Apakah beberapa standard keselamatan biasa untuk bateri-ion litium?

Bateri ion-litium (LIB) ialah sistem elektrokimia dan mekanikal yang kompleks, subjek kepada berpuluh-puluh standard keselamatan antarabangsa. Dalam Soalan Lazim ini, kami akan membincangkan aspek persekitaran utama keselamatan LIB, menyemak standard keselamatan biasa untuk bateri-ion litium dan mempertimbangkan untuk menggunakan makmal ujian bateri tersuai untuk memastikan keselamatan kakitangan ujian.

Banyak isu keselamatan LIB berpunca daripada sensitiviti peranti kepada voltan dan suhu. Bateri ditentukan untuk operasi dalam julat suhu -30 hingga 55 darjah.

Di atas 55 darjah (hingga lebih kurang 80 darjah ), bateri mempamerkan keupayaan kadar yang lebih baik disebabkan oleh tindak balas elektrokimia yang lebih pantas dan penghijrahan ion yang cepat dalam elektrolit dan elektrod. Di bawah keadaan ini, tindak balas sampingan menjadi teruk, membawa kepada pereputan kapasiti yang cepat. Di atas 80 darjah, bateri mula merosot, dan sebarang suhu melebihi 130 darjah boleh menyebabkan komponen bateri cair dan berpotensi menyala.

Voltan dan suhu operasi adalah dua faktor yang mempengaruhi keselamatan bateri litium.

Voltan dan suhu operasi adalah dua faktor yang mempengaruhi keselamatan bateri litium. Contoh ini digunakan untuk sel NCM.

Suhu rendah boleh menyebabkan prestasi bateri lemah dan boleh merosakkan bateri, tetapi secara amnya tidak mendatangkan bahaya keselamatan. Walau bagaimanapun, pengecasan berlebihan (voltan berlebihan) boleh menyebabkan penguraian katod dan pengoksidaan elektrolit, satu kebimbangan keselamatan. Lebih-pelepasan (voltan berlebihan) boleh menyebabkan antara muka elektrolit pepejal (SEI) pada anod terurai dan boleh menyebabkan pengoksidaan kerajang kuprum, seterusnya merosakkan bateri.

Selain isu operasi dan alam sekitar yang berkaitan dengan voltan dan suhu, kerosakan mekanikal juga boleh menyebabkan masalah keselamatan dengan-bateri ion litium (LIB). Memandangkan kebimbangan ini, piawaian keselamatan untuk LIB juga meluas.

Lima piawaian keselamatan biasa untuk bateri-ion litium ialah:

1. IEC 62133

2. UN/DOT 38.3

3. IEC 62619

4. UL 1642

5. UL 2580

IEC 62133 ialah standard ujian keselamatan untuk bateri-ion litium dan bateri, menggariskan keperluan keselamatan untuk menguji bateri dan bateri sekunder yang mengandungi elektrolit alkali atau bukan-asid. Ia digunakan untuk menguji LIB yang digunakan dalam produk elektronik mudah alih dan aplikasi lain. IEC 62133 menangani bahaya kimia dan elektrik yang boleh mengancam pengguna dan alam sekitar, serta isu mekanikal seperti getaran dan kejutan. UN/DOT 38.3 (juga dikenali sebagai ujian T1-T8 dan UN ST/SG/AC.10/11/Rev. 5) meliputi ujian keselamatan pengangkutan untuk semua LIB, bateri logam litium dan bateri. Piawaian ujian terdiri daripada lapan ujian (T1 – T8), setiap satu memfokuskan pada bahaya pengangkutan tertentu. UN/DOT 38.3 ialah piawaian pensijilan sendiri-dan tidak memerlukan ujian-pihak ketiga yang bebas; walau bagaimanapun, penggunaan makmal ujian pihak ketiga adalah perkara biasa untuk mengurangkan risiko litigasi sekiranya berlaku insiden.

Beberapa pembungkusan biasa dan piawaian pengangkutan selamat untuk bateri litium (Jadual 1) adalah seperti berikut:

1. Bateri logam litium UN3090, diangkut sebagai komponen

2. UN3480, LIB, diangkut sebagai komponen

3. UN3091 Bateri logam litium diangkut masuk atau dibungkus dengan peralatan

4. UN3481, LIB diangkut masuk atau dibungkus dengan peralatan.

Banyak jenis bateri litium dianggap sebagai bahan berbahaya dan memerlukan pengendalian khas semasa pengangkutan. IEC 62619 meliputi piawaian keselamatan untuk bateri-ion litium sekunder dan pek bateri, menyatakan keperluan aplikasi keselamatan untuk LIB dalam aplikasi elektronik dan industri lain. Keperluan ujian standard IEC 62619 digunakan untuk aplikasi pegun dan berkuasa.

Aplikasi pegun termasuk telekomunikasi, bekalan kuasa tidak terganggu (UPS), sistem storan tenaga, suis utiliti, bekalan kuasa kecemasan dan aplikasi serupa. Aplikasi berkuasa termasuk forklift, kereta golf, kenderaan berpandu automatik (AGV), kereta api dan marin-tidak termasuk kenderaan jalan raya.

UL 1642 ialah piawaian UL untuk keselamatan bateri-ion litium, yang menyatakan keperluan standard untuk bateri litium-sekunder dan sekunder yang digunakan sebagai sumber kuasa dalam produk elektronik.

UL 1642 meliputi:

1. Juruteknik-bateri litium-yang boleh diganti yang mengandungi 5.0 gram (0.18 auns) atau kurang litium logam. Bateri dengan kandungan litium melebihi 5.0 gram akan dinilai berdasarkan pematuhannya dengan keperluan (jika berkenaan) dan tertakluk kepada ujian dan pemeriksaan tambahan untuk menentukan kesesuaiannya untuk kegunaan yang dimaksudkan.

2. Bateri litium -pengguna yang boleh diganti, dengan setiap sel elektrokimia mengandungi tidak lebih daripada 4.0 gram (0.13 auns) logam litium dan tidak lebih daripada 1.0 gram (0.04 auns) logam litium. Bateri yang mengandungi lebih daripada 4.0 gram atau lebih daripada 1.0 gram litium memerlukan pemeriksaan dan ujian lanjut untuk menentukan sama ada bateri atau sel itu sesuai untuk kegunaan yang dimaksudkan.

UL1642 tidak melindungi risiko ketoksikan daripada pengambilan bateri litium atau risiko pendedahan kepada logam litium akibat kerosakan atau pemotongan bateri.

UL2580x ialah standard keselamatan UL untuk bateri kenderaan elektrik, yang terdiri daripada beberapa ujian, termasuk:

Litar pintas bateri semasa-tinggi: Jalankan pada sampel yang dicas penuh. Litar-pendek sampel menggunakan jumlah rintangan litar Kurang daripada atau sama dengan 20 mΩ. Pencucuhan percikan mengesan kehadiran gas mudah terbakar dalam sampel, tanpa tanda-tanda letupan atau kebakaran. Tambahan pula, wap tidak terlepas ke luar melalui lubang atau sistem yang ditetapkan. Tiada tanda-tanda pecah selongsong atau kebocoran elektrolit yang boleh diperhatikan. Jika LIB kekal beroperasi selepas ujian litar-pendek, ia akan menjalani kitaran pengecasan dan nyahcas mengikut spesifikasi pengeluar. Ujian litar-pendek boleh dilakukan pada sub{11}}komponen, bukan keseluruhan Perhimpunan Storan Tenaga (EESA).

Penghancuran Bateri: Berjalan pada sampel yang dicas penuh dan menyerupai kesan perlanggaran kenderaan pada integriti EESA. Sama seperti ujian litar-pendek, pencucuhan percikan mengesan kehadiran kepekatan gas mudah terbakar dalam sampel dan tiada tanda letupan atau kebakaran. Tiada gas toksik dilepaskan.

Penghancuran Sel Bateri (Menegak): Berjalan pada sampel yang dicas penuh. Daya yang dikenakan semasa ujian penghancuran mesti dihadkan kepada 1000 kali ganda berat bateri. Sama seperti ujian penghancuran, pencucuhan percikan mengesan kehadiran kepekatan gas mudah terbakar dalam sampel, dan tiada tanda letupan atau kebakaran. Tiada gas toksik dilepaskan.

Dewan Ujian LIB

Ujian penuh LIB sememangnya merupakan aktiviti yang berbahaya. Penyahgas, kebakaran atau letupan mungkin disebabkan oleh pelepasan dalam, litar pintas, suhu tinggi dan pelbagai jenis penyalahgunaan mekanikal.

Bilik ujian dan penyimpanan LIB yang direka khas telah dibangunkan untuk mengurangkan potensi kecederaan kepada kakitangan. Satu contoh ialah berjalan kaki-dalam bilik kalis api selama 90 minit dengan perlindungan kebakaran dalaman dan luaran, yang boleh digunakan sebagai ruang ujian atau penyimpanan LIB (Rajah 2).

Ciri yang direka untuk melindungi manusia dan alam sekitar termasuk:

a) Permukaan penekan pada bumbung untuk mengimbangi tekanan dalaman dan luaran sekiranya berlaku kemalangan.

b) Pengudaraan-berprestasi tinggi untuk pengekstrakan pantas gas berbahaya atau meletup.

c) Keupayaan untuk menyuntik gas lengai untuk membantu mengawal tindak balas atau kebakaran berbahaya.

d) Penderia kebakaran untuk amaran membangunkan kebakaran dan sistem pencegah kebakaran bersepadu.

e) Penderia gas tambahan untuk mengenal pasti penyahgasan dan lokasi penderia tambahan dan geganti isyarat mengikut keperluan.

Ringkasnya, kandungan logam litium dalam bateri-ion litium bermakna ia menimbulkan potensi bahaya kepada pengguna-sistem berkuasa bateri. Bahaya keselamatan LIB termasuk lebih-nyahcas, litar pintas, suhu tinggi dan penyalahgunaan mekanikal. Terdapat berpuluh-puluh standard keselamatan antarabangsa dan keperluan reka bentuk untuk bateri-ion litium. Artikel ini memperkenalkan lima piawaian keselamatan biasa untuk bateri-ion litium, serta beberapa pertimbangan asas apabila menetapkan ruang ujian LIB.