この記事では、リチウムイオン電池の火災リスクと関連する研究の進捗状況について説明します

リチウムイオン電池（リチウムイオン電池）は、正イオンと負イオンの間のリチウムの動きに依存して充電と放電を完了します。これは一種の高性能電池です。リチウムイオン電池「リチウム電池」

（リチウム電池）、後者のアノード材料は二酸化マンガンまたは塩化チオニルであり、カソードは、リザーバーの完成後の充電なしのリチウム電池アセンブリであり、充電および放電サイクルの過程で内部短絡電池を引き起こします、リチウムの結晶化は通常充電が禁止されているため、「リチウムイオン電池」とは呼ばないでください。

リチウムは当初、19世紀のアメリカの発明家トーマスエジソンからの放出のために考案されます、と彼は示唆します、Li + MnO2 = LiMnO2はREDOX反応の放出です。しかし、リチウムの化学的性質の結果として、処理、保管、使用の要件に非常に背が高く、非常に活発であるため、長い間アプリケーションを取得できませんでした。ベル研究所は1980年代に、最初に入手可能なリチウムイオングラファイト電極充電式電池の試験生産に成功しました。1991年に、SONYは最初の商用リチウムイオン電池をリリースしました。リチウムイオン電池技術の急速な発展以来、エネルギー密度が高いためです。 （50％以上削減する同じ容量のニッケルカドミウムまたはニッケル金属水素化物電池よりも質量と体積、540〜720 kj / Kgのエネルギー密度）、高い開回路電圧（3.3Vから4.2Vのモノマー電圧、ニッケルカドミウムまたはニッケル金属水素化物電池の3つのシリーズに相当）、大きな出力（300〜1500 / Kg）、汚染なし（カドミウム、鉛、水銀などの有害な重金属を含まない）、高いサイクル寿命、メモリ効果なし、急速充電、広い使用温度範囲（20〜60℃）など、家電製品、軍事産業、航空製品などの分野で広く使用されています。電気自動車技術の急速な発展に伴い、リチウムイオン電池は電気自動車の重要なハイブリッド電気自動車電源。現在のリチウムイオン電池の市場規模は年率20％拡大し、2011年に80億ドルの世界市場であるリチウムイオン電池は2020年に180億ドルに達すると予測されています。

2.リチウムイオン電池火災の概要

リチウムイオン電池の普及に伴い、火災の危険性が徐々に現れ、国内外で多くの影響力のある火災事故が発生し、関連製品の大規模なリコールが発生しました。

2.1リチウムイオン電池の火災および輸送分野

2006年、米国の宅配会社であるラップトップからのDC-8貨物機がリチウムイオン電池を使用して発火し、空港に緊急着陸し、貨物が4時間燃え、ほとんどの商品が使い果たされ、3人の乗組員がけがをした。

2010年、同社はボーイング747貨物機がドバイで墜落し、リチウムイオン電池が大量に発射された理由もあります。この目的のために、連邦航空局（FAA）は、空気によるリチウムイオン電池のプロセスにおける潜在的な安全上の問題について繰り返し警告しています。国際民間航空もリチウムイオン電池の輸送に厳しい制限を課しています。

2.2火災リチウムイオン電池リサイクル分野

2009年11月7日、カナダのテレル（トレイル）で、リチウムイオン電池リサイクル倉庫の火災が火災事故に最も大きな影響を及ぼしました。倉庫の火災は、ブリティッシュコロンビア州南部のコロンビア川にあり、建築面積は6500m2です。本社はカリフォルニア州アナハイムのコーチ会社（TOXCOInc。）にあります。2009年8月、同社の特別補助金は、米国のエネルギー部門（doe）から950万ドルを受け取り、リチウムイオンの研究開発に使用されます。バッテリーリサイクル技術。

小型携帯電話やラップトップバッテリーなど、処理するリチウム電池やリチウムイオン電池をリサイクルするメモリストレージが多い場合の火災には、高出力電池の電気自動車の使用も含まれます。火災直後、激しい燃焼段階に入ると、地方自治体は地域の緊急連携メカニズムを開始しました。火災と、水の影響で発生するリチウム反応の心配のため、水酸化リチウムと水素は燃焼をより激しくします。大量のウォータージェットを持たない消防士は、周辺制御だけで、延焼防止のため。翌日の午後まで完全に火を消し、地域の環境にダメージを与えた。原因は特定されていないが、高温によるリチウム電池の過熱短絡により倉庫に保管されていると推定される。燃焼。

2.3自動車用リチウムイオン電池の火災の危険性が大きな注目を集めた

新エネルギーの開発を促進する重要な部分として、電気自動車のハイブリッド電気自動車技術は、2015年に米国を非常に重要視しています。電気自動車の所有台数は100万台に達すると予想され、中国での電気自動車の生産と販売はリチウムイオンバッテリー電気自動車は最も普及しているエネルギー形態です。近年、国内外でリチウムイオンバッテリー電気自動車の火災に関連するものがいくつかあります。

2010年1月7日、ウルムキ市バス会社は、あるブランドの「電気ダブル」超静電容量とリチウムイオン電池ハイブリッド電気バスをガレージし、リン酸鉄リチウムイオン電池の火災故障過熱（12月の寒さのために車） 2009年23日、停止、公園）、火災から15日後。

2011年4月11日、杭州はタクシーの運転中に電気が発火し、2011年7月18日、上海は自発的で純粋な電気バスがリン酸鉄リチウムイオン電池の過熱障害です。

2011年5月以来、電気自動車のリチウムイオン電池の火災ハザードを製造している米国の自動車会社は、国際的な自動車産業と消防界の大きな注目を集めています。

国道交通安全局（NHTSA）による4つの前面および側面衝突試験による、世界初のリン酸鉄リチウムイオン電池プラグインガソリン-電気ハイブリッドのアプリケーションの会社生産は、5つ星の安全評価を取得しますが、3週間後6月6日、倉庫内の衝突試験プロトタイプ、バッテリーコンパートメントの火災解体検査中のバッテリーコンパートメントは、コンポーネントの横方向の剛性、リチウムイオンバッテリー冷却液の循環により、衝突が運転席の下にあることを発見しましたシステムの損傷、漏れは短絡を引き起こし、火災を引き起こします。

2011年9月、NHTSAは5日から自動車衝突試験を実施しましたが、異常は見つかりませんでした。特に、車両のリチウムイオンバッテリーパックの6回の試験では、衝突試験後1週間以内に2つのセルグループが連続して発火しました。 3番目のバッテリーアーク放電と発火が発生し、4番目のグループのバッテリー接触過熱現象、5つのセルが遅い放電を示し（衝突とは関係がないことを確認した後）、6つのバッテリーが発火します。

2011年11月、NHTSAは合同で米国エネルギー省（doe）の自動車の欠陥調査を開始し、3回の試験で2台のデモ車が炎上しました。この結果、2011年にNHTSAが開始され、自動車のリチウムの特別調査が行われました。イオン電池自動車会社は、8000台以上の自動車リコールの販売のために、バッテリーパックの周りのバッテリーコンパートメントと冷却冷却液レベルセンサーを保護するために、スキームに合わせて横方向補強材を迅速に調整します。

2011年12月には、衝突試験に基づく改良されたプロトタイプも例外ではありません。

2012年1月、米国下院の経済改革委員会監視委員会は、米国政府と共同で公聴会を開催しました。

2012年3月に発表された自動車会社は、その月19日から5週間、4月23日まで生産を再開します。実際の使用レポートでは、電気自動車の過程でまだ火災が発生していません。

3.状況のリチウムイオン電池火災の危険性の現在の研究

リチウムイオン電池の安全基準の保管や火災救助活動の手順は、これまで各国で策定されておらず、このギャップを埋めるために、多くの国や組織が関連する基礎理論や技術の応用に関する研究を行っています。

米国防火協会（NFPA）は、リチウムイオン電池の火災安全問題に早期に焦点を当て、米国エネルギー省、米国自動車技術者協会（SAE）、およびその他の機関や一般モーターなどの企業の支援を受けています。 2010年10月21日と22日、SAEとNFPAは共同でサミットを開催しました。これは、電気自動車とハイブリッド車の安全基準を決定する最初の電気自動車安全基準です。 、生産環境、緊急救助など、バッテリーは主要な安全問題に置かれました。2011年9月27日と28日、電気自動車安全基準サミットの第2回セッションでは、焦点の1つはカーバッテリーと商用輸送および蓄電池の安全性、および6つの主要な研究の方向性を細分化します。

バッテリー火災の危険性と安全性能。

固定式の移動式消火システム要件に対応する大規模な商用蓄電池。

バッテリーの出荷制限と評価に関する国際輸送分野。

危険の復活後にバッテリーが破壊されました。

消火剤用バッテリー;

排出基準の通常および事故の状況。

2011年、NFPA火災研究財団（FPRF）は財産保険グループ（PIRG）に所属し、リチウムイオン電池の保管リスクと消火方法の研究を開始しました。研究の第1段階では、リチウムイオン電池の危険性の文献検索を通じて、評価の使用は、主にその構造、特に電解質の気化によって引き起こされる高エネルギー密度と不適切な高温充電によるリチウムイオン電池の火災の危険性が指摘されています;同時に、電池の設計上の欠陥とショートによる原材料の欠陥回路、過充電、汚れは火災を引き起こす可能性があります。レポートによると、熱暴走のエネルギーの急速な放出が電解質燃焼の主な原因であり、熱暴走の場合、バッテリーの温度が急速に上昇し、その結果、または直接バッテリー材料の燃焼爆発、またはバッテリーシェルが激しい酸化反応の後に破裂し、空気とリチウムで爆発した。

実験を行っており、サイズも限られているため、熱暴走のメカニズム、特にリチウムイオン電池の燃焼・消火方法の質量特性については、まだ多くの研究が必要です。2011年8月に開催されたワークショップPIRG、次のステップの研究の方向性は実物大の火災シミュレーション実験であると判断します。第2段階のプロジェクト研究全体の主な内容として、2012年の研究の焦点は大規模な2種類のリチウムイオン電池です。火災危険性研究の条件下での保管：1つは小型製品、もう1つは電気自動車やその他の製品に使用できる大型製品です。財産保険チームは米国消防協会と協力してリチウムイオン電池について共有します。火災危険階層の研究成果を保存し、NFPA13に従って、関連するテストを実行するための自動スプリンクラーシステム設置仕様を順番に自動消火システムのパラメータの設計において、NFPA13専門技術委員会がリチウムイオン電池の保管スペースを決定するのを支援します。

2011年7月、NFPAは、緊急救助隊員が電気自動車事故の安全な処分のトレーニングを実施するための電気安全トレーニングプログラムを開始します。このプロジェクトは、米国の復興に基づく米国のエネルギー部門（doe）であり、 NFPAはNHTSAの純粋な電気自動車、ハイブリッド電気自動車の緊急処分プログラムと協力しており、世界の主要な自動車工場が関連作業に参加しています。現在、プロジェクトは教師の20の州で実施されています。訓練、教育訓練約800人の教職員、15000人以上が電気安全オンライン訓練に参加するために登録しました。NFPAは訓練に参加する緊急医療救助および法執行要員を求めています。

消耗品および工業製品の安全性能研究機関を専門とするフランスの産業環境リスク研究所（INERIS）は2010年に設立され、電気自動車（STEEVE）電気化学エネルギー貯蔵研究機関はリチウムイオン電池の性能をさらに理解することを目的としています。特に火災のメカニズムを把握するために。研究者たちは、火災リスクの完全な破壊試験はリチウムイオン電池を本当に理解しており、対応する安全対策が非常に必要であると考えています。2012年6月27日にパリで開催されたSTEEVE計画-貯蔵施設内の危険物の高い火災危険性を目的とした最新の研究報告を提出するためのリスク貯蔵保護セミナーを分析し、新しい防火対策を提案した。

近年、我が国では、リチウムイオン電池の材料とその相互の速度論的および熱力学的特性、化学動力学の使用、熱分析動力学を明らかにするために、「突然変異および爆発動力学研究のリチウムイオン電池熱ハザードメカニズム」を実施しました。 、熱自発燃焼理論、突然変異理論、リチウムイオン電池の典型的な熱生成法則、リチウムイオン電池爆発の内部突然変異パターン分析を調査し、リチウムイオン電池の開発のために必要な科学的根拠と技術的サポートを提供し、防止するリチウムイオン電池の火災は、理論的および実用的に重要な意味を持っています。

近年、中国の熱災害学者、リチウムイオン電池材料リチウムイオン電池熱暴走メカニズム、リチウムイオン電池熱暴走電解質難燃技術等の防止など、関連研究を行っています。C80マイクロ熱量計を使用する研究者などの機器、リチウムイオン電池電解質の詳細な研究が一般的に使用され、アノード材料の熱安定性は、熱安定性の異なる充電状態、および正と負の間の電解質の熱安定性の下にあります。結果は、電解質中の強いルイス酸を示していますPF5の役割は、電解質の熱安定性を低下させる支配的な要因であり、LixCOo2とその熱安定性および電解質共存システムには、電気の増減度、および電解質とLixC6共存システムの挿入されたli度の熱安定性が供給されます。これに基づいて、リチウムイオン電池の材料を明らかにし、互いの速度論的および熱力学的特性。

火の角度のダイナミクス研究、熱爆発理論、化学反応動力学および熱力学理論の統合使用、リチウムイオン電池材料の作用下での熱電結合とそれらの化学反応熱力学および実験研究の動力学特性、リチウムイオン電池を分析し、火災と爆発の可能性を分析し、セメノフのリチウムイオン電池火災三角理論と電池爆発理論を提案します。大災害理論、リチウムイオン電池の爆発過程、リチウムイオン電池による突然変異分析を使用して成功しました。爆発のダブテール変異。この研究では、リチウムイオン電池の爆発における熱暴走の性質を完全に明らかにするために、科学理論、電気化学理論、および大災害理論が研究されます。

研究によると、熱暴走熱は主に内部化学反応熱に起因することが示されています。これに基づいて、リチウムとして3つのイソプロピルベンゼンエステルホスフェート（IPPP）とトルエンジフェニルホスフェートエステル（CDP）などを研究する実験システム。バッテリー電解質用のイオン電池難燃性添加剤、正、負、および全セル性能と熱安定性の影響法則、および難燃剤の提案は、熱暴走の内部メカニズムを阻害することを研究は示しています.IPPPとCDPを追加するとリチウムイオン電池の安全性を効果的に向上させるだけでなく、電池の電気化学的性能への影響を少なくして、リチウムイオン電池の安全性を向上させることは、一種の方法を提供します。リチウムイオン電池の開発のための研究は、リチウムイオン電池の火災爆発を防ぐために必要な科学的根拠と技術的サポートは、重要な理論的および現実的な重要性を持っています。

4.まとめ

リチウムイオン電池の用途の拡大に伴い、特に大容量リチウムイオン電池の電気自動車用途の分野では、リチウムイオン電池の火災事故が大幅に増加し、基礎研究の火災危険性について実施され、安全用途を開発し、輸送、リチウムイオン電池のリサイクル、規格と手順、および消火技術の研究により、効率的かつ実用的です。

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