Quins són alguns dels estàndards de seguretat habituals per a les bateries d'ions de liti-?

Les bateries d'ions de liti-(LIB) són sistemes electroquímics i mecànics complexos, objecte de desenes d'estàndards de seguretat internacionals. En aquestes PMF, parlarem dels aspectes ambientals clau de la seguretat de LIB, revisarem els estàndards de seguretat comuns per a les bateries d'ions de liti-i pensem a utilitzar un laboratori de proves de bateries personalitzat per garantir la seguretat del personal de proves.

Molts problemes de seguretat de LIB deriven de la sensibilitat dels dispositius a la tensió i la temperatura. Les bateries s'especifiquen per funcionar dins d'un rang de temperatures de -30 a 55 graus.

Per sobre de 55 graus (a aproximadament 80 graus), les bateries presenten una millor capacitat de velocitat a causa de les reaccions electroquímiques més ràpides i la ràpida migració d'ions a l'electròlit i els elèctrodes. En aquestes condicions, les reaccions secundaries es tornen severes, donant lloc a una ràpida decadència de la capacitat. Per sobre dels 80 graus, les bateries comencen a deteriorar-se i qualsevol temperatura superior a 130 graus pot provocar que els components de la bateria es fonguin i es puguin encendre.

La tensió i la temperatura de funcionament són dos factors que afecten la seguretat de la bateria de liti.

La tensió i la temperatura de funcionament són dos factors que afecten la seguretat de la bateria de liti. Aquest exemple s'aplica a les cèl·lules NCM.

Les temperatures baixes poden causar un rendiment deficient de la bateria i poden danyar-la, però en general no suposen un perill per a la seguretat. Tanmateix, la sobrecàrrega (tensió excessiva) pot provocar la descomposició del càtode i l'oxidació d'electròlits, un problema de seguretat. Una-descàrrega excessiva (tensió excessiva) pot provocar la descomposició de la interfície d'electròlit sòlid (SEI) de l'ànode i pot provocar l'oxidació de la làmina de coure, fent malbé encara més la bateria.

A més dels problemes operatius i ambientals relacionats amb la tensió i la temperatura, els danys mecànics també poden causar problemes de seguretat amb les bateries d'ions de liti (LIB). Tenint en compte aquestes preocupacions, els estàndards de seguretat per als LIB també són extensos.

Cinc estàndards de seguretat habituals per a les bateries d'ions de liti{0}} són:

1. IEC 62133

2. UN/DOT 38.3

3. IEC 62619

4. UL 1642

5. UL 2580

IEC 62133 és un estàndard de proves de seguretat per a bateries i bateries d'ions de liti-, que descriu els requisits de seguretat per provar bateries secundàries i bateries que contenen electròlits alcalins o no -àcids. S'utilitza per provar els LIB utilitzats en productes electrònics portàtils i altres aplicacions. L'IEC 62133 aborda els perills químics i elèctrics que poden amenaçar els consumidors i el medi ambient, així com problemes mecànics com les vibracions i els xocs. UN/DOT 38.3 (també coneguda com a proves T1-T8 i UN ST/SG/AC.10/11/Rev. 5) cobreix les proves de seguretat del transport per a tots els LIB, bateries de metall de liti i bateries. L'estàndard de proves consta de vuit proves (T1 – T8), cadascuna centrada en els perills específics del transport. UN/DOT 38.3 és un estàndard d'auto-certificació i no requereix proves independents de tercers-; no obstant això, l'ús de laboratoris de proves de tercers és habitual per reduir els riscos de litigi en cas d'incident.

Diversos estàndards comuns d'embalatge i transport segur per a bateries de liti (taula 1) són els següents:

1. Bateries de metall de liti UN3090, transportades com a components

2. UN3480, LIB, transportats com a components

3. UN3091 Bateries de liti metall transportades o empaquetades amb equip

4. UN3481, LIB transportats o empaquetats amb equip.

Molts tipus de bateries de liti es consideren materials perillosos i requereixen una manipulació especial durant el transport. L'IEC 62619 cobreix els estàndards de seguretat per a bateries d'ions de liti-secundaris i paquets de bateries, especificant els requisits d'aplicació de seguretat per a LIB en aplicacions electròniques i altres aplicacions industrials. Els requisits de prova estàndard IEC 62619 s'apliquen tant a aplicacions estacionàries com alimentades.

Les aplicacions estacionàries inclouen telecomunicacions, fonts d'alimentació ininterrompuda (UPS), sistemes d'emmagatzematge d'energia, interruptors de serveis públics, fonts d'alimentació d'emergència i aplicacions similars. Les aplicacions motoritzades inclouen carretons elevadors, carros de golf, vehicles de guia automàtica (AGV), ferrocarrils i marítims-excepte els vehicles de carretera.

UL 1642 és l'estàndard UL per a la seguretat de les bateries d'ions de liti-, que especifica els requisits estàndard per a les bateries d'ions de liti- primàries i secundàries que s'utilitzen com a fonts d'alimentació en productes electrònics.

UL 1642 cobreix:

1. Bateries d'ions de liti-substituïbles del tècnic-que contenen 5,0 grams (0,18 unces) o menys de liti metàl·lic. Les bateries amb un contingut de liti superior a 5,0 grams es valoraran segons el seu compliment amb els requisits (si escau) i se sotmetran a proves i inspeccions addicionals per determinar-ne la idoneïtat per a l'ús previst.

2. Bateries de liti reemplaçables per l'usuari-, amb cada cel·la electroquímica que no conté més de 4,0 grams (0,13 unces) de metall de liti i no més d'1,0 gram (0,04 unces) de metall de liti. Les bateries que contenen més de 4,0 grams o més d'1,0 gram de liti requereixen una inspecció i proves addicionals per determinar si la bateria o la cèl·lula és adequada per a l'ús previst.

UL1642 no cobreix el risc de toxicitat per la ingestió de bateries de liti ni el risc d'exposició al metall de liti a causa del dany o tall de la bateria.

UL2580x és l'estàndard de seguretat UL per a bateries de vehicles elèctrics, que consta de diverses proves, com ara:

Curtcircuit de la bateria{0}}de corrent alt: s'executa amb una mostra completament carregada. Curteu-la mostra amb una resistència total del circuit inferior o igual a 20 mΩ. L'encesa per guspira detecta la presència de gas inflamable a la mostra, sense signes d'explosió o incendi. A més, els vapors no s'escapen a l'exterior a través de ventilacions o sistemes designats. No hi ha indicis de ruptura de la carcassa o fuites observables d'electròlits. Si el LIB continua operatiu després d'una prova de curt-circuit, es sotmetrà a cicles de càrrega i descàrrega segons les especificacions del fabricant. Les proves de curt{10}}circuits es poden dur a terme en sub-components, no en tot el conjunt d'emmagatzematge d'energia (EESA).

Trituració de la bateria: funciona amb una mostra completament carregada i simula l'impacte d'una col·lisió de vehicles sobre la integritat de l'EESA. De manera similar a la prova de curt-circuits, l'encesa per guspira detecta la presència de concentracions de gas inflamable a la mostra i no hi ha cap indici d'explosió o incendi. No es desprenen gasos tòxics.

Trituració de cèl·lules de la bateria (vertical): funciona amb una mostra completament carregada. La força aplicada durant la prova de trituració s'ha de limitar a 1000 vegades el pes de la bateria. De manera similar a la prova de trituració, l'encesa per guspira detecta la presència de concentracions de gas inflamable dins de la mostra i no hi ha cap indici d'explosió o incendi. No es desprenen gasos tòxics.

Cambra de proves LIB

La prova completa del LIB és inherentment una activitat perillosa. La desgasificació, l'incendi o l'explosió són possibles a causa de descàrregues profundes, curtcircuits, altes temperatures i diversos tipus d'abús mecànic.

S'han desenvolupat cambres de prova i emmagatzematge LIB especialment dissenyades per mitigar el potencial de lesions al personal. Un exemple és un passeig-per una sala ignífuga de 90 minuts amb protecció contra incendis interna i externa, que es pot utilitzar com a cambra de prova o LIB d'emmagatzematge (figura 2).

Les característiques dissenyades per protegir les persones i el medi ambient inclouen:

a) Una superfície de despresurització a la coberta per equilibrar la pressió interna i externa en cas d'accident.

b) Ventilació-d'alt rendiment per a l'extracció ràpida de gasos perillosos o explosius.

c) La capacitat d'injectar gas inert per ajudar a controlar reaccions perilloses o incendis.

d) Sensors d'incendis per a l'avís de desenvolupament d'incendis i sistemes integrats d'extinció d'incendis.

e) Sensors addicionals de gas per identificar la desgasificació i la ubicació de sensors addicionals i relés de senyal segons sigui necessari.

En resum, el contingut de metall de liti a les bateries de-ions de liti significa que representen un perill potencial per als usuaris de sistemes alimentats per bateries-. Els perills de seguretat de LIB inclouen sobre-descàrregues, curtcircuits, altes temperatures i abusos mecànics. Hi ha desenes d'estàndards internacionals de seguretat i requisits de disseny per a bateries d'ions de liti-. Aquest article presenta cinc estàndards de seguretat comuns per a bateries d'ions de liti-, així com algunes consideracions bàsiques a l'hora de designar una cambra de prova LIB.