Risque d'emballement thermique de la batterie Li-ion

Sécurité de stockage et de transport de la batterie Li-ion

La sécurité des batteries lithium-ion fait référence à l'absence de fuites, de bougies, d'incendies, d'explosions et d'autres phénomènes dans diverses conditions de test, garantissant que la recherche scientifique, la production et le personnel utilisateur ne sont pas blessés même dans des conditions abusives. Les batteries produites seront stockées, transportées et acheminées vers le terminal. Qu'il s'agisse de fret aérien, de fret maritime, de chemin de fer ou d'autoroute, il existe des liaisons de consolidation logistique et de transport de conteneurs.

En prenant le transport maritime comme exemple, si un facteur inattendu déclenche l'emballement thermique de la combustion des batteries dans la cabine pendant le transport, selon les résultats de la recherche, la concentration de monoxyde de carbone (CO) libérée lors de la combustion des batteries au lithium à emballage souple de 10Ah dans du lithium commercial les systèmes d'oxyde de manganèse et les systèmes de matériaux ternaires dépassent 12800 ppm. Le CO à cette concentration peut entraîner une mort rapide chez les adultes en 1 à 3 minutes.

Ainsi, même sans tenir compte des autres substances toxiques et nocives libérées lors de l'emballement thermique dans les systèmes mixtes à haute énergie et complexes tels que les batteries au lithium, le CO seul a des effets nocifs importants. Pour d'autres espaces locaux, tels que les voitures, les navires, les sous-marins, les engins spatiaux et les parkings spatiaux, il existe un problème similaire d'emballement thermique électrique au lithium provoquant des catastrophes. Pour les espaces ouverts, tels que les stations de stockage d'énergie lithium-ion, les parkings extérieurs et les bornes de recharge, il existe des risques potentiels de pollution environnementale.

En raison de nombreux accidents de sécurité lors du transport de batteries au lithium, des organisations internationales telles que les Nations Unies, l'Association de l'aviation internationale et les départements nationaux concernés tels que l'Administration de l'aviation civile de Chine exigent que le transport de batteries au lithium soit soumis à UN38.3 et à d'autres tests. conformément aux exigences IATADGR.

Le département américain des Transports a classé les batteries au lithium comme des matières dangereuses, qui comprennent l'inflammabilité, la toxicité par lixiviation, la corrosivité, la réactivité et d'autres substances toxiques et nocives. C'est la batterie avec les substances les plus toxiques parmi tous les types de batteries et ne peut pas être transportée avec désinvolture. Des boîtes et des méthodes d'emballage spéciales sont requises, et toutes les étiquettes doivent être complètes avant le transport. De plus, il existe diverses restrictions sur le transport aérien et les batteries au lithium doivent passer la certification UN38.3. Underwriters Laboratories (UL), une société américaine d'essais et de certification de sécurité, prévoit d'introduire une série de nouvelles spécifications pour les batteries de véhicules électriques. UL Laboratories espère établir un ensemble de spécifications pour les batteries de véhicules électriques, et le gouvernement exigera des fabricants de batteries qu'ils reconnaissent la certification d'UL Laboratories.

Emballement thermique de la batterie au lithium

Dans tout le cycle de vie des batteries au lithium, même si la structure de la batterie est bien conçue et fiable dans le stockage et le transport, il est toujours nécessaire d'établir une base de données toxiques pour le processus d'emballement thermique de la batterie pour répondre aux situations d'urgence telles que le feu , explosion et fuite toxique. Les conseils techniques, les normes de fonctionnement, les compilations techniques, les manuels et autres documents liés aux batteries au lithium ont toujours été en cours de révision concurrentielle à l'échelle mondiale, contrôlant l'économie des batteries dans le monde entier.

Il est actuellement difficile de savoir si les États-Unis, le Japon et la Corée du Sud disposent d'une base de données détaillée sur la toxicité secondaire causée par l'emballement thermique des batteries au lithium et les normes réglementaires correspondantes, mais l'Institute of Chemical Protection a progressivement amélioré sa base de données sur la combustion d'emballement thermique électrique au lithium. des produits. En plus du CO et de l'acide fluorhydrique (HF) accessibles au public, il existe également plus de 100 espèces avec des poids moléculaires supérieurs à 45 dans la base de données, y compris des substances aux propriétés toxiques ou toxiques.

Dans le test de sécurité de routine, le test d'abus dans les conditions de machines simulées (chute, impact, pénétration de clou, écrasement, vibration, accélération), de chaleur (allumage, bain de sable, plaque chauffante, choc thermique, bain d'huile, chauffage par micro-ondes), l'électricité (surcharge, surdécharge, court-circuit externe, décharge forcée) et l'environnement (décompression, immersion, hauteur, antibactérien) est l'étape clé du test général de sécurité, Ces étapes et méthodes peuvent être utilisées comme référence pour tester la toxicité secondaire de combustion d'emballement thermique dans les batteries au lithium.

Les résultats de la recherche sur la combustion d'emballement thermique induite par l'allumage des batteries au lithium indiquent que les espèces toxiques libérées pendant le processus d'emballement thermique des batteries au lithium dépendent fortement du système de matériaux de la batterie, de la capacité de la batterie et de l'état de charge ; En ce qui concerne la toxicité, l'état de charge à 100 % est l'état le plus dangereux, et plus l'état de charge est petit, plus il est sûr. La sévérité des tests de combustion d'emballement thermique sur des batteries constituées de différents systèmes de matériaux varie considérablement, avec le système d'oxyde de lithium et de manganèse (LMB)> le système ternaire (NMC)> le système d'oxyde de lithium et de cobalt (LCB)> le système de phosphate de fer et de lithium (LPB), indiquant que Les batteries LPB présentent une sécurité élevée contre l'emballement thermique induit par l'allumage.

Pour les batteries au lithium à quatre systèmes de matériaux, le nombre d'espèces qui peut être déterminé dans les produits de combustion est fortement lié à l'état de charge de la batterie au lithium, et suit l'ordre suivant : le nombre d'espèces dans les produits de combustion d'emballement thermique augmente avec l'état de charge augmente de 0 % à 100 %, mais diminue lorsque l'état de charge augmente jusqu'à 150 % (état de surcharge). Pourquoi le nombre d'espèces de produits de combustion diminue-t-il pour les quatre types de batteries en cas de surcharge ? La raison en est que lorsque la batterie est surchargée, les ions lithium dans le sel de lithium précipiteront le lithium métallique et se déposeront sur la surface de la cathode. Dans le même temps, l'électrolyte solvaté sera également progressivement réduit, décomposé et consommé. Lorsque la surcharge atteint 150 %, il ne reste qu'un nombre relativement faible d'espèces dans la batterie pour participer à la réaction de combustion ultérieure, de sorte que le nombre d'espèces dans les produits de combustion organiques diminue en fait. Les résultats de la recherche montrent également que certaines espèces dans les produits d'emballement thermique sont nouvellement générées et toxiques.

Ces produits organiques libérés lors du processus de combustion à emballement thermique ont de forts effets irritants sur la peau, les yeux et les voies respiratoires humaines et sont nocifs pour l'environnement. Si ces substances toxiques sont rejetées dans de petits espaces clos tels que des voitures ou des avions, elles causeront de graves dommages aux personnes en peu de temps. Les produits de combustion des batteries LCB ont les espèces les plus toxiques, tandis que les batteries LPB en ont le moins. L'état de charge de la batterie affecte fortement la toxicité des produits de combustion. Ainsi, du point de vue de la toxicité, l'état de charge à 100 % est l'état le plus dangereux. En termes simples, si une batterie nouvellement chargée s'enflamme et perd le contrôle, elle libérera plus de substances toxiques et nocives. Les résultats des tests ci-dessus indiquent également que lorsque la batterie subit une combustion d'emballement thermique, différentes réactions en chaîne se produisent dans différents systèmes, ce qui est fortement lié à la chimie de l'état de charge du système de matériaux de la batterie.

Les travaux de recherche ci-dessus ont permis d'obtenir des données sur les produits toxiques causés par l'emballement thermique des batteries au lithium, qui fourniront les orientations nécessaires pour la conception de nouveaux matériaux pour les batteries au lithium, l'alerte précoce des incendies et des toxines causés par l'emballement thermique des batteries au lithium, et l'amélioration de sécurité des batteries au lithium.