¿Cómo se debe apagar el fuego de la batería de litio?

Fuego de batería de litio

El incendio de la batería de litio se puede dividir en dos causas principales, causas internas y externas. Su propia causa se refiere principalmente a su propio material, la estabilidad térmica de la estructura, el impacto del fuego o no; Causa externa, se refiere a diversos medios de abuso, provocados por el incendio de una batería de litio.

1.1 causas propias

La batería de litio está compuesta de material de electrodo positivo, material de electrodo negativo y electrolito. La estabilidad térmica de estas partes afecta directamente a la posibilidad de que se produzca una fuga térmica de la celda.

Factores que afectan la estabilidad térmica de los materiales del ánodo

En la actualidad, la mayoría de los materiales del ánodo son materiales de carbono. En condiciones de alta temperatura, el grafito es propenso a reaccionar con el electrolito, especialmente en el estado de carga alta de la batería. LiC6 puede mejorar la intensidad de la reacción.

Algunos estudios han encontrado que el punto de partida de la temperatura a la que el electrodo negativo comienza a reaccionar con el calor está relacionado con la granularidad del material de carbono. Cuanto más grande es la partícula, mayor es la temperatura a la que comienza a reaccionar y más segura es. Al mismo tiempo, los materiales de carbono con diferentes estructuras participan en la reacción del electrolito, la liberación de calor no es la misma, el grafito libera más calor que el carbono amorfo (se refiere principalmente al carbono blando y al carbono duro).

Factores que afectan la estabilidad térmica de los materiales del ánodo

Los materiales del ánodo de las baterías de litio, que se utilizan ampliamente en la actualidad, son todos compuestos de litio. El fosfato de hierro y litio, el manejo de litio y el ternario de litio se clasifican, en términos generales, de mayor a menor seguridad. Se ha estudiado el efecto de los materiales del ánodo sobre la seguridad de estas baterías.

Según el estudio, cuanto mayor es el contenido de litio en la fórmula molecular del compuesto, peor es la estabilidad térmica y menor es la temperatura de inicio de la reacción con el electrolito. Una comparación cuantitativa, fórmula del coeficiente de proporción de átomos individuales, cuando el coeficiente de litio es 0.25, la temperatura de reacción es 230 ℃; Si este valor es 1, la reacción inicial se convierte en una temperatura de 170 ℃. Además, si los materiales del ánodo contienen otros elementos metálicos además del litio, los materiales del ánodo que contienen manganeso tienen una mejor estabilidad térmica que los que contienen níquel.

Factores que afectan la estabilidad térmica del electrolito.

Se puede decir que el electrolito es el núcleo de la estabilidad térmica, su estabilidad afecta directamente la estabilidad de todo el sistema. Algunas personas han realizado una serie de estudios sobre la estabilidad térmica del electrolito y los resultados muestran que:

Cuanto mayor sea el contenido de carbonato de dimetilo en el electrolito, peor será la estabilidad térmica y más fácil reaccionará con los materiales del ánodo y del cátodo. Cuantos más tipos de materiales sea incompatible el electrolito, es decir, puede reaccionar con una variedad de sales diferentes a una temperatura más baja, lo que indica que cuanto más reactivo sea, peor será su estabilidad térmica.

El calor del envejecimiento está fuera de control

El envejecimiento es un proceso integral. La estructura de la membrana SEI negativa envejece y se rompe, lo que conduce a un proceso de calentamiento espontáneo. Las dendritas de litio negativas se acumulan, provocando un cortocircuito interno o una reacción intensa con el electrolito en un ambiente de alta temperatura. La resistencia interna al envejecimiento aumenta, aumentando la probabilidad de acumulación de calor. En general, el envejecimiento se correlaciona positivamente con el riesgo de fuga térmica.

La lucha contra incendios de la batería de litio se debe principalmente a la causa de la fuga de calor, si necesita extinguir el fuego, la primera necesidad de comprender la causa real de la fuga de calor. Las principales causas del calor descontrolado en las baterías de litio son el cortocircuito externo, la alta temperatura externa y el cortocircuito interno. Tiene cortocircuito interno: debido al abuso de la batería como la sobrecarga antes de poner en cristal, los cargadores como el polvo en el proceso de producción de baterías, exacerbando el diafragma perforado generado, producen micro cortocircuito, la energía eléctrica que causa un aumento de temperatura de La temperatura de la química del material y agrandó la ruta de cortocircuito, formó la corriente de cortocircuito más grande, la acumulación de unos a otros y aumenta el daño de los demás, lo que lleva a una fuga térmica. En el siguiente ejemplo de pilas de óxido de cobalto y litio se describe un proceso de calor descontrolado típico. R: en la etapa de preparación, la batería está completamente cargada; B: se produce un cortocircuito interno, una gran corriente a través del punto de cortocircuito y genera calor, y a través de la difusión térmica de LiC6, la temperatura de descomposición de SEI, la película de SEI comienza a romperse, deja salir una pequeña cantidad de CO2 y C2H4, una ligera protuberancia de la carcasa, con la descarga continua de la posición de cortocircuito, la temperatura de la batería aumenta, la cadena electrohidráulica en solvente comenzó a dispersarse, LiC6 con electrohidráulica comenzó una reacción exotérmica, acompañada de C2H5F, C3H6, C3H8, pero reacción más lenta, la cantidad de calor es pequeña; C: a medida que avanza a través de la descarga, las temperaturas de la posición de cortocircuito continúan aumentando, la contracción local del diafragma para derretirse, la posición de cortocircuito, la temperatura aumenta aún más, cuando la temperatura interna alcanza la temperatura de descomposición de Li0.5 Co02, la descomposición de los momentos positivos, y liberación de O2, este último en la reacción de momento electrohidráulico emite muchas calorías y libera una gran cantidad de gas CO2, lo que hace que la presión interna de la batería aumente, si la presión es lo suficientemente grande, rompa la carcasa de la batería y provoque la explosión de la batería. ; D: si el caparazón explota y las placas polares se dispersan, la temperatura no seguirá aumentando y la reacción terminará; Sin embargo, si solo la cáscara se agrieta y las placas polares no se dispersan, entonces el LiC6 continúa reaccionando con el líquido electrohidráulico y la temperatura continuará aumentando, pero la tasa de aumento de temperatura disminuirá. Debido a la lenta velocidad de reacción, el LiC6 podría durar mucho tiempo. E: cuando la tasa de generación de calor de la reacción interna de la batería es menor que la tasa de disipación de calor, la batería comienza a enfriarse hasta que se completa la reacción interna; 2, cortocircuito externo: la probabilidad de riesgo de operación real del vehículo es muy baja, uno es que todo el sistema del automóvil está equipado con cable fusible y sistema de administración de batería BMS, dos es que la batería puede soportar un corto tiempo de gran impacto de corriente. En el caso extremo, el punto de cortocircuito atraviesa los fusibles de todo el vehículo y el BMS falla al mismo tiempo. El cortocircuito externo durante un tiempo prolongado generalmente hará que el punto débil de conexión en el circuito se queme y rara vez hará que la batería pierda el control del calor. Ahora, más empresas de PACK han adoptado la práctica de agregar cables fusibles en el circuito, lo que puede evitar eficazmente el daño causado por un cortocircuito externo. 3. Alta temperatura externa: debido a las características de la estructura de la batería de litio, la película SEI, el electrolito y el EC se descompondrán a altas temperaturas. La sustancia descompuesta del electrolito también reaccionará con el electrodo positivo y el electrodo negativo. La fusión del diafragma provoca un cortocircuito interno y la liberación de energía eléctrica aumenta la producción de calor. Esta mejora mutua acumulativa del daño, el resultado es que la celda a prueba de explosión, la película se rompe, se expulsa el electrolito y se produce un incendio. Por las razones anteriores, Tesla y General Motors recomiendan el tratamiento contra incendios para baterías de litio. 1. En caso de incendio pequeño, si la llama no se propaga a la batería de alta presión, se puede utilizar un extintor de incendios de dióxido de carbono o polvo seco ABC. 2. Al inspeccionar minuciosamente el fuego, no se ponga en contacto con ningún componente de alto voltaje y utilice siempre herramientas de aislamiento para la inspección. 3. La botella de gas, el pilar de gas y otros componentes utilizados para almacenar el gas pueden alcanzar la temperatura extrema del líquido en ebullición, vapor en expansión y explosión. El desmontaje con la protección fina adecuada se llevará a cabo antes de que se detecte la "zona caliente" del accidente. 4. Si la batería de alto voltaje se dobla, tuerce o daña en un incendio, simplemente se desfigurará o se sospecha que la batería está defectuosa. Por tanto, el consumo de agua contra incendios no debería ser demasiado pequeño, el agua contra incendios debería ser suficiente. Los incendios de baterías pueden tardar hasta 24 horas en extinguirse por completo. El uso de cámaras termográficas garantiza que las baterías de alto voltaje se enfríen por completo antes de que termine el accidente. Sin cámaras termográficas, se debe controlar la batería para reiniciar. El humo indica que la batería todavía está caliente, y el monitoreo debe mantenerse hasta al menos una hora después de que la batería ya no humea. El manual de respuesta de emergencia para vehículos eléctricos de General Motors Volt le dice que si la batería alcanza una temperatura lo suficientemente alta como para tener fugas y liberar electrolitos, el electrolito debe ser inflamable. Esto requiere una gran cantidad de agua para enfriar la batería y extinguir el fuego, porque los sistemas de CC y CA no están conectados a tierra y los bomberos pueden usar agua de manera segura como agente extintor principal sin riesgo de descarga eléctrica. Los extintores de polvo seco ABC no extinguen las llamas de las baterías. Los bomberos deben evitar el contacto directo dentro de cualquier conjunto de alta presión durante las operaciones de extinción de incendios o de socorro, que pueden provocar descargas eléctricas.

En vista de la investigación de extinción de incendios de baterías de litio, ha despertado la atención en nuestro país. En una exposición de la industria automotriz a fines de octubre, más de un informe discutió los resultados de la investigación del incendio de la batería de litio, pero solo resumió las características del incendio de la batería de litio por el momento, y la investigación sobre métodos específicos de lucha contra incendios no fue muy en profundidad.

Alemania, los Estados Unidos y el Reino Unido abrieron el camino en el estudio de los métodos de extinción de incendios.

Alemania, para la extinción de incendios de vehículos eléctricos, realizó un experimento comparativo. Resulta que los incendios de los coches eléctricos se pueden apagar con agua, pero consumen mucha agua. Con la adición de los aditivos f-500 y Firesorb, el efecto de extinción de incendios mejoró enormemente.

La investigación en los Estados Unidos ha encontrado que los incendios de baterías de litio son causados esencialmente por el calor descontrolado y que el enfriamiento es un aspecto clave de los métodos de extinción de incendios. En el caso de incendios de baterías portátiles de litio, los resultados de las pruebas de detección muestran que el agente extintor a base de agua tiene el mejor efecto de enfriamiento, mientras que el agente extintor de gas y polvo seco tiene el efecto deficiente.

El Reino Unido realizó principalmente experimentos sobre el fuego de baterías de litio de equipos portátiles en el proceso de la aviación. Se seleccionaron halón y fe-36 como agentes extintores de incendios y se utilizaron para eliminar el fuego de las baterías de litio en los vuelos.

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