Koji su uobičajeni sigurnosni standardi za litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije (LIB) složeni su elektrokemijski i mehanički sustavi, podložni desecima međunarodnih sigurnosnih standarda. U ovom FAQ-u raspravljat ćemo o ključnim ekološkim aspektima sigurnosti LIB-a, pregledati zajedničke sigurnosne standarde za litij-ionske baterije i razmotriti korištenje prilagođenog laboratorija za testiranje baterija kako bismo osigurali sigurnost osoblja koje provodi testiranje.

Mnoga sigurnosna pitanja LIB-a proizlaze iz osjetljivosti uređaja na napon i temperaturu. Baterije su specificirane za rad u temperaturnom rasponu od -30 do 55 stupnjeva.

Iznad 55 stupnjeva (do približno 80 stupnjeva), baterije pokazuju bolju brzinu zbog bržih elektrokemijskih reakcija i brze migracije iona u elektrolitu i elektrodama. Pod tim uvjetima, nuspojave postaju ozbiljne, što dovodi do brzog pada kapaciteta. Iznad 80 stupnjeva, baterije počinju propadati, a bilo koja temperatura iznad 130 stupnjeva može uzrokovati topljenje komponenti baterije i potencijalno zapaljenje.

Radni napon i temperatura dva su faktora koji utječu na sigurnost litijske baterije.

Radni napon i temperatura dva su faktora koji utječu na sigurnost litijske baterije. Ovaj primjer se odnosi na NCM stanice.

Niske temperature mogu uzrokovati loš rad baterije i oštetiti bateriju, ali općenito ne predstavljaju sigurnosnu opasnost. Međutim, prekomjerno punjenje (pretjerani napon) može dovesti do razgradnje katode i oksidacije elektrolita, što je sigurnosni problem. Pre-pražnjenje (pretjerani napon) može uzrokovati raspadanje sučelja čvrstog elektrolita (SEI) na anodi i može dovesti do oksidacije bakrene folije, dodatno oštećujući bateriju.

Uz probleme s radom i okolišem koji se odnose na napon i temperaturu, mehanička oštećenja također mogu uzrokovati sigurnosne probleme s litij-ionskim baterijama (LIB). S obzirom na ove zabrinutosti, sigurnosni standardi za LIB-ove također su opsežni.

Pet uobičajenih sigurnosnih standarda za litij-ionske baterije su:

1. IEC 62133

2. UN/DOT 38.3

3. IEC 62619

4. UL 1642

5. UL 2580

IEC 62133 je sigurnosni standard za testiranje litij-ionskih baterija i baterija, koji navodi sigurnosne zahtjeve za testiranje sekundarnih baterija i baterija koje sadrže alkalne ili ne-kisele elektrolite. Koristi se za testiranje LIB-ova koji se koriste u prijenosnim elektroničkim proizvodima i drugim aplikacijama. IEC 62133 bavi se kemijskim i električnim opasnostima koje mogu ugroziti potrošače i okoliš, kao i mehaničkim problemima poput vibracija i udara. UN/DOT 38.3 (također poznat kao T1-T8 testovi i UN ST/SG/AC.10/11/Rev. 5) pokriva ispitivanje sigurnosti u prijevozu za sve LIB-ove, litij-metalne baterije i baterije. Standard testiranja sastoji se od osam testova (T1 – T8), od kojih se svaki usredotočuje na specifične opasnosti u prijevozu. UN/DOT 38.3 standard je samo-certifikacije i ne zahtijeva neovisno testiranje-treće strane; međutim, upotreba laboratorija za testiranje trećih strana uobičajena je za smanjenje rizika od sudskih sporova u slučaju incidenta.

Nekoliko uobičajenih standarda pakiranja i sigurnog transporta za litijeve baterije (tablica 1) su sljedeći:

1. UN3090 Litij metalne baterije, transportirane kao komponente

2. UN3480, LIBs, transportirani kao komponente

3. UN3091 Litij metalne baterije koje se prevoze ili su zapakirane s opremom

4. UN3481, LIB-ovi transportirani u opremi ili pakirani s opremom.

Mnoge vrste litijevih baterija smatraju se opasnim materijalima i zahtijevaju posebno rukovanje tijekom transporta. IEC 62619 pokriva sigurnosne standarde za sekundarne litij-ionske baterije i pakete baterija, specificirajući sigurnosne zahtjeve za primjenu LIB-ova u elektroničkim i drugim industrijskim aplikacijama. Standardni zahtjevi za testiranje IEC 62619 primjenjuju se i na stacionarne i na pogonske aplikacije.

Stacionarne primjene uključuju telekomunikacije, besprekidne izvore napajanja (UPS), sustave za pohranu energije, pomoćne sklopke, hitne izvore napajanja i slične primjene. Pogonske aplikacije uključuju viličare, kolica za golf, automatizirano vođena vozila (AGV), željeznička i pomorska-isključujući cestovna vozila.

UL 1642 je UL standard za sigurnost litij-ionskih baterija, specificirajući standardne zahtjeve za primarne i sekundarne litij-ionske baterije koje se koriste kao izvori napajanja u elektroničkim proizvodima.

UL 1642 pokriva:

1. Tehničke-izmjenjive litij-ionske baterije koje sadrže 5,0 grama (0,18 unci) ili manje metalnog litija. Baterije s udjelom litija većim od 5,0 grama bit će ocijenjene prema njihovoj usklađenosti sa zahtjevima (ako je primjenjivo) i podvrgnute dodatnom testiranju i inspekciji kako bi se utvrdila njihova prikladnost za namjeravanu upotrebu.

2. Korisnički-izmjenjive litijeve baterije, pri čemu svaka elektrokemijska ćelija ne sadrži više od 4,0 grama (0,13 unce) metalnog litija i ne više od 1,0 grama (0,04 unce) metalnog litija. Baterije koje sadrže više od 4,0 grama ili više od 1,0 grama litija zahtijevaju daljnji pregled i testiranje kako bi se utvrdilo jesu li baterija ili ćelija prikladni za namjeravanu upotrebu.

UL1642 ne pokriva rizik od toksičnosti od gutanja litijskih baterija ili rizik od izlaganja metalnom litiju zbog oštećenja ili rezanja baterije.

UL2580x je UL sigurnosni standard za baterije električnih vozila, koji se sastoji od nekoliko testova, uključujući:

Visok{0}}strujni kratki spoj baterije: Radite na potpuno napunjenom uzorku. Kratko -spojite uzorak koristeći ukupni otpor kruga manji ili jednak 20 mΩ. Paljenje svjećicom detektira prisutnost zapaljivog plina u uzorku, bez znakova eksplozije ili požara. Nadalje, pare ne izlaze van kroz za to predviđene otvore ili sustave. Nema znakova puknuća kućišta ili vidljivog curenja elektrolita. Ako LIB ostane operativan nakon-testiranja kratkog spoja, proći će kroz cikluse punjenja i pražnjenja u skladu sa specifikacijama proizvođača. Ispitivanje-kratkog spoja može se izvesti na pod{11}}komponentama, a ne na cijelom sklopu za pohranu energije (EESA).

Battery Crushing: radi na potpuno napunjenom uzorku i simulira utjecaj sudara vozila na integritet EESA-e. Slično testu kratkog -spoja, paljenje svjećicom detektira prisutnost koncentracije zapaljivog plina unutar uzorka i nema naznaka eksplozije ili požara. Ne oslobađaju se otrovni plinovi.

Drobljenje baterijskih ćelija (okomito): radi na potpuno napunjenom uzorku. Sila primijenjena tijekom ispitivanja gnječenjem mora biti ograničena na 1000 puta težinu baterije. Slično testu drobljenja, paljenje svjećicom detektira prisutnost koncentracije zapaljivog plina unutar uzorka i nema naznaka eksplozije ili požara. Ne oslobađaju se otrovni plinovi.

LIB ispitna komora

Potpuno testiranje LIB-a je sama po sebi opasna aktivnost. Otplinjavanje, požar ili eksplozija mogući su zbog dubokog pražnjenja, kratkih spojeva, visokih temperatura i raznih vrsta mehaničkih oštećenja.

Posebno dizajnirane LIB komore za ispitivanje i skladištenje razvijene su kako bi se smanjila mogućnost ozljeđivanja osoblja. Jedan primjer je šetnja-po 90-minutnoj vatrootpornoj prostoriji s unutarnjom i vanjskom zaštitom od požara, koja se može koristiti kao ispitna komora ili skladišni LIB (Slika 2).

Značajke osmišljene za zaštitu ljudi i okoliša uključuju:

a) Površina za smanjenje tlaka na krovu za uravnoteženje unutarnjeg i vanjskog tlaka u slučaju nesreće.

b) Visok{0}}učinkovita ventilacija za brzo izvlačenje opasnih ili eksplozivnih plinova.

c) Sposobnost ubrizgavanja inertnog plina za pomoć u kontroli opasnih reakcija ili požara.

d) Protupožarni senzori za upozoravanje na razvoj požara i integrirani sustavi za suzbijanje požara.

e) Dodatni senzori plina za prepoznavanje otplinjavanja i položaj dodatnih senzora i signalnih releja prema potrebi.

Ukratko, sadržaj metalnog litija u litij-ionskim baterijama znači da one predstavljaju potencijalnu opasnost za korisnike sustava-napajanih baterijama. Sigurnosne opasnosti LIB-a uključuju prekomjerno-pražnjenje, kratke spojeve, visoke temperature i mehaničko oštećenje. Postoje deseci međunarodnih sigurnosnih standarda i zahtjeva za dizajn litij-ionskih baterija. Ovaj članak predstavlja pet uobičajenih sigurnosnih standarda za litij-ionske baterije, kao i neka osnovna razmatranja pri određivanju LIB ispitne komore.