Litiumioniakkujen elinkaari

Litiumioniakku on laajasti käytössä oleva ja tehokas akkutyyppi. Li-ion-akkuja käytetään muun muassa mobiililaitteissa, sähkökäyttöisissä työkaluissa, sähköpolkupyörissä, sähköautoissa ja teollisuudessa.

Tähän pääosin hyvin turvalliseen akkutyyppiin liittyy myös riskejä sen tehokkuuden vuoksi. Litiumioniakkujen riskit, kuten lämpökarkaaminen (thermal runaway), poikkeavat muiden akkutyyppien riskeistä.

Tämä sivu kertoo akkujen elinkaaresta, akkujen turvallisuuteen vaikuttavista tekijöistä ja keskeisistä riskeistä. Tälle sivulle on koottu tietoa elinkaaren eri vaiheisiin liittyvistä säädöksistä ja viranomaisista.

Litiumioniakkujen elinkaaren vaiheita

Akkumineraaleihin liittyvä kaivostoiminta
Malminetsintä • Litium ja kaivostoiminta • Mineraalien rikastus ja jalostus

Akkukemikaalien valmistus ja varastointi
Akkukemikaalien valmistus • Akkukemikaali tuotteena • Akkukemikaalien kuljetus

Akkujen valmistus ja varastointi
Akkujen ja akkukennojen valmistus tai maahantuonti • Akkujen varastointi

Akkujen kuljetus
Litiumakut on luokiteltu vaarallisiksi kuljetuksessa

Akkujen myynti
Turvallisuus ja merkinnät

Akkujen käyttö
Akkujen käyttö osana sähkölaitteistoa • Akkujen kuluttajakäyttö osana tuotetta

Akustotilat
Sijoituksessa ja suunnittelussa huomioitavat turvallisuusasiat

Akkujen uudelleenkäyttö
Käyttötarkoituksen muuttaminen

Akkujen kierrätys
Akun poistaminen käytöstä • Käytöstä poistettujen akkujen kerääminen • Käytöstä poistettujen akkujen kuljetus

Akkupalot
Thermal runaway ja litiumioniakkupalon sammutus

Akkumineraaleihin liittyvä kaivostoiminta

Malminetsintä

Malminetsinnän tarkoituksena on löytää ja tutkia mineraaliesiintymiä, joita saattaisi olla mahdollisia hyödyntää taloudellisesti. Taloudellisesti hyödynnettävää esiintymää kutsutaan malmiksi.

Suomessa malminetsintään on malminetsintäyhtiöiden käytettävissä Geologian tutkimuskeskuksen tarjoama geologinen, geokemiallinen ja geofysikaalinen perusaineisto Suomen kallioperästä. Malminetsintä aloitetaankin yleensä tähän aineistoon tutustumalla. Kiinnostava esiintymä voi löytyä myös kansannäytteen perusteella. Malminetsintää Suomessa tietyille alueilla ohjaavat myös saadut positiiviset kokemukset vastaavilta kivilajialueilta maailmalta tai jonkin alueen menestyksekkäät ja lupaavat löydökset tai vallitseva kaivostoiminta. Yksi tällainen alue Suomessa on Keski-Lapin alue, jossa malminetsintää on paljon. Malminetsintää tehdään myös jo tunnetuilla esiintymillä, joita on voitu aiemmin louhiakin. Yleensä tällöin on kysymys siitä, että kun metallien maailmanmarkkinahinnat nousevat riittävästi, kiinnostus aiemmin kannattamattomaksi todettuun esiintymään herää uudelleen. Tällaisia kohteita ovat mm. Mustavaaran vanadiiniesiintymä ja Hautalammen kobolttiesiintymä. 

Tietyt kivilajiympäristöt ovat otollisia tietyille metalleille. Esimerkiksi vihreäkivivyöhykkeet ovat otollisia kulta-, koboltti-, kupari- ja nikkelimalmien esiintymiselle, kun taas kerrosintruusiot ovat otollisia kromin, platinan, palladiumin tai vanadiinin löytymiselle. Litiumin löytämismahdollisuudet Suomessa ovat suurimmat pegmatiittiesiintymistä.

Malminetsintään liittyy suuria taloudellisia riskejä, koska tehokas malminetsintä on kallista ja kaivokseen johtavan esiintymän löytyminen on hyvin vaikeaa ja aikaa vievää.

Tutkimuksen alkuvaiheessa kohdealueen kallioperää kartoitetaan näkyvistä paljastumista. Usein tehdään myös tutkimuskaivantoja. Ensimmäiset näytteet analysoidaan ja tämän perusteella määräytyvät jatkotutkimukset. Jatkotutkimuksissa tehdään yleensä maaperänäytteenottoa ja erilaisia geokemiallisia tutkimuksia. Geokemiallisten tutkimusten avulla pyritään paikantamaan tiettyjen alkuaineiden korkeamman pitoisuuden alueita, jotka saattavat tarkoittaa mineraaliesiintymää.

Geofysikaalisissa tutkimuksissa määritetään kallioperän sähköisiä-, magneettisia-, radiometrisiä- ja painovoimaominaisuuksia. Mittauksia voidaan tehdä lentokoneella tai maastossa. Geofysiikkaa käyttäen voidaan tutkia kallioperää myös syvemmältä ja näillä tutkimuksilla selvitetään kallioperän koostumusta ja rakenteita ja paikallistetaan tiettyjen kivilajivyöhykkeiden sijaintia.

Edellä kuvatut tutkimukset tehdään yleensä aina ennen kuin siirrytään kairausvaiheeseen.

Syväkairaus on malminetsinnän tehokkain menetelmä. Siinä haetaan tietoa syvältä kallioperästä timanttikairauksella saatavista kallioperänäytteistä eli kairasydämistä. Niistä voidaan tutkia mineralogiaa, analysoida pitoisuuksia ja tutkia mm. kiven kalliomekaanisia ominaisuuksia. Kairausrei’istä tehdään lisäksi usein geofysikaalisia reikämittauksia. Kairareiät voivat olla pituudeltaan yli kilometrinkin pituisia, mutta yleensä ne ovat noin 100-300 m pitkiä. Kairauksen metrihinnat ovat tyypillisesti  100-300 euroa.

Malminetsintäkairausten tulokset ohjaavat tutkimuksien jatkosuunnitelmia. Loppujen lopuksi vain harva tutkimustyömaa johtaa laajempiin tutkimuksiin. Jos ensimmäiset viitteet näyttävät lupaavilta, kairauksia jatketaan. Siinä vaiheessa, kun esiintymä voidaan kairauksien perusteella mallintaa ja todeta louhintakelpoiseksi, aloitetaan ns. prefeasibility study (alustava kannattavuustarkastelu), jota seuraa feasibility study (yksityiskohtaisempi kannattavuustarkastelu) ja lopulta final tai bankable feasibility study. Tässä vaiheessa suunnitelmat ovat jo hyvin pitkällä ja kannattavuus on todettu niin varmaksi, että hankkeen rahoitusta ryhdytään valmistelemaan. Kaivoslupahakemus laaditaan usein prefeasibility -vaiheessa.

Litium ja kaivostoiminta

Kaivoksen perustamiseen ja kaivostoiminnan harjoittamiseen on oltava kaivoslupa. Kaivoslupaa hakee tavallisimmin Suomeen rekisteröity yritys, jonka toimialana on kaivostoiminta.

Litiumia ei esiinny luonnossa puhtaana metallina, vaan se on aina yhdiste.

Litiumin raaka-ainelähteet ovat suolajärvien suolavesi (suola-aavikoilta), pegmatiittiesiintymät ja sedimenttiesiintymät. Litium jalostetaan litiumkarbonaatiksi tai litiumhydroksidiksi.

Suolaesiintymät

Tärkein litiumin käytettävän litiumkarbonaatin raaka-ainelähde on suolajärvien kerrostumat ja suolatasangot. Näitä sijaitsee erityisen paljon Chilessä ja Kiinassa. Ennen varsinaista erotusprosessia suolavesi pumpataan ylös ja sitä väkevöitetään haihduttamalla vettä pois, yleensä suurissa altaissa auringon alla. Lopuksi väkevöitynyt liuos johdetaan prosessiin, jossa liuos puhdistetaan epäpuhtauksista ja litium erotetaan.

Maailman suurimmat ja puhtaimmat litiumvarannot löytyvät Chilestä Salar de Atacaman suola-aavikolta, jossa on puolet maailman litiumista.

Pegmatiittiesiintymät

Pegmatiittiesiintymät ovat toinen merkittävä litiumin raaka-ainelähde. Esiintymistä käytetään myös nimitystä ”kovan kiven litiumesiintymät”. Pegmatiittiesiintymistä voi litiumin ohella löytyä myös tinaa, tantaalia ja niobia. Pegmatiittilitiumesiintymien yleisin litiummineraali on spodumeeni (litiumalumiinisulfaatti). Tällaisia esiintymiä tunnetaan Australiasta, USA:sta, Kanadasta, Irlannista ja Kongosta ja myös Suomesta. Pegmatiittiesiintymiä louhitaan sekä avolouhoksista että maanalaisista kaivoksista.

Avolouhintaa suoritetaan yleensä pengerlouhintana. Avolouhoksessa louhinta etenee penkereittäin ylhäältä alaspäin. Tasot yhdistetään toisiinsa ajotein eli rampein. Avolouhoksien pengerkorkeudet vaihtelevat malmista riippuen 5-20 metriin. Avolouhinnassa malmin louhimiseksi joudutaan louhimaan myös sivukiveä. Avolouhinnan työvaiheet ovat irrotus (poraus, panostus ja räjäytys), rikotus, louheen lastaus ja kuljetus.

Maanalaisissa kaivoksissa voidaan käyttää monia eri menetelmiä ja niiden variaatioita. Yleisimmät käytettävät louhintamenetelmät Pohjoismaissa ovat välitasolouhinta, pengerlouhinta, pengertäyttölouhinta ja levysorroslouhinta.

Sedimenttiset litiumesiintymät

Sedimenttisissä kivissä litium esiintyy joko saviesiintymissä tai evaporiiteissa (vesiliukoiset suolakerrostumat). Saviesiintymiä ei ole litiumin tuotantoon kuitenkaan toistaiseksi käytetty. Ehkä tunnetuin evaporiittiesiintymä, Jadar, sijaitsee Serbiassa.

Mineraalien rikastus ja jalostus

Mineraalien rikastamiseen käytettävät menetelmät ovat vaahdottaminen, tiheyseroihin perustuvat menetelmät, magneettiset ja kemialliset menetelmät.

Vaahdottaminen on ollut käytetyin rikastusmenetelmä Suomessa. Tiheyseroihin perustuvaa menetelmää käytetään esimerkiksi kromiitin rikastamisessa Suomessa. Magneettisia menetelmiä on pääasiassa Suomessa käytetty rautamalmien rikastamisessa.

Vaahdottamisen periaatteena on tuottaa vaahdotuskemikaaleilla ja voimakkaalla ilmavirran dispersiolla lietteen yläosaan vaahto, johon poistettavat eli hyödynnettävät mineraalipartikkelit tarttuvat pintajännityksen vaikutuksesta. Ilmakuplat voidaan tuottaa joko elektolyysillä tai syöttämällä mekaanisesti tai paineella ilmaa seokseen.

Kaikki mineraalit ovat hydrofiilisia ja vaahdotuksessa tietyt mineraalipartikkelit muutetaan kokoojakemikaalien avulla hydrofobisiksi, jolloin ne tarttuvat vaahtoon jatkokäsittelyä varten. Säännöstelevillä kemikaaleilla säädellään kokoojan kiinnittymistä selektiivisesti eri mineraalien pintaan. Aktivoijalla pyritään mineraalin pinta aktivoimaan kokoojakemikaalia varten, ja painajalla deaktivoimaan, jolloin mineraali poistuu prosessista. Jos vaahdottamisen tarkoituksena on poistaa harmemineraalit arvomineraalien joukosta, puhutaan käänteisestä vaahdotuksesta. Vaahdotuksen jälkeen arvomineraaleja sisältävä aines pestään ja kuivataan.

Spodumeenin rikastus voidaan suorittaa esimerkiksi seuraavalla tavalla:

Ensimmäisessä vaiheessa malmi murskataan. Tähän vaiheeseen voi liittyä optinen lajittelu, jolla malmisyötteestä pyritään erottamaan pois malmin mukana tulevaa sivukiveä. Malmin optinen lajittelu edellyttää esimurskatun malmin pesua tai kastelua. Murskattu malmi syötetään tämän jälkeen jauhatuspiiriin. Malmin jauhatus tehdään yleensä joko kuula- tai tankomyllyillä, jolloin malmin jauhinkappaleita toimivat kuulat tai tangot.

Jauhatusvaihetta seuraa liejunpoisto hydrosykloneilla. Tämän jälkeen suoritetaan esivaahdotus. Esivaahdotusrikaste pumpataan tarvittaessa magneettierotukseen, jossa poistetaan lietteen sisältämä prosessirauta ja magneettiset mineraalit. Esivaahdotusrikaste pumpataan tämän jälkeen kertausvaahdotukseen. Viimeisen kertausvaiheen rikaste sakeutetaan, suodatetaan ja varastoidaan jatkojalustusta varten.

Litiumrikasteesta voidaan valmistaa joko litiumkarbonaattia tai litiumhydroksidia. Litiumkarbonaatin tuotannossa voidaan spodumeeni lämpökäsitellä ennen soodaliuotusta. Ennen suodatusta ja ioninvaihtoa suoritetaan bikarbonointi. Lopuksi suoritetaan litiumkarbonaatin kiteytys.

Akkukemikaalien valmistus ja varastointi

Akkukemikaalien valmistus

Sähköakun toiminnalliset osat ovat katodi, anodi ja elektrolyytti. Litiumioniakkujen erilaiset akkukemiat perustuvat erilaisten katodimateriaalien käyttöön. Anodina on yleisesti käytetty grafiittia, elektrolyytin suolana litiumheksafluorofosfaattia ja elektrolyyttinä karbonaattiestereitä. Katodimateriaaleja ovat esimerkiksi:

  • LiNi0.8Co0.15Al0.05O2
  • LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2
  • LiNiO2
  • LiFePO4
  • LiCoPO4
  • LiFeO2
  • LiMn2O4
  • LiMnO2
  • Li2Mn3NiO8
  • Li4Ti5O12

Monet katodikemikaaleista luokitellaan CLP-asetuksen mukaisesti terveydelle vaaraa aiheuttaviksi. Erityisesti nikkeli ja sen yhdisteet jauhemaisessa muodossa voivat olla syöpävaarallisia tai syöpävaaralliseksi epäiltyjä kemikaaleja. Karbonaattiestereistä osa on luokiteltu syttyviksi nesteiksi. Yllä lueteltujen yhdisteiden valmistukseen saattaa liittyä tyypillisiä kemianteollisuuden prosesseja, kuten kemikaalien sekoitusta, voimakkaiden happojen ja emästen, paineen, syttyvien liuottimien tai palovaaraa aiheuttavien kuumennusprosessien hyödyntämistä.

Akkukemikaalien valmistuksen riskit riippuvat käsiteltävien ja varastoitavien kemikaalien vaaraominaisuuksista sekä valmistusprosessin olosuhteista, kuten lämpötilasta ja paineesta. Toiminnan turvallisuus varmistetaan tunnistamalla vaarat, arvioimalla vaarojen toteutumistodennäköisyys ja seurausten vakavuus ja määrittämällä riskiä pienentävät toimenpiteet. Yrityksen on pystyttävä estämään räjähdykset ja tulipalot laitoksella sekä keräämään talteen mahdolliset kemikaalivuodot.

Räjähdysten estämistä varten tunnistetaan räjähdysvaaralliset tilat (esim. palavien nesteiden varastot) ja varmistetaan, että ko. tilassa olevat laitteet eivät voi toimia syttymislähteinä.

Kemikaaleja varastoitaessa varmistetaan, etteivät keskenään vaarallisesti reagoivat kemikaalit pääse sekoittumaan keskenään edes vuototilanteessa. Vaaralliset kemikaalit varastoidaan omilla, merkityillä paikoillaan, ja prosessitilassa saa säilyttää vain välttämättömän määrän kemikaaleja.

Kemikaalisäiliöiden ja putkistojen on oltava tiiviitä ja kestettävä niissä olevien kemikaalien vaikutusta. Ennakoivalla ja korjaavalla kunnossapidolla varmistetaan, että säiliöt, putkistot ja muut laitteistot pysyvät hyvässä kunnossa eivätkä aiheuta vuotoja tai muita onnettomuuksia.

Vaarallisten kemikaalien määrästä laitoksella riippuu, onko toiminnalle haettava lupaa ja mikä on valvova viranomainen. Kemikaalimäärältään suuremmat laitokset kuuluvat Tukesin ja pienemmät pelastuslaitoksen valvontaan. Molempia koskee kuitenkin sama kemikaaliturvallisuuslainsäädäntö. Jos laitos kuuluu Tukesin valvontaan, sille on nimettävä kemikaalien käytönvalvoja ja laadittava sisäinen pelastussuunnitelma suurten kemikaalionnettomuuksien varalle.

Tarkempaa tietoa akkukemikaalilaitoksen sijoittamisesta ja turvallisuusvaatimuksista löytyy kemikaalilaitokset-sivuilta.

Akkukemikaali tuotteena

Akkukemikaalien valmistusta, maahantuontia, jakelua, käyttöä ja varastointia säännellään sekä kansallisella että EU:n kemikaalilainsäädännöllä. Kemikaaleja koskeva lainsäädäntö on laajaa ja sitä on usealla eri sektorilla. Kemikaalisääntelyn tavoitteena on vähentää kemikaalien käytöstä aiheutuvia terveys- ja ympäristöriskejä.

Kemikaalien rekisteröinti, käyttöä koskevat luvat ja rajoitukset

EU:n REACH-asetus koskee aineiden rekisteröintiä, arviointia, lupamenettelyä ja rajoituksia. REACH-asetuksesta tulee velvoitteita kemikaalien valmistajille, maahantuojille, esineiden tuottajille (esim. akku), jatkokäyttäjille ja jakelijoille. Toimijoiden tulee noudattaa kemikaalien rekisteröinti- ja lupavelvoitteita sekä kemikaalien käyttöä koskevia kieltoja tai rajoituksia kemikaalien markkinoille saattamisen eli myynnin ja muun luovutuksen yhteydessä.

REACH-asetuksen pääperiaatteena on, että yritys kerää tietoja valmistamansa tai maahantuomansa aineen ominaisuuksista ja käyttötavoista, arvioi aineen vaarat ja riskit, määrittää edellytykset aineen turvalliselle käytölle ja toimittaa tiedot Euroopan kemikaalivirastoon (ECHA) rekisteröimällä aineen. Rekisteröintivaatimus koskee toimijaa joka tuo ainetta EU-alueelle tai valmistaa ainetta EU-alueella yli tonnin vuodessa. Lisätietoa REACH-asetuksen velvoitteista on Tukesin verkkosivulla.

Vaarallisesta kemikaalituotteesta pitää laatia käyttöturvallisuustiedote ja se tulee toimittaa kemikaalin ammatti- ja teollisuuskäyttäjälle. Käyttöturvallisuustiedotteella kemikaalien toimittajat välittävät asiakkailleen tietoa kemikaalin ominaisuuksista, vaaroista ja turvallisesta varastoinnista ja käsittelystä. Käyttöturvallisuustiedotteen avulla kemikaalin käyttäjät voivat käyttää kemikaalia turvallisesti. 

REACH-asetuksessa kielletään ja rajoitetaan tiettyjen aineiden (liite XVII) käyttöä ja markkinoille saattamista sellaisenaan, seoksessa ja esineessä. Rajoitusten sisältö vaihtelee ainekohtaisesti. Rajoitus voi koskea esimerkiksi aineen käyttöä akun valmistamisessa tai akun markkinoille saattamista EU-alueella. EU-komissio asettaa aineille rajoituksia, jos katsotaan, että aineesta aiheutuu ihmisen terveydelle tai ympäristölle hallitsematon riski.

REACH-asetuksessa on oma lupamenettely tiettyjen aineiden (liite XIV) käytölle. Lupamenettely voi koskea esimerkiksi aineen käyttöä akun valmistamisessa. Luvanvaraista ainetta saa käyttää vain, jos EU-komissio on myöntänyt aineen käytölle luvan. Ainetta ei saa toimittaa luvanvaraiseen käyttöön, ellei käytölle ole myönnetty lupaa. Lupamenettelyn tavoitteena on taata, että erityistä huolta aiheuttavien aineiden käytöstä aiheutuvat riskit ovat hallinnassa (turvallinen käyttö osoitettava) ja edistää näiden aineiden korvaamista turvallisemmilla aineilla tai menetelmillä.

Jos akku sisältää ns. erityistä huolta aiheuttaa ainetta, eli SVHC-ainetta, aiheutuu siitä yrityksille erilaisia velvoitteita. Esineiden sisältämistä SVHC-aineista tulee ilmoittaa ECHAlle ja esineiden toimittajien on toimitettava esineen vastaanottajille riittävästi tietoa akun turvallisen käytön mahdollistamiseksi.

Kemikaalien luokittelu, merkinnät ja pakkaaminen

EU:n CLP-asetus koskee kemikaalien luokitusta, merkintöjä ja pakkaamista. Toimijoiden pitää luokitella, merkitä ja pakata vaaralliset kemikaalit CLP-asetuksen mukaisesti ennen niiden markkinoille saattamista. CLP-asetus koskee pääasiassa aineita ja seoksia. Suomessa myytävien vaarallisten kemikaalien CLP-asetuksen mukaisten varoitusetikettien pitää olla suomeksi ja ruotsiksi. Lisätietoa CLP-asetuksesta.

Kemikaali-ilmoitus

Ammattikäyttöön ja yleiseen kulutukseen tarkoitetuista vaarallisista kemikaaleista tehdään Tukesille kemikaali-ilmoitus. Kemikaali-ilmoituksen tekee yritys, joka valmistaa kemikaalia Suomessa kotimaan markkinoille tai suomalainen yritys, joka maahantuo kemikaalia Suomeen. Yritykset tekevät ilmoituksen KemiDigi-järjestelmässä.

KemiDigin tiedot ovat Myrkytystietokeskuksen käytettävissä KemiDigi- järjestelmän välityksellä. Kemikaali-ilmoituksessa annettuja tietoja käytetään muun muassa myrkytystietokeskuksessa äkillisten myrkytysten hoito-ohjeiden antamiseen, ennaltaehkäisevien ohjeiden antamiseen sekä ammattitautien ja tapaturmien selvittämiseen.

Kemikaalineuvontapalvelu

Tukesissa toimii lakisääteinen kansallinen kemikaalineuvontapalvelu, jonka tarkoituksena on auttaa yrityksiä tuntemaan kemikaalilainsäädännön (REACH-, CLP- ja biosidiasetus) mukaiset velvoitteensa.

Valvonta

Suomessa useat eri viranomaiset valvovat yhdessä, että yritykset noudattavat kemikaalilainsäädäntöä.

Akkukemikaalien kuljetus

Vaarallisiksi aineiksi kuljetuksissa voivat kuulua monenlaiset kemikaalit, aineet, aineiden seokset, tuotteet, jopa esineet, jotka sisältävät sellaisia yksittäisiä aineita tai aineyhdistelmiä (= seoksia), joiden vaikutus saattaa olla vaarallinen tai haitallinen, kun ne pääsevät kosketuksiin elävien kudosten, materiaalien, ravintoaineiden, rehujen yms. aineiden kanssa. Myös ympäristövaarallisuus pitää ottaa huomioon vaarallisten aineiden kuljetuksessa.

Osa akkujen valmistuksessa käytettävistä raaka-aineista on vaarallisia aineita kemikaalilainsäädännön ohella myös kuljetussäädösten näkökulmasta. Näitä ovat litiumin ohella mm. koboltti.

Vaarallisten aineiden kuljetuslainsäädännön tarkoitus on ehkäistä ja torjua vahinkoa ja vaaraa, jota vaarallisten aineiden kuljetus saattaa aiheuttaa ihmisille, ympäristölle tai omaisuudelle.

Vaarallisten aineiden kuljetussäiliöiden ja -pakkauksien on täytettävä vaarallisten aineiden kuljetuksen (VAK) säädösten ja määräysten ainekohtaiset tekniset vaatimukset, jotta niiden sisältö ei onnettomuustilanteessakaan aiheuta vaaraa ihmisille tai ympäristölle. Tukes valvoo VAK-lainsäädännön alaisissa kuljetuksissa käytettävien pakkausten ja säiliöiden vaatimustenmukaisuutta. Lue lisää Tukesin VAK-sivuilta.

Vaarallisten aineiden kuljetusta koskevat säädökset ja määräykset löytyvät Traficomin VAK-sivuilta.

Akkujen valmistus ja varastointi

Akkujen ja akkukennojen valmistus tai maahantuonti

Akkukennot valmistetaan anodista, katodista ja elektrolyytistä, jotka suljetaan tiiviiseen pakkaukseen. Pakkaus voi esimerkiksi olla foliosta ja polymeeristä valmistettu litteä pussi (esim. älypuhelimissa) tai parempaa mekaanista suojaa antava terässylinteri (esim. 18650-tyyppinen kenno, joka on yleinen sähköautojen akuissa). Pakkauksen pitääolla ilmatiivis, jotta elektrolyytti pysyy sen sisällä ja esim. happi ja kosteus akun ulkopuolella.

Anodin ja katodin (elektrodeja) valmistuksessa liuottimesta, sideaineesta, katodi- ja anodimateriaaleista sekoitetaan pastat. Pastat levitetään metallifolioille ja paistetaan uunissa. Paistossa liuotin haihtuu ja jättää elektrodimateriaaliin huokoisen rakenteen. Kun liuottimena käytetään vaarallista kemikaalia, voidaan se ottaa talteen ja kierrättää. Elektrodin huokoisuutta voidaan muokata vielä kalanteroimalla.

Elektrolyytti sekoitetaan karbonaattiestereistä ja suolasta (esim. litiumheksafluorofosfaatti). Anodi- ja katodiliuskat taitellaan eristekalvo niiden välissä pakkaukseen, pakkaus täytetään elektrolyytillä ja elektrodit yhdistetään akun napoihin. Pakkaus suljetaan tiiviiksi. Prosessiin liittyy useiden vaaralliseksi luokiteltujen kemikaalien käsittelyä ja varastointia. Katso Akkukemikaalien valmistus ja varastointi.

Akkujen valmistuksessa on syytä kiinnittää huomiota siihen, että tuotannossa on mahdollisimman vähän syttyvää materiaalia lähistöllä, ja josi mahdollista, varustaa akkujen käsittelylinja sprinklauksella.
Akkujen valmistajan, maahantuojan tai myyjän pitää varmistaa, että akuissa on tarvittavat merkinnät: erilliskeräysmerkintä, kapasiteettimerkinnät ja tarvittaessa kemiallinen merkintä, Hg, Cd tai Pb. Myös elohopean ja kadmiumin käyttöä koskevat rajoitukset pitää huomioida. Valmistajan tai Suomeen akkuja tuovan yrityksen pitää muistaa myös tuottajavastuuta  koskevat velvoitteet.

Akkujen varastointi

Akkuihin liittyy riski lämpökarkaamisesta sekä syntyvän palon leviämisestä ympäröiviin akkuihin, muuhun palokuormaan ja lopulta koko rakennukseen. Akkujen siirtelyyn liittyy akkujen vaurioitumisen ja lämpökarkaamisen riski esimerkiksi, kun akku putoaa tai sitä kolhaistaan. Käytetyt tai viallisiksi havaitut tai epäillyt akut on säilytettävä erillään uusista – tällä vähennetään lämpökarkaamisen leviämisen vaaraa viallisista akuista käyttämättömiin.

Suositellaan, että akut varastoidaan omassa palo-osastossa tai muun varastointitilan yhteydessä selkeästi rajatulla alueella (esim. omassa palosuojatussa kaapissa, erillään palokuormasta). Samassa palo-osastossa akkuvaraston kanssa ei tulisi varastoida merkittäviä määriä vaarallisia kemikaaleja, ei etenkään syttyviksi luokiteltuja nesteitä tai kaasuja.

Hyllyvarastossa kattosprinklaus ei riitä jäähdyttämään suuria akkumääriä, joten suositeltavin palosuojaus on hyllykohtaiset sprinklerit. Rakennusvalvonta voi rakennusluvassa tai rakennuksen käyttötarkoituksen muutosluvassa vaatia rakennukseen automaattista sammutusjärjestelmää. Jos rakennusvalvonta ei sellaista vaadi, voi yritys oman riskinarvionsa perusteella sellaisen silti asentaa. Myös vakuutusyhtiöltä voi saada suosituksia palosuojauksesta.

Varastoinnissa riskien suuruutta kasvattavat erityisesti akkujen suuri määrä, palokuorman määrä akkujen lähistöllä sekä se, jos kennoja tai akustoja säilytetään navat suojaamattomina. Palokuormaa voivat olla niin akkujen tai kennojen pakkaukset, säilytystilojen kalusteet kuin muut varastoitavat tuotteet. Suojaamattomat navat voivat altistaa akun ulkoiselle oikosululle. Akkujen fyysinen koko on myös merkittävä tekijä, sillä suurien akkujen siirtely on vikatilanteissa joko mahdotonta tai hidasta.

Tilaukseen, toimitukseen ja varastointiin liittyvät prosessit on syytä suunnitella niin, että organisaatiossa ollaan aina tietoisia siitä, missä litiumioniakkuja milloinkin on.

Litiumioniakut sisältävät CLP-asetuksen mukaisesti vaaralliseksi luokiteltuja katodimateriaaleja ja elektrolyyttejä. REACH- ja CLP-asetukset eivät kuitenkaan koske esineitä, joista kemikaalin ei ole tarkoitus vapautua käyttötarkoituksen mukaisessa käytössä. Litiumioniakut katsotaan tällaisiksi esineiksi (poikkeuksia voi olla, jos esine sisältää erityistä huolta aiheuttavia kemikaaleja). Varastointi ei siis lähtökohtaisesti ole suurissakaan määrissä kemikaaliturvallisuuslaissa määriteltyä luvanvaraista toimintaa eikä akkuja tarvitse merkitä CLP-asetuksen mukaisilla vaaramerkinnöillä.

Uudessa rakennuksessa tapahtuvaa akkujen varastointia valvoo rakennusvalvontaviranomainen, joka voi pyytää lausuntoa pelastusviranomaiselta. Jos olemassa olevassa rakennuksessa aloitetaan merkittävien akkumäärien varastointi, on selvitettävä tarve hakea rakennuksen käyttötarkoituksen muutosta. Pelastuslaitos valvoo käytönaikaista paloturvallisuutta palotarkastuksilla.

Säädökset:

Akkujen kuljetus

Akut ovat vaarallisia esineitä kuljetussäädösten näkökulmasta. Litiumakut on aina luokiteltu vaarallisiksi kuljetuksessa, ja joidenkin akkujen kuljetus on jopa kiellettyä ilmakuljetuksessa. Akkujen kuljetusmääräykset riippuvat akkuteknologiasta, kapasiteetista ja siitä, kuljetetaanko niitä osana laitetta, laitteen mukana vai erillään akkuina tai erillisinä kennoina.

Kansainvälisesti yhtenevien vaarallisten aineiden kuljetusta koskevien määräysten tarkoituksena on, että vaarallisen aineen riskit minimoidaan ja vaaratilanteessakin tiedetään kuorman mahdollisesti vaaralliset ominaisuudet ja onnettomuustilanteissa pystytään torjumaan isommat vahingot. Litiumakkujen reaktiivisuus, palokäyttäytyminen ja hankala sammutettavuus ovat syitä miksi akut täytyy pakata, merkitä ja ilmoittaa kuljetuksessa VAK-määräysten mukaisesti.

Lue lisää vaarallisten aineiden kuljetusta koskevista säännöksistä osiosta Akkukemikaalien kuljetus.

Akkujen myynti

Akkuja myynnissä niiden varaustila on olennainen turvallisuuden kannalta. Aivan täysinäisiä akkuja ei kannata pitää hyllyssä, sillä riskit kasvavat, jos pienessä tilassa säilytetään useita akkuja. Myöskään tyhjänä akkuja ei tule säilyttää, sillä tällöin akkujen sisäinen rakenne voi vaurioitua siten, ettei akku enää ota latausta vastaan. Akku voi myös latausyritysten pitkittyessä vaurioitua, jolloin pahimmassa tapauksessa akku voi syttyä palamaan.

Myytävät akut eivät saa sisältää elohopeaa tai kadmiumia. Poikkeuksena ovat esim. hätä- ja hälytysjärjestelmät, joissa saa käyttää kadmiumia sisältäviä akkuja. Toistaiseksi lyijyn käytölle akuissa ei ole rajoituksia, mutta lyijyakut on merkittävä lyijyn kemiallisella merkillä Pb.

Myytävissä akuissa pitää olla erilliskeräysmerkintä ja akun kapasiteettia osoittavat merkinnät. Erilliskeräysmerkintään liittyy läheisesti tuottajavastuun velvoitteet, joiden täyttymisestä on Suomeen tuovan yrityksen huolehdittava.

Akkujen käyttö

Akkujen käyttö osana sähkölaitteistoa

Useista akkumoduuleista koostuvia akustoja käytetään mm. uusiutuvan energian (aurinkosähkö) varastointiin, kuormitushuippujen tasauksiin tai häiriöreservinä. Niitä on käytössä esimerkiksi sähkönjakeluverkkojen osana ja teollisuudessa.

Kun uusiutuvan energian tuotanto lisääntyy ja akkujen hinnat laskevat, niitä on merkittävissä määrin tulossa esimerkiksi kauppakeskuksiin ja toimistorakennuksiin sekä myös kerros-, rivi- ja pientaloihin. Myös latausasemaan liitettyä sähköautoa voidaan käyttää energian varastointiin.

Erilaisilla ohjausjärjestelmillä akusto voidaan tarpeen mukaan ohjata syöttämään vain tiettyjä laitteita, kuten lämminvesivaraajaa, tai ohjelmoida niin, että se purkautuu ja latautuu esim. tiettyyn kellonaikaan. Akuston ohjaaminen älylaitteilla on myös mahdollista.

Keskeiset riskit akkujen käytössä sähkölaitteiston osana liittyvät sähkötyöturvallisuuteen. Akkuja sisältäviin laitteistoihin kohdistuvissa sähkötöissä on otettava huomioon, että laitteiston joissakin osissa saattaa akustosta johtuen olla jännite, vaikka pääkytkin olisi avattu. Jännitteettömyyden varmistamiseen ja toteamiseen onkin siksi kiinnitettävä erityistä huomioita.

Turvallisuuteen liittyvät säädökset:

Lisätietoa sähkötyöturvallisuudesta ja akkujen sähkölaitteistoon liittämisen teknisistä vaatimuksista:

Standardi SFS 6002 Sähkötyöturvallisuus

Standardisarja SFS 6000 Pienjännitesähköasennukset; Osa 5-55: Sähkölaitteiden valinta ja asentaminen. Muut sähkölaitteet

Akkujen kuluttajakäyttö osana tuotetta

Kun akkuja käytetään, on hyvä noudattaa erityisesti säilytyksessä ja latauksessa

  • akun mukana tulleita käyttöohjeita, kun kyse on yksittäisenä tuotteena myytävästä akusta
  • tuotteen käyttöohjeita, kun kyse on tuotteeseen integroidusta akusta.

Jos akkuja joudutaan säilyttämään pakkasessa, on niiden annettava lämmetä ennen lataamista vaurioiden ja riskien minimoimiseksi. Kun hankitaan esim. sormiparistoa muistuttavia sylinterimäisiä 18650-akkuja käytettäväksi eri laitteissa, on hyvä varmistaa, että akun jännite ja kapasiteetti ovat sopivia aiottuun käyttöön esim. maksimivirran osalta: akuissa on eroja siinä, kuinka paljon niistä saadaan otettua laitteeseen virtaa jatkuvasti tai hetkellisesti.

Monet tuotteet, myös lelut, toimivat nykyisin litiumioniakulla. Litiumioniakkujen virranantokyky säilyy hyvänä, kun niitä kuormitetaan vaihtelevasti. Eri pituiset käyttöajat ja akun täyteen lataaminen käyttökertojen välillä pitää akkukemian toimivana. Akkua ei koskaan saa käyttää aivan tyhjäksi asti, koska se voi vahingoittaa akkua. On parempi ladata akkua usein kuin pitää latausväliä pitkänä. Luonnollisesti akun käsittelyvaiheessa akun napojen oikosulkemista esimerkiksi ruuvimeisselin varrella tulee välttää. Pitää välttää myös sellaisia tilanteita, joissa ylikuormitus äkisti rikkoo käytettävän lelun tai laitteen ja aiheuttaa oikosulunkaltaisen akun voimakkaan purkautumisen.

Kun lelu jää pois leikeistä, käyttäjän on hyvä tiedostaa litiumioniakkukemian asettamat vaatimukset akun säilytykselle ja uudelleen käyttöönotolle. Lelun akku tulisi pitää varastointijännitteessä, eikä ajaa sitä tyhjäksi ennen säilöön laittamista. Näin varmistutaan siitä, että akku ottaa virtaa vastaan turvallisesti, kun leikit taas jatkuvat.

Jos akku on käyttämättä useita kuukausia, akkua pitää ylläpitoladata muutamien kuukausien välein, jotta akun sisäinen jännite ei laske liian alas, tai muuten akku voi vaurioitua.

Akut ladataan asuinlämpötilassa ja -kosteudessa. Jännitepiikkien välttämiseksi akku kytketään ensin latauslaitteeseen, ja vasta tämän jälkeen latauslaite kytketään verkkovirtaan. Litiumioniakkua ei tarvitse ladata joka kerta täyteen kapasiteettiinsa, mutta aina välillä akku on hyvä pitää hieman pidempään kiinni laturissa, jolloin useampikennoisessa akussa akkukennojen väliset jännite-erot pääsevät tasaantumaan.

Akustotilat

Litiumioniakkuja käytetään energiavarastoissa (ESS, energy storage systems) erityisesti uusiutuvaa energiaa varastoitaessa. Akustotila voi olla sijoitettuna joko erilliseen konttiin tai osana rakennusta.

Akustotilan sijoituksessa ja suunnittelussa pitää ottaa huomioon litiumioniakkupalon (lämpökarkaamisen) erityispiirteet sekä huomioida mm. räjähdysherkkien palokaasujen muodostuminen.

Akustotilojen toteutukselle ei ole Suomessa annettu ohjeita tai standardeja. USA:ssa on julkaistu akustotiloja koskeva standardi NFPA 855 Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems, joka ottaa kantaa mm. akustotilojen palotekniseen toteutukseen. Koska kaasusammutusjärjestelmä ei välttämättä kykene pysäyttämään kennojen välillä etenevää lämpökarkaamista, standardi suosittelee varustamaan akustotilat sprinklerilaitteistolla, jonka vesivuo on vähintään 12,2 mm/min. Lisäksi standardi painottaa räjähdysherkkien kaasujen poiston tärkeyttä.

Tukes valvoo akustotiloihin asennettavien palonilmaisu- ja sammutuslaitteistojen komponentteja sekä laitteistoja asentavia ja huoltavia liikkeitä.

Rakentamista valvoo rakennusvalvontaviranomainen, joka voi pyytää lausuntoa pelastusviranomaiselta.

Säädökset:

Akkujen uudelleenkäyttö

Kun akku ei enää ole siinä kunnossa, ettei sitä voi enää käyttää alkuperäisessä käyttötarkoituksessa, voi se yhä olla sinänsä kunnossa ja soveltua johonkin toiseen käyttötarkoitukseen. Esimerkiksi auton käyttövoima-akusto voi olla käyttökelpoinen kodin energiavarastona. Tällöin tulee ottaa huomioon se, ettei alkuperäinen valmistaja ole kuitenkaan tarkoittanut akkua näin käytettäväksi, ja sen muutostöissä on tehtävä riittävät varmistustoimenpiteet, jotta voidaan olla varmoja, että tuote toimii turvallisesti uudessa käyttötavassaan.

Kun yksityishenkilö ottaaa akun uusiokäyttöön, on syytä olla erityisen huolellinen siinä, ettei tuote pääse aiheuttamaan vaaratilanteita, sillä alkuperäisen valmistajan mahdollinen takuu ei kata uusiokäytöstä aiheutuneita ongelmia. Teollisesti tehdyt uusiokäyttötuotteet ovat tämän uuden tuotteen valmistajan vastuulla.

Erilaisten kotitalouksista löytyvien sähkötyökalujen ja muiden laitteiden akkujen purkaminen ja kennojen käyttö tee-se-itse-projekteihin rinnastetaan uuden sähkötuotteen valmistamiseen, jolloin tekijä on vastuussa uuden akkukokonaisuuden turvallisuudesta ja soveltuvuudesta uuteen käyttötarkoitukseensa, sekä syntyvän sähkötuotteen vaatimustenmukaisuudesta ja myös tuotteen koneturvallisuudesta, mikäli tuote kuuluu konesäätelyn piiriin.

Akkujen kierrätys

Akun poistaminen käytöstä

Käytetyt akut voi viedä niitä myyvin liikkeiden keräysastioihin tai erilliskeräyspisteisiin. Kauppojen keräysastioihin voi paristojen lisäksi palauttaa litiumakkuja. Isoja litiumakkuja, kuten polkupyörien ja tasapainolautojen akkuja, ei saa viedä kaupan keräyslaatikkoon. Isot litiumakut palautetaan toistaiseksi esimerkiksi tuotteen ostopaikkaan.

Akut palautetaan keräyslaatikkoon navat teipattuina ja tarvittaessa pakataan vuotavat akut muovipussiin. Käytetyt akut kannattaa viedä kierrätykseen, eikä niitä kannata säilöä kotona.

Käytöstä poistettujen akkujen kerääminen

Käytettyjen akkujen käsittelyllä tarkoitetaan vanhentuneiden, viallisten tai viallisiksi epäiltyjen akkujen poistamista käytöstä. Käsittely voi kattaa akkujen tilan arvioinnin tai testaamisen, niiden irti kytkemisen ja irrottamisen niitä käyttävästä laitteesta, niiden siirtämisen kierrätysastiaan tai -pisteeseen sekä varastoinnin niin lyhyen kuin pitkän aikaa.

Käytettyjen akkujen käsittelyn vaarat

  • Vaaroja ovat sekä sähköiskut että kohonnut lämpökarkaamisen riski.
  • Käytetyn akun tilaa ei välttämättä tunneta. Viallisuus ei aina näy ulkoisina tunnusmerkkeinä (mm. pullistuminen ja lämpeneminen).
  • Varastoinnissa riskinä on erityisesti, että viallisia akkuja varastoidaan valvomattomina, suurina määrinä ja tilassa, joissa on puutteita palo- ja kaasuturvallisuudessa.

Käytetyt ja käytöstä poistetut akut pitää merkitä selkeästi siten, että niiden tila on jatkuvasti ja yksiselitteisesti tiedossa.

Käytetyt ja käytöstä poistetut akut pitää säilyttää erillään uusista akuista niille erikseen varatussa, paloturvallisessa ja merkityssä tilassa.

Käytetyt ja käytöstä poistetut akut pitää laittaa välittömästi niille varattuun, asianmukaiseen säilytysastiaan (esimerkiksi peltikaappi). Akkujen säilytys kannattaa mahdollisuuksien mukaan järjestää erilliseen tilaan, esimerkiksi muista rakennuksista erilliseen kierrätyskonttiin.

Vialliset akut pitää erottaa muista käytöstä poistetuista akuista ja säilyttää pienissä erissä paloturvallisissa olosuhteissa, koska viallisilla akuilla lämpökarkaamisen riski on korkein.

Säilytystilassa litium-ioniakut tulee erottaa muusta palokuormasta (esimerkiksi alkaliparistoista ja erilaisista kemikaaleista) siten, ettei lämpökarkaaminen johda laajempaan paloon.

Käytettyihin akkuihin liittyvien riskien hallinnassa keskeisessä osassa on prosessin ja toimintamallin selkeä määrittely ja noudattaminen. Tällä vältytään muun muassa tilanteelta, jossa käytettyjä akkuja jää merkitsemättä lojumaan tiloihin, joissa ihmiset voivat altistua onnettomuudelle ja jossa vaaraa ei välttämättä edes tiedosteta olevan.

Käytöstä poistettujen akkujen kuljetus

Akut ovat vaarallisia esineitä kuljetussäädösten näkökulmasta. Litiumakkujen reaktiivisuus, palokäyttäytyminen ja hankala sammutettavuus ovat syitä miksi akut täytyy pakata, merkitä ja ilmoittaa kuljetuksessa VAK-määräysten mukaisesti.

Elinkaaren lopussa ehjä, kulunut tai täysin vaurioitunut akku poistetaan käytöstä ja palautetaan kierrätykseen, ja sen kuljetus yhdessä muiden akkujen kanssa täytyy tehdä VAK-määräysten mukaisesti pakattuna ja merkittynä.

Litiumakkujen ja niitä sisältävien laitteiden kuljetusmääräyksissä ei erotella uusien ja käytettyjen akkujen kuljetusmerkintöjä ja pakkaamista, jos akut ovat alkuperäisessä kunnossa eli täysin ehjiä. Sen sijaan vahingoittuneiksi tai puutteellisiksi katsotut kennot tai akut saattavat edellyttävät poikkeavaa pakkaamista.

Vioittunut tai muuten kriittisessä tilassa oleva akku voi aiheuttaa onnettomuuden kuljetusketjussa esim. tiestöllä tai terminaalissa. Litiumionikennojen ja -akkujen ja litiummetallikennojen ja -akkujen, jotka ovat siten vahingoittuneita tai puutteellisia, etteivät ne enää vastaa tuotteen tyyppitestausvaatimuksia, on täytettävä VAK-määräyksistä  löytyvien erityismääräysten ehdot.

Vahingoittuneita tai puutteellisia ovat mm.

  • turvallisuussyistä vahingoittuneiksi tai puutteellisiksi katsotut kennot tai akut,
  • vuotavat tai reiälliset kennot tai akut,
  • kennot tai akut, joita ei voi ennen kuljetusta täysin määrittää vaatimustenmukaisiksi,
  • kennot tai akut, joissa on fyysisiä tai mekaanisia vaurioita.

Kun vahinkoja tai puutteita määritetään, on otettava huomioon akun tyyppi ja sen aikaisempi käyttö ja väärinkäyttö.

Lue lisää vaarallisten aineiden kuljetusta koskevista säännöksistä osiosta Akkukemikaalien kuljetus.

Thermal runaway ja litiumioniakkupalon sammutus

Litiumioniakkupalossa yksittäisen kennon sisällä tapahtuu reaktio, joka kiihtyy lämmön vaikutuksesta ja tuottaa lisää energiaa ja lämpöä. Kennon sisällä oleva elektrolyytti muuttuu lämmön vaikutuksesta kaasumaiseksi. Kaasu saattaa purkautua ulos kennosta räjähdysmäisesti ja palaa voimakkaalla liekillä. Palo leviää usein ympäristöön. Koska kennot on akuissa pakattu tiiviisti, muodostuva lämpö johtuu viereiseen kennoon ja reaktio etenee akun sisällä kennosta toiseen. Reaktiota kutsutaan termeillä lämpökarkaaminen tai terminen karkaaminen (thermal runaway).

Litiumioniakkupalo sisältää tai synnyttää itse palon kolme edellytystä: lämpöä, happea ja palavaa materiaalia. Näkyvien liekkien sammutus ei siis katkaise akun sisällä tapahtuvaa reaktiota, vaan reaktio pitää katkaista estämällä lämmön siirtyminen akun sisällä kennosta toiseen jäähdyttämällä esim. runsaalla määrällä vettä. Litiumioniakkuja sisältävissä laitteissa on usein päällä kuori ja/tai muuta rakennetta, joten jäähdytysvaikutuksen saaminen suoraan kennojen väliin on vaikeaa. Litiumioniakkupalossa muodostuu runsaasti haitallisia yhdisteitä.

Käsisammuttimia koskevien teholuokitusten (A, B, C, D, F) perusteella ei voi päätellä sammuttimen kykyä sammuttaa litiumioniakkupaloa. Tällä hetkellä sammutusteho (litiumioniakkupaloon) on siis valmistajan määriteltävissä, eikä selkeitä yhteisiä pelisääntöjä tai vertailukohtia ole.

Tukes valvoo alkusammutusvälineiden ja käsisammuttimien vaatimustenmukaisuutta sekä käsisammuttimien tarkastus ja huoltoa tekeviä liikkeitä.

Säädökset:

Oppaat ja ohjeet

Teollisuuden akkuturvallisuusopas

Opas teollisuuden litiumioniakkujen turvalliseen käyttöön

Litiumioniakkujen turvallinen käyttäminen kuluttajille

Selvitys litiumioniakkujen turvallisuustekijöistä

Akut ja paristot -verkkosivu

Kotitalouden akut ja paristot -verkkosivu