Kebimbangan keselamatan litium-ion

- Oct 12, 2017-

Apabila Sony memperkenalkan bateri litium-ion yang pertama pada tahun 1991, mereka tahu risiko keselamatan yang berpotensi. Ingat satu bateri litium logam boleh dicas semula yang sebelum ini dikeluarkan adalah suram peringatan disiplin satu mesti bersenam ketika berhadapan dengan sistem bateri tebal tenaga yang tinggi ini.

Merintis kerja untuk bateri litium bermula pada tahun 1912, tetapi adalah itu tidak sampai kepada sehingga awal 1970 apabila bateri litium boleh dicas semula yang pertama menjadi tersedia secara komersil. Percubaan untuk membangunkan bateri boleh dicas semula litium diikuti pada lapan puluhan. Model awal ini adalah berdasarkan logam litium dan ditawarkan ketumpatan tenaga yang sangat tinggi. Walau bagaimanapun, wujud ketidakstabilan litium logam, terutamanya semasa pengecasan, menambah tekanan ke atas pembangunan. Sel yang mempunyai potensi yang run-away haba. Suhu dengan cepat akan meningkat kepada titik lebur litium logam tersebut dan menyebabkan reaksi ganas. Kuantiti yang banyak boleh dicas semula litium bateri terpaksa ditarik balik pada tahun 1991 setelah Pak di telefon bimbit dikeluarkan gas panas dan disengajakan terbakar muka seorang lelaki.

Kerana wujud ketidakstabilan logam litium, penyelidikan berpindah ke bateri litium logam yang menggunakan litium ion. Walaupun sedikit lebih rendah dalam kepadatan tenaga, sistem litium-ion adalah Peti Deposit Keselamatan, menyediakan langkah berjaga-jaga tertentu dipenuhi apabila pengecasan dan melaksanakan. Hari ini, litium-ion adalah salah satu yang paling berjaya dan selamat bateri chemistries disediakan. Dua bilion sel yang dihasilkan setiap tahun.

Sel-sel Lithium-ion dengan katod kobalt memegang dua kali tenaga bateri nikel-based dan empat - kali bahawa asid plumbum. Litium-ion adalah satu sistem penyelenggaraan rendah, kelebihan yang kebanyakan chemistries lain tidak boleh membuat tuntutan. Tiada ingatan dan bateri tidak memerlukan Berbasikal dijadualkan untuk memanjangkan hayatnya. Dan juga tidak litium-ion yang mempunyai masalah sulfation asid plumbum yang berlaku apabila bateri disimpan tanpa bayaran berkala topping. Litium-ion telah rendah diri melaksanakan dan bersifat mesra alam sekitar. Pelupusan menyebabkan kemudaratan yang minima.

Runtimes bateri lama sentiasa ingin ramai pengguna. Pengeluar bateri bertindak balas dengan pembungkusan bahan lebih aktif ke dalam sel dan membuat elektrod-elektrod dan pemisah nipis. Ini membolehkan dua kali ganda ketumpatan tenaga kerana litium-ion telah diperkenalkan pada tahun 1991.

Ketumpatan tenaga tinggi datang pada harga. Kaedah pembuatan menjadi lebih kritikal menjadi sel-sel yang lebih padat. Dengan ketebalan pemisah 20-25µm sahaja, mana-mana pencerobohan kecil daripada zarah-zarah habuk logam boleh mempunyai akibat yang dahsyat. Langkah-langkah yang sesuai amat diperlukan bagi mencapai standard RM139 keselamatan yang ditetapkan oleh UL 1642. Manakala ujian penembusan kuku boleh diterima pada sel 18650 lebih tua dengan kapasiti 1.35Ah, 2.4Ah berpendudukan tinggi hari ini sel akan menjadi bom apabila melakukan ujian sama. UL 1642 tidak memerlukan penembusan kuku. Bateri Lithium-ion menghampiri had teori ketumpatan tenaga mereka dan pengeluar bateri mula memberi tumpuan kepada memperbaiki kaedah pengeluaran dan meningkatkan keselamatan.

Menarik balik bateri lithium-ion

Dengan penggunaan tinggi litium-ion di telefon bimbit, kamera digital dan laptop, tiada terikat untuk menjadi isu. Kadar kegagalan satu 200,000 yang dicetuskan dengan menarik balik hampir enam juta pek litium-ion yang digunakan dalam komputer riba yang dikeluarkan oleh Dell dan epal. Haba berkaitan kegagalan bateri akan diambil serius dan pengeluar memilih pendekatan yang konservatif. Keputusan bagi menggantikan bateri meletakkan pengguna kesenangan dan peguam di Teluk. Sekarang mari kita lihat apa yang ada di sebalik menarik balik.

Sony tenaga peranti (Sony), pembuat sel-sel lithium-ion yang berkenaan, berkata bahawa sekali-sekala mikroskopik zarah-zarah logam boleh datang ke dalam kenalan dengan bahagian-bahagian lain sel bateri, membawa kepada litar pintas di dalam penjara. Walaupun bateri pengilang berusaha untuk mengurangkan kewujudan zarah-zarah logam, Kompleks Dewan Undangan teknik membuat penghapusan semua habuk logam hampir mustahil.

Pendek sederhana hanya akan mengakibatkan bertingkat untuk melepaskan diri. Haba yang dihasilkan kerana tenaga discharging adalah sangat rendah. Jika, Walau bagaimanapun, zarah-zarah logam yang cukup mikroskopik berkumpul di satu tempat, pendek elektrik utama boleh membangunkan dan arus agak besar akan mengalir antara plat positif dan negatif. Ini menyebabkan suhu meningkat, menuju ke sebuah runaway haba, juga disebut 'pengekspresian perasaan dengan api.'

Sel-sel Lithium-ion dengan katod kobalt (sama seperti bateri laptop teringat) tidak pernah dijangka meningkat melebihi 130° C (265° F). 150° C (° 302 F) sel menjadi tidak stabil Pemanasan terma, satu keadaan yang boleh membawa kepada sebuah runaway haba di mana gas flaming vented.

Semasa dalam runaway haba, haba yang tinggi sel gagal boleh tersebar ke sel seterusnya, menyebabkan ia menjadi tidak stabil Pemanasan terma serta. Dalam sesetengah kes, berlaku satu tindak balas rantai di mana setiap sel hancur pada jadual sendiri. Pek boleh mendapatkan musnah dalam masa beberapa saat pendek atau berlama-lama selama beberapa jam kerana setiap sel adalah satu-per-satu yang mengambil. Untuk meningkatkan Keselamatan, pek dilengkapi dengan pembahagi untuk melindungi sel gagal daripada merebak kepada sel-sel jiran.

blob.png

Tahap keselamatan sistem litium-ion

Terdapat dua jenis lithium-ion chemistries asas: kobalt dan mangan (spinel). Untuk mencapai maksimum runtime, telefon bimbit, kamera digital dan laptop menggunakan berasaskan kobalt litium-ion. Mangan baru sebanyak chemistries dalam dua dan menawarkan kestabilan haba yang unggul. Ia boleh mengekalkan suhu sehingga 250° c (° 482 F) sebelum menjadi tidak stabil. Di samping itu, mangan mempunyai rintangan dalaman sangat rendah dan boleh menyampaikan tinggi semasa atas permintaan. Semakin, bateri ini digunakan untuk alat-alat kuasa dan peranti perubatan. Kenderaan elektrik dan hibrid akan akan datang.

Kelemahan spinel adalah lebih rendah kepadatan tenaga. Biasanya, your diperbuat daripada katod mangan tulen menyediakan hanya kira-kira setengah kapasiti cobalt. Telefon bimbit dan komputer riba pengguna tidak akan gembira jika bateri mereka keluar beribu batu jauhnya melalui runtime dijangka. Untuk mencari kompromi boleh dilaksanakan antara ketumpatan tenaga yang tinggi, Keselamatan operasi dan baik semasa penghantaran, pengeluar bateri lithium-ion boleh mencampurkan logam. Bahan-bahan tipikal katod adalah fosfat cobalt, nikel, mangan dan ferum.

Saya ingin meyakinkan pembaca bahawa bateri lithium-ion adalah selamat dan haba berkaitan kegagalan adalah jarang berlaku. Pengeluar bateri yang mencapai kebolehpercayaan yang tinggi ini dengan menambah tiga lapisan perlindungan. Mereka adalah: [1] menghadkan jumlah bahan aktif untuk mencapai keseimbangan yang dilaksanakan ketumpatan tenaga dan Keselamatan; [2] kemasukan pelbagai mekanisme Keselamatan dalam sel; dan [3] penambahan satu litar elektronik perlindungan dalam pek bateri.

Alat-alat perlindungan ini bekerja dalam cara yang berikut: The PTC peranti yang dibina ke dalam sel bertindak sebagai perlindungan untuk menghalang disebabkan semasa yang tinggi; litar sampukan peranti (CID) membuka laluan elektrik jika voltan caj yang terlalu tinggi untuk menimbulkan tekanan sel dalaman untuk 10 Bar (150 psi); dan lohong Keselamatan membolehkan kawalan keluaran gas sekiranya berlaku peningkatan yang pesat dalam sel tekanan. Sebagai tambahan kepada perlindungan mekanikal, litar elektronik perlindungan luar kepada sel-sel yang membuka suis keadaan pepejal jika voltan caj mana-mana sel mencapai 4.30V. Fius yang luka aliran semasa jika suhu kulit sel pendekatan 90° C (194° F). Untuk mencegah bateri daripada terlalu melaksanakan, potongan litar kawalan off jalan semasa pada kira-kira 2.50V / your. Dalam beberapa aplikasi, Keselamatan lebih tinggi wujud sistem spinel membenarkan pengecualian litar elektrik. Dalam kes sebegini, bateri bergantung penuh pada alat-alat perlindungan yang dibina ke dalam sel.

Kita perlu ingat bahawa langkah-langkah keselamatan ini hanya akan berkesan jika mod operasi yang datang daripada luar, seperti dengan jangka pendek untuk elektrik atau pengecas rosak. Di bawah keadaan biasa, bateri litium-ion yang akan hanya kuasa turun apabila berlaku litar pintas. Jika, Walau bagaimanapun, kecacatan yang wujud untuk sel electrochemical, seperti pencemaran yang disebabkan oleh zarah-zarah logam yang mikroskopik, anomaly ini akan pergi tidak dapat dikesan. Tidak boleh litar Keselamatan berhenti peleraian apabila sel berada dalam mod pelarian haba. Apa-apa boleh berhenti ia dicetuskan sekali.

Setiap pengguna bateri yang perlu tahu

Menjadi kebimbangan utama timbul jika elektrik statik atau pengecas rosak telah memusnahkan bateri perlindungan litar. Kerosakan itu selama-lamanya boleh menggabungkan keadaan pepejal suis pada kedudukan ON tanpa mengetahui pengguna. Bateri dengan litar perlindungan kerosakan yang mungkin fungsi biasanya akan tetapi tidak memberikan perlindungan terhadap penyalahgunaan.

Satu lagi isu keselamatan adalah suhu sejuk yang mengenakan bayaran. Bateri lithium-ion gred pengguna tidak boleh dicaj di bawah 0° C (32° F). Walaupun pakej ini kelihatan mengenakan bayaran biasanya, penyaduran logam litium berlaku pada katod manakala atas tuduhan sub pembekuan. Penyaduran itu adalah kekal dan tidak dapat dialih keluar. Jika dilakukan secara berulang-ulang, kerosakan itu boleh menjejaskan Keselamatan pek. Bateri akan menjadi lebih terdedah kepada kegagalan jika tertakluk kepada kesan, menghancurkan atau mengenakan kadar yang tinggi.

Asia menghasilkan banyak bateri gantian jenama yang popular di kalangan pengguna telefon bimbit kerana harga yang rendah. Kebanyakan bateri ini tidak menyediakan piawaian keselamatan yang tinggi yang sama sebagai setara dengan jenama utama. Pembeli bijak membelanjakan lebih sedikit dan menggantikan bateri dengan model yang telah diluluskan. Rajah 1 menunjukkan telefon bimbit yang telah musnah semasa mengecas dalam kereta. Pemilik percaya bahawa pek no-nama disebabkan kemusnahan.

Untuk mengelakkan penyusupan pek yang tidak selamat di pasaran, kebanyakan pengeluar menjual sel-sel lithium-ion hanya kepada pemasang pek bateri yang diluluskan. Kemasukan satu litar keselamatan yang diluluskan adalah sebahagian daripada keperluan pembelian. Ini menjadikan ia sukar bagi penggemar yang memperolehi sel lithium-ion tunggal off-the-shelf di kedai. Penggemar tersebut tidak mempunyai pilihan lain daripada untuk kembali kepada bateri nikel-based. Saya akan berhati-hati terhadap menggunakan satu bateri litium-ion dikenalpasti dari sumber untuk Asia, jika sel-sel tersebut terdapat.

Langkah berjaga-jaga Keselamatan adalah penting terutamanya pada bateri yang lebih besar, seperti pek komputer riba. Bahaya tersebut adalah jadi lebih besar berbanding dengan bateri telefon bimbit yang kecil jika sesuatu yang tidak kena. Atas sebab ini, banyak pengeluar komputer riba mendapatkan bateri mereka dengan kod rahsia yang hanya sepadan komputer dapat capai. Ini mengelakkan bateri bebas-jenama-nama daripada banjir di pasaran. Kelemahan ini adalah harga yang lebih tinggi untuk penggantian bateri. Pembaca www.BatteryUniversity.com sering meminta saya merupakan punca bateri laptop murah. Saya telah mengecewakan pembeli itu dengan mengarahkan mereka kepada vendor asal bagi setiap pek jenama.

Memandangkan bilangan bateri lithium-ion yang digunakan di pasaran, sistem storan tenaga ini telah menyebabkan kemudaratan yang sedikit dari segi kerosakan dan kecederaan. Walaupun rekod yang baik, Keselamatan adalah suatu topik hangat yang mendapat perhatian media yang tinggi, walaupun yang diingini kecil. Amaran ini adalah baik untuk pengguna kerana kami akan pastikan bahawa peranti storan tenaga yang popular ini adalah selamat. Selepas menarik balik bateri laptop Dell dan epal, pengilang sel tidak hanya akan cuba pembungkusan lebih banyak tenaga ke dalam pek tetapi akan cuba untuk menjadikannya lebih disebelah.