabrico e nos processos de utilização das baterias de iões de lítio, a forma de melhorar as partes que são propensas a problemas de segurança é um problema que os 10 maiores fabricantes de armazenamento de energia do mundo necessidade de resolver.
- Melhorar a segurança do eletrólito: Existe uma elevada reatividade entre o eletrólito e os eléctrodos positivo e negativo, especialmente a altas temperaturas. A fim de melhorar a segurança da bateria, melhorar a segurança do eletrólito é um dos métodos mais eficazes. Os potenciais riscos de segurança do eletrólito podem ser eficazmente resolvidos através da adição de aditivos funcionais, da utilização de novos sais de lítio e da utilização de novos solventes.
- Melhorar a segurança dos materiais dos eléctrodos: O fosfato de lítio-ferro e os materiais compósitos ternários são considerados materiais catódicos de baixo custo e de "excelente segurança" e podem ser amplamente utilizados na indústria de veículos eléctricos. Melhorar a estabilidade térmica da película SEI é um método fundamental para melhorar a segurança dos materiais do ânodo. A estabilidade térmica dos materiais dos eléctrodos negativos pode ser melhorada através de oxidação fraca, deposição de metal e de óxido de metal, polímero ou revestimento de carbono.
- Melhorar a conceção da proteção de segurança da bateria: Para além de melhorar a segurança dos materiais da bateria, sistemas comerciais de armazenamento de energia Adotar muitas medidas de proteção de segurança, como a instalação de válvulas de segurança da bateria, fusíveis de fusão a quente, ligação em série de componentes com coeficientes de temperatura positivos, utilização de diafragmas termicamente selados, carregamento de circuitos de proteção especiais e sistemas especiais de gestão da bateria, etc., são também meios para aumentar a segurança.
Melhores práticas para a segurança das baterias de iões de lítio
É importante manusear e utilizar estas baterias com cuidado para garantir a segurança. Seguem-se algumas práticas recomendadas para a segurança das baterias de iões de lítio.
- Armazenamento correto: Guarde as baterias de iões de lítio num local fresco e seco, longe da luz solar direta e de fontes de calor. Evite armazená-las em temperaturas extremamente frias ou quentes.
- Evitar danos físicos: Não deixe cair nem perfure as baterias de iões de lítio, pois isso pode provocar danos internos e potenciais fugas de electrólitos. Utilize estojos ou capas de proteção quando transportar baterias.
- Utilizar carregadores originais: Utilize sempre o carregador original ou um carregador de boa reputação especificamente concebido para a bateria de iões de lítio que está a utilizar. Evite utilizar carregadores baratos ou contrafeitos, pois podem não ter mecanismos de segurança adequados para carregamento da bateria.
- Evitar a sobrecarga e a descarga excessiva: Não deixe as baterias de iões de lítio ligadas a carregadores durante um longo período de tempo depois de estarem totalmente carregadas. Do mesmo modo, evite descarregar completamente a bateria. Tanto a sobrecarga como a descarga excessiva podem reduzir o tempo de vida útil da bateria e conduzir potencialmente a problemas de segurança.
- Monitorizar a temperatura: Tenha em atenção a temperatura das baterias de iões de lítio enquanto carrega ou descarrega. Se a bateria ficar excessivamente quente, pare de a utilizar e deixe-a arrefecer antes de a utilizar novamente.
Lembre-se de que seguir estas práticas recomendadas para a segurança das baterias de iões de lítio pode ajudar a evitar acidentes e a garantir a longevidade das suas baterias. Mantenha-se seguro e desfrute do desempenho fiável dos seus dispositivos electrónicos!
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