Aké sú niektoré bežné bezpečnostné normy pre lítium-iónové batérie?

Lítium{0}}iónové batérie (LIB) sú zložité elektrochemické a mechanické systémy, na ktoré sa vzťahujú desiatky medzinárodných bezpečnostných noriem. V týchto častých otázkach budeme diskutovať o kľúčových environmentálnych aspektoch bezpečnosti LIB, preskúmame bežné bezpečnostné normy pre lítium-iónové batérie a zvážime použitie vlastného laboratória na testovanie batérií na zaistenie bezpečnosti testovacieho personálu.

Mnohé bezpečnostné problémy LIB pramenia z citlivosti zariadení na napätie a teplotu. Batérie sú určené na prevádzku v teplotnom rozsahu -30 až 55 stupňov.

Nad 55 stupňov (do približne 80 stupňov) batérie vykazujú lepšiu rýchlosť vďaka rýchlejším elektrochemickým reakciám a rýchlej migrácii iónov v elektrolyte a elektródach. Za týchto podmienok sa vedľajšie reakcie stávajú závažnými, čo vedie k rýchlemu poklesu kapacity. Nad 80 stupňov sa batérie začnú zhoršovať a akákoľvek teplota nad 130 stupňov môže spôsobiť roztavenie a potenciálne vznietenie komponentov batérie.

Prevádzkové napätie a teplota sú dva faktory ovplyvňujúce bezpečnosť lítiovej batérie.

Prevádzkové napätie a teplota sú dva faktory ovplyvňujúce bezpečnosť lítiovej batérie. Tento príklad platí pre bunky NCM.

Nízke teploty môžu spôsobiť slabý výkon batérie a môžu ju poškodiť, ale vo všeobecnosti nepredstavujú bezpečnostné riziko. Prebíjanie (nadmerné napätie) však môže viesť k rozkladu katódy a oxidácii elektrolytu, čo je bezpečnostný problém. Nadmerné-vybíjanie (nadmerné napätie) môže spôsobiť rozklad rozhrania pevného elektrolytu (SEI) na anóde a môže viesť k oxidácii medenej fólie a ďalšiemu poškodeniu batérie.

Okrem prevádzkových a environmentálnych problémov súvisiacich s napätím a teplotou môže mechanické poškodenie spôsobiť aj bezpečnostné problémy s lítium-iónovými batériami (LIB). Vzhľadom na tieto obavy sú bezpečnostné normy pre LIB tiež rozsiahle.

Päť bežných bezpečnostných noriem pre lítium-iónové batérie:

1. IEC 62133

2. UN/DOT 38.3

3. IEC 62619

4. UL 1642

5. UL 2580

IEC 62133 je bezpečnostný testovací štandard pre lítium-iónové batérie a batérie, ktorý uvádza bezpečnostné požiadavky na testovanie sekundárnych batérií a batérií obsahujúcich alkalické alebo -kyslé elektrolyty. Používa sa na testovanie LIB používaných v prenosných elektronických produktoch a iných aplikáciách. IEC 62133 sa zaoberá chemickými a elektrickými rizikami, ktoré môžu ohroziť spotrebiteľov a životné prostredie, ako aj mechanickými problémami, ako sú vibrácie a otrasy. UN/DOT 38.3 (známy aj ako testy T1-T8 a UN ST/SG/AC.10/11/Rev. 5) zahŕňa testovanie bezpečnosti pri preprave pre všetky LIB, lítiové kovové batérie a batérie. Testovacia norma obsahuje osem testov (T1 – T8), pričom každý sa zameriava na špecifické nebezpečenstvá pri preprave. UN/DOT 38.3 je samocertifikačný štandard{19} a nevyžaduje testovanie nezávislou treťou-stranou; používanie testovacích laboratórií tretích strán je však bežné na zníženie rizík súdnych sporov v prípade incidentu.

Niekoľko bežných štandardov balenia a bezpečnej prepravy pre lítiové batérie (tabuľka 1) je nasledujúcich:

1. UN3090 lítiové kovové batérie, prepravované ako komponenty

2. UN3480, LIB, prepravované ako komponenty

3. UN3091 lítiové kovové batérie prepravované v zariadení alebo zabalené so zariadením

4. UN3481, LIB prepravované v zariadení alebo zabalené so zariadením.

Mnohé typy lítiových batérií sa považujú za nebezpečné materiály a počas prepravy si vyžadujú špeciálne zaobchádzanie. IEC 62619 pokrýva bezpečnostné normy pre sekundárne lítium-iónové batérie a súpravy batérií, špecifikuje bezpečnostné požiadavky na LIB v elektronických a iných priemyselných aplikáciách. Štandardné testovacie požiadavky IEC 62619 platia pre stacionárne aj napájané aplikácie.

Stacionárne aplikácie zahŕňajú telekomunikácie, zdroje neprerušiteľného napájania (UPS), systémy skladovania energie, spínače, núdzové napájacie zdroje a podobné aplikácie. Medzi poháňané aplikácie patria vysokozdvižné vozíky, golfové vozíky, automatizované riadené vozidlá (AGV), železničné a námorné-okrem cestných vozidiel.

UL 1642 je štandard UL pre bezpečnosť lítium-iónových batérií, ktorý špecifikuje štandardné požiadavky na primárne a sekundárne lítium{2}}iónové batérie používané ako zdroje energie v elektronických produktoch.

UL 1642 pokrýva:

1. Technik-vymeniteľné lítium{2}}iónové batérie obsahujúce 5,0 gramov (0,18 unce) alebo menej kovového lítia. Batérie s obsahom lítia vyšším ako 5,0 gramov sa budú posudzovať na základe ich zhody s požiadavkami (ak sa uplatňujú) a budú predmetom dodatočného testovania a kontroly, aby sa určila ich vhodnosť na zamýšľané použitie.

2. Používateľom-vymeniteľné lítiové batérie, pričom každý elektrochemický článok neobsahuje viac ako 4,0 gramu (0,13 unce) kovového lítia a maximálne 1,0 gramu (0,04 unce) kovového lítia. Batérie obsahujúce viac ako 4,0 gramu alebo viac ako 1,0 gramu lítia vyžadujú ďalšiu kontrolu a testovanie, aby sa zistilo, či je batéria alebo článok vhodný na zamýšľané použitie.

UL1642 nepokrýva riziko toxicity pri požití lítiových batérií ani riziko vystavenia lítiovému kovu v dôsledku poškodenia alebo prerezania batérie.

UL2580x je bezpečnostný štandard UL pre batérie elektrických vozidiel, ktorý pozostáva z niekoľkých testov vrátane:

Skrat{0} batérie pri vysokom prúde: Bežte na plne nabitú vzorku. Skratujte-vzorku pomocou celkového odporu obvodu menšieho alebo rovného 20 mΩ. Iskrové zapálenie deteguje prítomnosť horľavého plynu vo vzorke bez známok výbuchu alebo požiaru. Okrem toho výpary neunikajú von cez určené vetracie otvory alebo systémy. Neexistujú žiadne známky prasknutia puzdra alebo pozorovateľného úniku elektrolytu. Ak LIB zostane funkčný po skúške skratu-, podstúpi cykly nabíjania a vybíjania podľa špecifikácií výrobcu. Testovanie skratu{10} je možné vykonať na čiastkových{11}}komponentoch, nie na celom zariadení na ukladanie energie (EESA).

Drvenie batérie: Beží na plne nabitej vzorke a simuluje dopad kolízie vozidla na integritu EESA. Podobne ako pri skúške skratu-, iskrové zapálenie zisťuje prítomnosť koncentrácií horľavých plynov vo vzorke a nič nenaznačuje výbuch alebo požiar. Neuvoľňujú sa žiadne toxické plyny.

Drvenie článkov batérie (vertikálne): Beží na plne nabitej vzorke. Sila použitá počas tlakovej skúšky musí byť obmedzená na 1000-násobok hmotnosti batérie. Podobne ako pri skúške drvením, iskrové zapálenie zisťuje prítomnosť koncentrácií horľavých plynov vo vzorke a nič nenaznačuje výbuch alebo požiar. Neuvoľňujú sa žiadne toxické plyny.

Testovacia komora LIB

Úplné testovanie LIB je vo svojej podstate nebezpečná činnosť. Odplynenie, požiar alebo výbuch je možný v dôsledku hlbokého vybitia, skratu, vysokých teplôt a rôznych druhov mechanického poškodenia.

Špeciálne navrhnuté testovacie a skladovacie komory LIB boli vyvinuté na zmiernenie potenciálu zranenia personálu. Jedným príkladom je prechádzka-v 90-minútovej ohňovzdornej miestnosti s vnútornou a vonkajšou protipožiarnou ochranou, ktorú možno použiť ako testovaciu komoru alebo sklad LIB (obrázok 2).

Medzi funkcie určené na ochranu ľudí a životného prostredia patria:

a) Odtlaková plocha na streche na vyrovnanie vnútorného a vonkajšieho tlaku v prípade nehody.

b) Vysokovýkonné{0}}vetranie na rýchle odsávanie nebezpečných alebo výbušných plynov.

c) Schopnosť vstrekovať inertný plyn na pomoc pri kontrole nebezpečných reakcií alebo požiarov.

d) Požiarne senzory na varovanie pred vznikajúcimi požiarmi a integrované protipožiarne systémy.

e) Prídavné snímače plynu na identifikáciu odplyňovania a umiestnenie prídavných snímačov a signálnych relé podľa potreby.

Stručne povedané, obsah kovového lítia v lítium-iónových batériách znamená, že predstavujú potenciálne riziko pre používateľov systémov napájaných-batériami. Medzi bezpečnostné riziká LIB patrí nadmerné-vybitie, skrat, vysoké teploty a mechanické poškodenie. Na lítium-iónové batérie existujú desiatky medzinárodných bezpečnostných noriem a konštrukčných požiadaviek. Tento článok predstavuje päť bežných bezpečnostných noriem pre lítium-iónové batérie, ako aj niektoré základné úvahy pri označovaní testovacej komory LIB.