導入：
リチウム電池リチウム電池は、スマートフォンやノートパソコンから電気自動車、蓄電システムまで、あらゆる機器に電力を供給し、私たちの日常生活に欠かせない存在となっています。リチウム電池は広く使用されていますが、まれではあるものの、火災や爆発の事例が発生しており、その安全性に対する懸念が高まっています。このような事故につながる要因を理解することは、リチウム電池を安全かつ確実に使用するために不可欠です。
リチウム電池の爆発は重大な安全上の問題であり、その発生原因は主に内部要因と外部要因を含めて複雑かつ多岐にわたります。
内部要因
内部短絡
負極容量不足：リチウム電池の正極の負極容量が不足すると、充電中に発生したリチウム原子が負極グラファイトの層間構造に挿入できず、負極表面に析出して結晶を形成します。これらの結晶が長期間蓄積されると、短絡を引き起こし、電池セルが急速に放電して大量の熱を発生し、隔膜を焼損し、爆発に至る可能性があります。
電極の吸水と電解質の反応：電極が水を吸収した後、電解質と反応して空気の膨らみが生じ、さらに内部短絡を引き起こす可能性があります。
電解液の問題: 電解液自体の品質と性能、および注入時に注入される液体の量がプロセス要件を満たしていない場合、バッテリーの安全性に影響を与える可能性があります。
製造工程における不純物：バッテリーの製造工程中に存在する不純物やほこりなども微小短絡の原因となる可能性があります。
熱暴走
リチウム電池内部で熱暴走が発生すると、電池内部の材料間で発熱化学反応が発生し、水素、一酸化炭素、メタンなどの可燃性ガスが発生します。これらの反応は新たな副反応を引き起こし、悪循環を形成し、電池内部の温度と圧力が急激に上昇し、最終的には爆発に至ります。
バッテリーセルの長期過充電
長期間の充電条件下では、過充電や過電流により高温や高圧が発生し、安全上の危険が生じる可能性があります。
外部要因
外部短絡
外部短絡が直接バッテリーの熱暴走を引き起こすことはほとんどありませんが、外部短絡が長期間続くと、回路内の弱い接続ポイントが焼損する可能性があり、さらに深刻な安全上の問題を引き起こす可能性があります。
外部の高温
高温環境下では、リチウム電池の電解液溶媒の蒸発が促進され、電極材料が膨張して内部抵抗が増加し、漏電やショートなどが発生し、爆発や火災につながる可能性があります。
機械的な振動や損傷
リチウム電池は、輸送中、使用中、またはメンテナンス中に強い機械的振動や損傷を受けると、電池のダイヤフラムや電解液が損傷し、金属リチウムと電解液が直接接触して発熱反応を引き起こし、最終的に爆発や火災につながる可能性があります。
充電の問題
過充電: 保護回路が制御不能になったり、検出キャビネットが制御不能になったりして、充電電圧がバッテリーの定格電圧を超え、電解液が分解され、バッテリー内部で激しい反応が起こり、バッテリーの内部圧力が急激に上昇して爆発を引き起こす可能性があります。
過電流: 充電電流が多すぎると、リチウムイオンがポールピースに埋め込まれる時間がなく、ポールピースの表面にリチウム金属が形成され、ダイヤフラムを貫通して、正極と負極の間で直接短絡が発生し、爆発する可能性があります。
結論
リチウム電池の爆発の原因には、内部短絡、熱暴走、電池セルの長期過充電、外部短絡、外部高温、機械的な振動や損傷、充電の問題などがあります。したがって、リチウム電池の使用およびメンテナンスにおいては、電池の安全性と安定性を確保するために、関連する安全規制を厳守する必要があります。同時に、安全監視と予防措置を強化することも、リチウム電池の爆発を防ぐための重要な手段です。
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投稿日時: 2024年7月24日