Nas duas últimas décadas, baterias de iões de lítio têm sido amplamente utilizados em dispositivos portáteis, como telefones, laptops e fontes de alimentação portáteis devido ao seu excelente desempenho. Eles são favorecidos por sua alta densidade de energia, ciclo de vida longo, efeito de memória mínimo e design de forma controlável, e o papel que desempenham na vida das pessoas é extremamente importante.
Além disso, nos últimos cinco anos, as baterias de iões de lítio também foram reconhecidas como a melhor fonte de energia para veículos eléctricos híbridos (HEV), veículos eléctricos híbridos plug-in e veículos eléctricos. No entanto, ao mesmo tempo que trazem grande comodidade, as baterias de íons de lítio também trazem alguns perigos potenciais, e ocasionalmente ocorrem acidentes causados por combustão e explosão.
À medida que as baterias de iões de lítio ocupam uma posição cada vez mais importante na vida das pessoas, o seu desempenho em termos de segurança tem atraído cada vez mais atenção. Aqui discutiremos por que as baterias de íons de lítio continuam a ser uma de nossas fontes de energia mais confiáveis e o que é feito para garantir que elas permaneçam seguras.
Conteúdo
Por que as baterias de íons de lítio são essenciais para nossas vidas diárias
Problemas de segurança da bateria de íon de lítio
O índice de avaliação de desempenho de segurança da bateria de íons de lítio
Estratégias de melhoria da segurança da bateria de íons de lítio
Recomendações de uso e manutenção da bateria
Por que as baterias de íons de lítio são essenciais para nossas vidas diárias
Desde o final do século XIX até o início do século XX, com o progresso da ciência e da tecnologia e a necessidade do desenvolvimento industrial, a energia elétrica tornou-se uma fonte de energia indispensável ao ser humano. Há muito procuramos e desenvolvemos dispositivos que possam armazenar energia elétrica de forma eficiente, testando capacitores, armazenamento de energia de ar comprimido, armazenamento de energia de ar líquido, etc., finalmente optando por baterias químicas.
A primeira bateria química remonta à bateria de chumbo-ácido durante o século XIX. Então, após 19 anos de desenvolvimento contínuo, nasceu a bateria de íons de lítio. Devido à sua alta densidade de energia, alto ciclo de vida, baixa poluição ambiental e outros fatores, as baterias de íons de lítio rapidamente se tornaram as baterias mais utilizadas em todo o mundo.
As baterias de íons de lítio são agora usadas em vários campos, especialmente em energia, comunicações, pesquisa científica, aeroespacial e indústrias emergentes. Segundo as estatísticas, em 2016, a capacidade do mercado de baterias de iões de lítio da China era de 65.4 GWh e, nos cinco anos seguintes, cresceu para atingir 324.0 GWh em 2021. Entre 2016 e 2020, a quota de mercado global das empresas chinesas de baterias de lítio aumentou de 50 % a 73%. Depois, devido ao impacto da epidemia, caiu para 70%.
Problemas de segurança da bateria de íon de lítio
Perigos no processo de produção
O lítio possui propriedades químicas extremamente ativas, portanto, no processo de produção, o material do eletrodo e o eletrólito das baterias de íon-lítio aumentam à medida que a temperatura interna aumenta, representando um risco à segurança. Por outro lado, o uso de sistema eletrolítico, devido à baixa tensão de decomposição do solvente orgânico, é fácil de oxidar, fazendo com que a bateria pegue fogo ou até mesmo exploda caso ocorra vazamento. Além disso, a estrutura do material do eletrodo e a escolha do diafragma ou eletrólito, etc., podem representar problemas de segurança adicionais.
Riscos de segurança durante o uso
Durante a utilização, as baterias de iões de lítio também apresentam riscos de segurança. Por exemplo, carregar e descarregar excessivamente durante o uso pode danificar a estrutura interna da bateria, causando vazamento da bateria, incêndios e outros problemas. No entanto, com a melhoria contínua e a maturidade da tecnologia do sistema de gestão de baterias (BMS), estas tornaram-se improváveis. Além disso, quando a bateria de iões de lítio é comprimida, perfurada ou atingida, a estrutura interna da bateria pode ser danificada, resultando em problemas semelhantes.
Riscos de segurança durante a reciclagem
Com a aplicação em larga escala de baterias de íons de lítio, o número de baterias desativadas também aumenta ano a ano. Durante o processo de reciclagem de baterias desativadas, substâncias tóxicas como cobalto e níquel podem vazar das baterias, representando uma ameaça ao meio ambiente e à saúde humana. Se a estrutura interna da bateria for danificada ou se a energia eléctrica residual for libertada, o risco de incêndio também se torna mais provável.
O índice de avaliação de desempenho de segurança da bateria de íons de lítio
Abaixo, daremos uma olhada no índice de avaliação de segurança das baterias de íon de lítio para entender melhor o que as várias classificações indicam:
IEC62133 é o padrão de teste de segurança para baterias e baterias de íon de lítio, bem como o requisito de segurança para testar baterias secundárias e baterias contendo eletrólitos alcalinos ou não ácidos. É usado para testar LiBs usados em eletrônicos portáteis e outras aplicações. A IEC62133 aborda riscos químicos e elétricos e problemas mecânicos, como vibração e choque, que podem representar uma ameaça aos consumidores e ao meio ambiente.
ONU/DOT38.3 (também conhecido como teste T1-T8 e UNST/SG/AC.10/11/Rev.5) cobre todos os testes de segurança de transporte para LIBs, baterias de metal de lítio e baterias em geral. O padrão de teste consiste em oito testes (T1-T8), todos focados em riscos específicos de transporte. UN/DOT38.3 é um padrão de autocertificação que não exige testes independentes de terceiros, mas o uso de laboratórios de testes terceirizados é comum para reduzir o risco de litígio em caso de acidente.
IEC62619 abrange os padrões de segurança para baterias secundárias de lítio e conjuntos de baterias e especifica os requisitos de aplicação de segurança para LIB em eletrônica e outras aplicações industriais. Os requisitos de teste padrão IEC62619 são adequados para aplicações estacionárias e dinâmicas. As aplicações estacionárias incluem telecomunicações, fontes de alimentação ininterruptas (UPS), sistemas de armazenamento de energia elétrica, interruptores de serviços públicos, fontes de alimentação de emergência e aplicações semelhantes. As aplicações de energia incluem empilhadeiras, carrinhos de golfe, veículos guiados automaticamente (AGVs), ferrovias e navios, e excluem veículos rodoviários.
UL1642 é o padrão UL para segurança de baterias de lítio, que especifica os requisitos padrão para baterias de lítio primárias e secundárias usadas como fontes de energia em produtos eletrônicos. A cobertura técnica inclui baterias de lítio usadas por técnicos profissionais, bem como aquelas usadas por usuários comuns. As baterias de lítio usadas por técnicos profissionais devem conter 5 gramas ou menos de lítio metálico por unidade de bateria, enquanto o conteúdo das baterias para uso do consumidor não deve exceder 1 grama. As baterias que excedem esses padrões exigem inspeções e testes adicionais para determinar se a bateria pode ser usada para a finalidade pretendida. UL1642 não cobre o risco de toxicidade devido à ingestão de baterias de lítio ou exposição ao metal de lítio devido a danos ou cortes na bateria.
UL2580 é o padrão de segurança de bateria UL para veículos elétricos e consiste em uma série de testes, incluindo: curto-circuito de bateria de alta corrente, compressão de bateria e compressão de célula de bateria (vertical)
Estratégias de melhoria da segurança da bateria de íons de lítio
As baterias de íon-lítio são amplamente utilizadas em veículos elétricos, sistemas de armazenamento de energia, eletrônicos de consumo e outros produtos, e sua segurança está diretamente relacionada à vida das pessoas. Acidentes com baterias, como aqueles causados por fuga térmica, explosões, etc., podem causar graves vítimas e perdas de propriedade.
Alguns desenvolvimentos recentes relacionados à segurança das baterias de íons de lítio incluem:
Novos desenvolvimentos tecnológicos
A introdução de novas tecnologias de segurança, como a tira eletrolítica niquelada a frio da Ecovolta feita de conectores de bateria, que desconecta automaticamente as baterias defeituosas do resto da bateria quando surge um problema, ajuda a evitar acidentes. Além disso, os designs estruturais das baterias são constantemente melhorados através de materiais mais resistentes e tecnologia de embalagem de alta resistência para ajudá-las a resistir a choques externos.
Otimize os sistemas de gerenciamento de baterias (BMS), fortaleça o monitoramento em tempo real do status de uma bateria, detectando e tratando anomalias em tempo hábil. Além disso, materiais de bateria mais seguros estão sendo constantemente desenvolvidos e implementados, tais como composições melhoradas em eletrodos positivos, eletrodos negativos e eletrólitos, de modo a reduzir o risco de fuga térmica.
Outras estratégias envolvem a otimização do design da bateria, como o uso de eletrodos de película fina, ânodos de silício e outras novas tecnologias para melhorar a estabilidade térmica da bateria. O aumento dos dispositivos de proteção da bateria, como a adição de materiais retardadores de chama entre os eletrodos positivos e negativos, diafragmas à prova de explosão, etc., também ajuda a reduzir o impacto de curto-circuito e fuga térmica.
Pesquisa científica
Em geral, a maioria das baterias de íon-lítio consiste em membranas de poliolefina, eletrólitos orgânicos líquidos (incluindo carbonato de vinil, carbonato de dietila e carbonato de dimetila), sais de lítio e eletrodos positivos e negativos. A baixa estabilidade térmica e inflamabilidade do diafragma e do eletrólito são geralmente consideradas as principais razões para a combustão e explosão das baterias de íons de lítio. Portanto, é de grande importância melhorar a segurança das baterias de íons de lítio do ponto de vista do diafragma e dos eletrólitos. Por um lado, ao incorporar retardadores de chama líquidos à base de fosfato, os investigadores podem conseguir uma redução significativa na inflamabilidade dos eletrólitos e melhorar o desempenho eletroquímico das baterias de lítio. Os radicais fósforo-oxigênio produzidos em altas temperaturas podem reter ativamente os radicais livres produzidos pela combustão para encerrar a combustão. Por outro lado, os pesquisadores desenvolveram um número significativo de membranas de base inorgânica, que são amplamente utilizadas para melhorar a estabilidade térmica e a porosidade das membranas, proporcionando às baterias de íons de lítio maior desempenho de segurança e excelente desempenho eletroquímico.
Sistemas de reciclagem de som
Como mencionamos anteriormente, com a aplicação em larga escala de baterias de íons de lítio, o número de baterias descartadas também está aumentando ano a ano, e o estabelecimento de um sistema sólido de reciclagem de baterias de íons de lítio é de grande importância para o uso racional de recursos, proteção ambiental e promoção do desenvolvimento de uma nova indústria energética. A construção de um sistema de bateria de íons de lítio desativado envolve muitos aspectos, incluindo armazenamento de bateria e gerenciamento de transporte, pesquisa e desenvolvimento de tecnologia de reciclagem, design de bateria, estabelecimento de um novo sistema de fonte, publicidade e popularização. Para os indivíduos, também é importante complementar as diretrizes de reciclagem segura com uma compreensão do perigo das baterias e da prática segura de reciclagem de baterias de acordo com os regulamentos.
Embora as baterias de iões de lítio representem certos riscos de segurança durante o processo de produção, utilização e reciclagem, a sua segurança pode ser eficazmente melhorada através da otimização do processo de produção, do reforço da utilização de orientação e supervisão e do estabelecimento de um sistema sólido de reciclagem e tratamento. No futuro, com o progresso contínuo da tecnologia e a aplicação de novos materiais, acredita-se que o desempenho de segurança das baterias de iões de lítio será melhorado ainda mais, trazendo mais comodidade e segurança às nossas vidas.
Recomendações de uso e manutenção da bateria
Carregamento correto: Use carregadores originais ou compatíveis com bateria para carregar e evite usar carregadores incompatíveis. Não deixe a bateria descarregar totalmente antes de carregá-la; tente carregar quando a bateria estiver com menos de 20%. Ao carregar, escolha o carregamento lento, se estiver disponível, e evite o carregamento rápido para prolongar a vida útil da bateria.
Uso correto: Evite operar com carga alta por muito tempo para não causar superaquecimento da bateria. Sob uso normal, a bateria deve ser mantida a uma temperatura adequada e não a exponha a temperaturas altas ou baixas. Além disso, evite deixar a bateria inativa por muito tempo para não diminuir o desempenho da bateria.
Armazenamento: Se você não pretende usar a bateria por um longo período de tempo, armazene-a em um ambiente seco e fresco (em vez de um com condições de alta ou baixa temperatura). Quando armazenada, a carga da bateria deve estar em cerca de 50% para ajudar a prolongar a vida útil da bateria.
Evite carga e descarga excessivas: Não carregue a bateria até 100% nem deixe-a descarregar até 0% – tente mantê-la na faixa de 20-80%. Sobrecarregar e descarregar pode reduzir a vida útil da bateria.
Verifique regularmente o desempenho da bateria: Se você achar que a vida útil da bateria foi significativamente reduzida ou o desempenho foi reduzido, verifique ou substitua a bateria conforme necessário.
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