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Risiko eines thermischen Durchgehens von Li-Ionen-Batterien
Lagerungs- und Transportsicherheit von Li-Ionen-Batterien
Die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien bezieht sich auf das Fehlen von Lecks, Kerzen, Bränden, Explosionen und anderen Phänomenen unter verschiedenen Testbedingungen, wodurch sichergestellt wird, dass wissenschaftliches Forschungs-, Produktions- und Benutzerpersonal auch unter missbräuchlichen Bedingungen nicht verletzt wird. Die produzierten Batterien werden gelagert, transportiert und zum Terminal transportiert. Ob Luftfracht, Seefracht, Bahn oder Autobahn, es gibt logistische Konsolidierungs- und Containertransportverbindungen.
Am Beispiel des Seetransports: Wenn während des Transports ein unerwarteter Faktor die thermische Verbrennung von Batterien in der Kabine auslöst, steigt laut Forschungsergebnissen die Konzentration von Kohlenmonoxid (CO), die bei der Verbrennung von weich verpackten 10-Ah-Lithiumbatterien in kommerziellem Lithium freigesetzt wird Manganoxidsysteme und ternäre Materialsysteme übersteigen 12800 ppm. CO kann in dieser Konzentration bei Erwachsenen innerhalb von 1–3 Minuten zum schnellen Tod führen.
Selbst ohne Berücksichtigung anderer giftiger und schädlicher Substanzen, die beim thermischen Durchgehen in hochenergetischen und komplexen Mischsystemen wie Lithiumbatterien freigesetzt werden, verursacht CO allein erhebliche Schäden. Für andere lokale Räume, wie Autos, Schiffe, U-Boote, Raumfahrzeuge und auf Weltraumparkplätzen, besteht ein ähnliches Problem, dass das thermische Durchgehen von Lithium-Elektrofahrzeugen zu Katastrophen führt. Bei Freiflächen wie Lithium-Ionen-Energiespeichern, Außenparkplätzen und Ladestationen bestehen potenzielle Gefahren für die Umwelt.
Aufgrund zahlreicher Sicherheitsunfälle beim Transport von Lithiumbatterien verlangen internationale Organisationen wie die Vereinten Nationen, die International Aviation Association und relevante inländische Behörden wie die Zivilluftfahrtbehörde Chinas, dass der Transport von Lithiumbatterien UN38.3 und anderen Tests unterzogen werden muss gemäß den IATADGR-Anforderungen.
Das US-Verkehrsministerium hat Lithiumbatterien als gefährliche Stoffe eingestuft, zu denen Entflammbarkeit, Auslaugtoxizität, Korrosivität, Reaktivität und andere giftige und schädliche Substanzen gehören. Sie ist die Batterie mit den meisten giftigen Substanzen unter allen Batterietypen und kann nicht einfach so transportiert werden. Es sind spezielle Verpackungskartons und -methoden erforderlich und alle Etiketten müssen vor dem Transport vollständig sein. Darüber hinaus gibt es verschiedene Beschränkungen für den Lufttransport und Lithiumbatterien müssen die UN38.3-Zertifizierung bestehen. Underwriters Laboratories (UL), ein amerikanisches Unternehmen für Sicherheitsprüfungen und -zertifizierungen, plant die Einführung einer Reihe neuer Spezifikationen für Batterien von Elektrofahrzeugen. UL Laboratories hofft, eine Reihe von Spezifikationen für Batterien von Elektrofahrzeugen festzulegen, und die Regierung wird von Batterieherstellern verlangen, die Zertifizierung von UL Laboratories anzuerkennen.
Thermisches Durchgehen der Lithiumbatterie
Selbst wenn die Batteriestruktur im gesamten Lebenszyklus von Lithiumbatterien gut konzipiert und bei Lagerung und Transport zuverlässig ist, ist es dennoch erforderlich, eine toxische Datenbank für den thermischen Durchgehensprozess der Batterie einzurichten, um auf Notsituationen wie einen Brand reagieren zu können , Explosion und Austritt giftiger Stoffe. Technische Leitlinien, Betriebsstandards, technische Zusammenstellungen, Handbücher und andere Dokumente im Zusammenhang mit Lithiumbatterien befinden sich seit jeher weltweit im Prozess der wettbewerbsorientierten Überarbeitung und steuern die Batteriewirtschaft weltweit.
Es ist derzeit unklar, ob die Vereinigten Staaten, Japan und Südkorea über eine detaillierte Datenbank zur Sekundärtoxizität durch thermisches Durchgehen von Lithiumbatterien und entsprechende Regulierungsstandards verfügen, aber das Institute of Chemical Protection hat seine Datenbank zur thermischen Durchgehensverbrennung von Lithium durch elektrische Energie schrittweise verbessert Produkte. Neben dem öffentlich zugänglichen CO und Flusssäure (HF) befinden sich in der Datenbank auch über 100 Arten mit Molekulargewichten über 45, darunter Stoffe mit toxischen oder toxischen Eigenschaften.
Beim routinemäßigen Sicherheitstest handelt es sich um den Missbrauchstest unter den Bedingungen simulierter Maschinen (Sturz, Aufprall, Eindringen von Nägeln, Quetschung, Vibration, Beschleunigung), Hitze (Zündung, Sandbad, Heizplatte, Thermoschock, Ölbad, Mikrowellenerwärmung), Elektrizität (Überladung, Tiefentladung, externer Kurzschluss, erzwungene Entladung) und Umgebung (Dekompression, Eintauchen, Höhe, antibakteriell) sind der Schlüsselschritt des allgemeinen Sicherheitstests. Diese Schritte und Methoden können als Referenz für die Prüfung der Sekundärtoxizität von verwendet werden Thermal Runaway-Verbrennung in Lithiumbatterien.
Die Forschungsergebnisse zur zündungsinduzierten thermischen Instabilitätsverbrennung von Lithiumbatterien zeigen, dass die giftigen Spezies, die während des thermischen Instabilitätsprozesses von Lithiumbatterien freigesetzt werden, stark vom Batteriematerialsystem, der Batteriekapazität und dem Ladezustand abhängen; Was die Toxizität betrifft, ist der Ladezustand bei 100 % der gefährlichste Zustand, und je kleiner der Ladezustand, desto sicherer ist er. Der Schweregrad von Thermal Runaway-Verbrennungstests an Batterien aus verschiedenen Materialsystemen variiert erheblich, wobei Lithium-Manganoxid-System (LMB) > ternäres System (NMC) > Lithium-Kobaltoxid-System (LCB) > Lithium-Eisenphosphat-System (LPB) darauf hindeutet LPB-Batterien weisen eine hohe Sicherheit gegen zündbedingtes thermisches Durchgehen auf.
Bei Lithiumbatterien mit vier Materialsystemen hängt die Anzahl der Arten, die in den Verbrennungsprodukten bestimmt werden können, stark vom Ladezustand der Lithiumbatterie ab und folgt der folgenden Reihenfolge: Die Anzahl der Arten in den thermisch außer Kontrolle geratenen Verbrennungsprodukten nimmt mit zu Der Ladezustand steigt von 0 % auf 100 %, nimmt jedoch mit steigendem Ladezustand auf 150 % ab (überladener Zustand). Warum nimmt die Anzahl der Verbrennungsproduktarten bei Überladung bei allen vier Batterietypen ab? Der Grund dafür ist, dass bei Überladung der Batterie die Lithiumionen im Lithiumsalz metallisches Lithium ausfällen und sich auf der Kathodenoberfläche ablagern. Gleichzeitig wird auch der solvatisierte Elektrolyt allmählich reduziert, zersetzt und verbraucht. Wenn die Überladung 150 % erreicht, verbleibt nur noch eine relativ kleine Anzahl an Spezies in der Batterie, die an der anschließenden Verbrennungsreaktion teilnehmen können, sodass die Anzahl der Spezies in den organischen Verbrennungsprodukten tatsächlich abnimmt. Die Forschungsergebnisse zeigen auch, dass einige Arten in den Thermal Runaway-Produkten neu entstanden und giftig sind.
Diese organischen Produkte, die beim thermischen Durchgehen des Verbrennungsprozesses freigesetzt werden, haben starke Reizwirkungen auf die menschliche Haut, Augen und Atemwege und sind schädlich für die Umwelt. Wenn diese giftigen Substanzen in kleine geschlossene Räume wie Autos oder Flugzeuge gelangen, können sie den Menschen in kurzer Zeit ernsthaften Schaden zufügen. Die Verbrennungsprodukte von LCB-Batterien enthalten die giftigsten Spezies, während LPB-Batterien die wenigsten enthalten. Der Ladezustand der Batterie hat großen Einfluss auf die Toxizität der Verbrennungsprodukte. Aus Sicht der Toxizität ist der 100-Prozent-Ladezustand der gefährlichste Zustand. Einfach ausgedrückt: Wenn eine neu geladene Batterie entzündet wird und die Kontrolle verliert, werden mehr giftige und schädliche Substanzen freigesetzt. Die obigen Testergebnisse deuten auch darauf hin, dass bei einer thermischen außer Kontrolle geratenen Verbrennung der Batterie in verschiedenen Systemen unterschiedliche Kettenreaktionen ablaufen, was stark mit der Ladezustandschemie des Batteriematerialsystems zusammenhängt.
Im Rahmen der oben genannten Forschungsarbeiten wurden Daten zu toxischen Produkten gewonnen, die durch thermisches Durchgehen von Lithiumbatterien entstehen. Diese werden notwendige Leitlinien für die Entwicklung neuer Materialien für Lithiumbatterien, die Frühwarnung vor Bränden und Giftstoffen, die durch thermisches Durchgehen von Lithiumbatterien verursacht werden, und Verbesserungen liefern der Sicherheit von Lithiumbatterien.
