Einführung:
LithiumbatterienLithiumbatterien sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken und versorgen alles mit Energie – von Smartphones und Laptops bis hin zu Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen. Obwohl Lithiumbatterien weit verbreitet sind, gab es Fälle von Bränden und Explosionen, die zwar selten sind, aber dennoch Bedenken hinsichtlich ihrer Sicherheit aufkommen ließen. Das Verständnis der Faktoren, die zu solchen Vorfällen führen können, ist entscheidend für die sichere und zuverlässige Verwendung von Lithiumbatterien.
Lithiumbatterieexplosionen stellen ein ernstes Sicherheitsproblem dar, und die Ursachen für ihr Auftreten sind komplex und vielfältig und umfassen hauptsächlich interne und externe Faktoren.
Interne Faktoren
Interner Kurzschluss
Unzureichende Kapazität der negativen Elektrode: Reicht die Kapazität der negativen Elektrode einer Lithiumbatterie nicht aus, können die beim Laden entstehenden Lithiumatome nicht in die Zwischenschichten des Graphits der negativen Elektrode eingelagert werden und kristallisieren stattdessen auf deren Oberfläche. Die langfristige Ansammlung dieser Kristalle kann einen Kurzschluss verursachen, wodurch sich die Batteriezelle schnell entlädt, viel Wärme entsteht, die Membran durchbrennt und es schließlich zu einer Explosion kommt.
Wasseraufnahme der Elektrode und Elektrolytreaktion: Nach der Wasseraufnahme der Elektrode kann dieses mit dem Elektrolyten reagieren und Lufteinschlüsse verursachen, die wiederum zu internen Kurzschlüssen führen können.
Elektrolytprobleme: Die Qualität und Leistungsfähigkeit des Elektrolyten selbst sowie die Menge der während der Injektion eingespritzten Flüssigkeit, die nicht den Prozessanforderungen entspricht, können die Sicherheit der Batterie beeinträchtigen.
Verunreinigungen im Produktionsprozess: Verunreinigungen, Staub usw., die während des Batterieherstellungsprozesses auftreten können, können ebenfalls Mikrokurzschlüsse verursachen.
Thermisches Durchgehen
Bei einem thermischen Durchgehen in einer Lithiumbatterie kommt es zu einer exothermen chemischen Reaktion zwischen den internen Materialien der Batterie, wobei brennbare Gase wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan entstehen. Diese Reaktionen führen zu weiteren Nebenreaktionen und bilden so einen Teufelskreis, der einen rapiden Anstieg von Temperatur und Druck im Inneren der Batterie und schließlich eine Explosion zur Folge hat.
Langfristige Überladung der Batteriezelle
Bei Langzeitladung können Überladung und Überstrom auch zu hohen Temperaturen und hohem Druck führen, was wiederum Sicherheitsrisiken birgt.
Externe Faktoren
Externer Kurzschluss
Obwohl externe Kurzschlüsse selten direkt zu einem thermischen Durchgehen der Batterie führen, können langfristige externe Kurzschlüsse dazu führen, dass schwache Verbindungsstellen im Stromkreis durchbrennen, was wiederum schwerwiegendere Sicherheitsprobleme verursachen kann.
Äußere hohe Temperatur
Bei hohen Temperaturen verdunstet das Elektrolytlösungsmittel von Lithiumbatterien schneller, die Elektrodenmaterialien dehnen sich aus und der Innenwiderstand steigt, was zu Leckagen, Kurzschlüssen usw. und somit zu Explosionen oder Bränden führen kann.
Mechanische Vibrationen oder Beschädigungen
Wenn Lithiumbatterien während des Transports, der Verwendung oder der Wartung starken mechanischen Vibrationen oder Beschädigungen ausgesetzt sind, kann die Membran oder der Elektrolyt der Batterie beschädigt werden, was zu einem direkten Kontakt zwischen metallischem Lithium und Elektrolyt führt, eine exotherme Reaktion auslöst und letztendlich eine Explosion oder einen Brand zur Folge haben kann.
Ladeproblem
Überladung: Die Schutzschaltung oder die Detektionseinheit ist außer Kontrolle geraten, wodurch die Ladespannung die Nennspannung der Batterie überschreitet. Dies führt zu einer Zersetzung des Elektrolyten, heftigen Reaktionen im Inneren der Batterie und einem raschen Anstieg des Innendrucks der Batterie, was eine Explosion verursachen kann.
Überstrom: Ein zu hoher Ladestrom kann dazu führen, dass die Lithiumionen nicht genügend Zeit haben, sich in den Polschuh einzubetten, und dass sich Lithiummetall auf der Oberfläche des Polschuhs bildet, das die Membran durchdringt und einen direkten Kurzschluss zwischen dem positiven und negativen Pol und eine Explosion verursacht.
Abschluss
Die Ursachen für Lithiumbatterie-Explosionen umfassen interne Kurzschlüsse, thermisches Durchgehen, langfristige Überladung der Batteriezellen, externe Kurzschlüsse, hohe Außentemperaturen, mechanische Vibrationen oder Beschädigungen, Ladeprobleme und weitere Faktoren. Daher ist es beim Umgang mit und der Wartung von Lithiumbatterien unerlässlich, die geltenden Sicherheitsvorschriften strikt einzuhalten, um die Sicherheit und Stabilität der Batterie zu gewährleisten. Gleichzeitig sind verstärkte Sicherheitsüberwachung und präventive Maßnahmen wichtige Mittel zur Verhinderung von Lithiumbatterie-Explosionen.
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Veröffentlichungsdatum: 24. Juli 2024