Risiken von Lithium: Können Sie einer Lithiumbatterie wirklich vertrauen?
7 Mai 2020
Die Wahl der richtigen chemischen Zusammensetzung der Lithiumbatterien
Auf dem Markt existieren hunderte verschiedene chemische Zusammensetzungen für Lithiumbatterien, doch zu den am häufigsten verwendeten zählen 3:
- Lithium NMC – Lithium Nickel Mangan Kobalt (LiNiMnCoO2)
- Lithium NCA – Lithium Nickel Kobalt Aluminium (LiNiCoAIO2)
- Lithium LFP – Lithium Eisenphosphat (LiFePO4)
Unser Ziel ist es, die sicherste chemische Zusammensetzung des Lithiums zu ermitteln, um Ihr Fahrzeug absolut sicher zu machen, damit unangenehme Risiken bei der Benutzung der Lithiumbatterien vermieden werden.
In diesem Diagramm haben wir die Elemente, die jeder chemischen Zusammensetzung inhärent sind, in Bezug auf die Sicherheit und die Werte, die sie bestimmen, zusammengefasst.
Zersetzungstemperatur: je höher diese Temperatur ist, desto schwieriger wird es, die Zersetzungsbedingungen zu erreichen, also wird die Zelle der Lithiumbatterie sicherer sein. Sie bezieht sich auf eine Situation, in der ein Temperaturanstieg zu einem Zustand führt, in dem es zu einem weiteren Anstieg der Temperatur kommt, zum Beispiel eine Kettenreaktion zwischen den Zellen innerhalb der Batterie, was auch als Thermal Runaway bezeichnet wird.
Wärmeabgabe: wird in Joule pro Gramm gemessen und gibt die Energie an, die die Zelle der Batterie in Form von Wärme abgeben kann und somit zum Temperaturanstieg beiträgt. Je niedriger dieser Wert ist, desto sicherer wird die Lithiumbatterie sein. Es ist gerade der Temperaturanstieg, der die größten Schäden verursacht. Der Brand entsteht möglicherweise nicht direkt an der Zelle, sondern kann sich an Komponenten in der Nähe oder um die Batterie herum entzünden, zum Beispiel an Kunststoffmaterial.
Abnahmeprüfung für die Sicherheit der Batterien: LFP-Lithium contra NMC-Lithium
Mit dieser Video-Überprüfung versuchen wir, diese Daten an einem konkreten Beispiel zu messen und sie realitätsnah zu machen.
Wir haben einen Missbrauchstest für zwei verschiedene Chemikalien entwickelt (Nail penetration test), bei dem zwei verschiedene chemische Stoffe miteinander verglichen werden: die chemische Zusammensetzung LFP links und die chemische Zusammensetzung NMC rechts.
Nail Penetration Test
Die Nail Penetration Tests sind ein sehr gutes Beispiel für Sicherheitstest an Lithiumbatterien, die durchgeführt werden, um Kurzschlüsse im Inneren der Zellen zu simulieren und zu sehen, wie sie sich entwickeln.
Unsere Techniker des R&D Labors wenden diesen Penetrationstest häufig an, da er uns optimale Auskünfte über die Sicherheit der Zellen gibt.
Bei diesem Test wird die Musterbatterie mit einem Nagel penetriert.
Auf diese Weise simuliert die Perforation einen internen Kurzschluss und ermöglicht es, herauszufinden, ob die Batterie nicht in Brand gerät oder explodiert.
Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Zelle in einer in Elektrofahrzeugen und Industriemaschinen montierten Lithiumbatterie während des gewöhnlichen Gebrauchs penetriert wird, ist absolut gering, aber wir untersuchen diesen Test, da er den schlimmsten Umstand simuliert, der eine Zelle betreffen kann, nämlich einen Kurzschluss im Inneren, der sich aufgrund von möglichen Herstellungsfehlern oder einem Missbrauch ereignen kann.
Perforationstest: Flash-Batterie gegen andere Chemie
Wie Sie sehen konnten, fallen die Reaktionen bei dem Penetrationstest völlig unterschiedlich aus, sowohl hinsichtlich der Ausbreitungszeit als auch hinsichtlich der erreichten Temperatur.
Wenn wir berücksichtigen, dass sich diese Zellen dicht nebeneinander in einem Lithiumbatterienpack befinden, verstehen wir, dass die weniger sicheren chemischen Stoffe sehr hohe Temperaturen erreichen (> 550 °C im Falle des Videos).
Diese hohen Temperaturen können eine Kettenreaktion unter den dicht beieinander stehenden Zellen hervorrufen, was zur Inbrandsetzung der gesamten Batterie führen kann. Dafür ist die von Boeing eingesetzte Batterie ein gutes Beispiel. (*siehe Abbildung der Boeing Batterie über).
„Es ist mir schon häufiger passiert, dass ich Batterien von anderen Herstellern auf dem Markt gesehen habe, bei denen die Pole der Zellen wegen eines Kontaktproblems geschmolzen waren und das elektronische System nicht in der Lage war, dies zu erkennen und den Pack abzusichern““
Flash Battery wurde ursprünglich gegründet, um die kritischen Aspekte in der Elektronik zu lösen, die die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Lithiumbatterien einschränkten. Das waren unsere Ausgangspunkte.
Das Messen der Temperatur hätte viel mehr und an den richtigen Stellen stattfinden sollen, damit auch die Kontaktwiderstände hätten überprüft werden können. Daher haben die Batterien von Flash Battery zwei Temperatursensoren an jeder Zelle. So besitzt beispielsweise eine 96-V-Batterie, also eine Batterie mit 30 in Reihe geschalteten Zellen, 60 Wärmesensoren.
Mit mehr als 10.000 Batterien in der Welt hat Flash Battery eine bedeutende Vorreiterposition vorzuweisen, da es noch nie Sicherheitsprobleme bei seinen Produkten hatte. Das ist der Grund, warum sie in multinationalen Unternehmen, die dem Brandrisiko besondere Aufmerksamkeit schenken, wie beispielsweise Betriebe des Papierverarbeitungsbereichs, zum Einsatz kommen.
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