Почему взрываются литий-ионные аккумуляторы?
Давайте разберемся, почему взрываются литий-ионные аккумуляторы
Представьте себе ситуацию: едите вы спокойно на своем электрифицированном вело, самокате или гироскутере, и тут, бабах — рвануло ваше драгоценное… литий-ионное аккумуляторное устройство! А может, подобная «катастрофа» произошла при зарядке электронакопителя? В любом случае, такое обстоятельство может смутить любого! Почему такое возможно? Вот как раз об этом мы и поговорим в теме.
Содержание:
Почему взрываются литий-ионные батареи?
Как происходит самовозгорание аккумуляторной батареи?
Что делают производители, чтобы защитить свою продукцию от самовозгорания?
Что нужно делать, чтобы избежать самовозгорания аккумуляторной батареи?
Почему взрываются литий-ионные батареи?
Если вашу литий-ионную аккумуляторную батарею обслуживает качественная плата управления батареей (BMS) штатной зарядки, если нет давления на элементы и саму АКБ, если имеет место надлежащая изоляция и герметизация, то вероятность того, что электронакопитель преподнесет вам далеко не праздничный фейерверк, реально или вовсе сведена на нет.
Канули в лету те времена, когда батареи изготавливались с преимущественным содержанием кадмия и не могли похвастаться высоким уровнем безопасности. В связи с этим возникает вполне резонный вопрос: почему при максимальной безопасности современных аккумуляторов, время от времени можно услышать от кого-то страшилки, о взорвавшихся литий-ионных батареях чуть ли не в их руках?
В составе подобных изделий есть анод и катод, а разделяет их пористый полимерный сепаратор. Что касается материалов, то в аноде часто используют графит, а в катоде роль активного вещества играют оксиды переходных металлов с интегрированными в структуру кристалла ионами лития. Что касается электрохимической ячейки, то она заполнена электролитом. При стартовой зарядке, которую организовывает производитель, на аноде формируется защитный слой. Этим слоем выступает разложившийся электролит, предохраняющий электроды от «встречи» с неразложившимся электролитом.
Итак, причины взрывоопасности литий-ионной батареи
- Механическое повреждение очага. Например, вы могли уронить аккумулятор или удар по нему был нанесен иным образом. Вследствие этого образуются повреждения внутренней структуры аккумулятора.
- Заводской брак. Даже когда предприятия оснащены передовыми технологиями производства, никто из пользователей не защищен на 100% от того, что в его распоряжение может попасть откровенно бракованное изделие. Вот такой случай например: имеет недостаточно ровная нарезка электродов или попал металл между анодом и катодом, что повлекло повреждение пористого сепаратора.
- Ситуация, когда дендриты лития «прорастают» через сепаратор. Такое недоразумение происходит если эксплуатировать накопитель при низких температурах, а также когда пользователь подвергает АКБ чрезмерно быстрой зарядке и разрядке. Ионы лития просто не будут успевать внедряться в кристалл анода. По итогам, на аноде стартует образование кристаллов, что влечет повреждение сепаратора.
Самой популярной причиной взрыва Li-ion накопителя является короткое замыкание в электрохимической ячейке.
Как происходит самовозгорание аккумуляторной батареи?
Итак, КЗ произошло и далее это дает отмашку процессу нагревания батареи. Кода температура дойдет до показателя 70-90 градусов, ионопроводный защитный барьер на аноде начнет разрушаться. Далее, литий интегрированный в анод, запустит реакцию с электролитом, а результатом этого мероприятия становится образование летучих газов: этилена, метана и т.д. Чувствуете чем пахнет? Совершенно верно — перед нами практически готовая взрывчатая смесь, только вот еще нет главной составляющей для качественного возгорания — кислорода.
Весь этот гремучий состав, находясь в закрытом герметичном корпусе, начинает интенсивно бурлить, а поскольку реакции экзотермические, то неизбежно будет расти температура и давление. Когда дойдет до 180-200 градусов, материал катода начнет участвовать в реакции, что и приведет к образованию того самого, необходимого для успешного взрыва ингредиента — кислорода. Вот именно в этот момент и происходит вспышка со скачкообразным увеличением температуры. Параллельно, продолжает разлагаться электролит (300 градусов) и этот процесс тоже выделяет тепло.
На заключительном этапе данного «преступления», с остатками электролита вступает в реакцию и графит, что приводит к еще большему повышению температуры — это примерно 600 градусов. Такое напряжение влечет за собой расплавление токоприемника, изготовленного из алюминия.
Наиболее опасным веществом в составе литий-ионных батарей является электролит, который разлагается на эти, прекрасно воспламеняющиеся газы. На данный момент очень много ученых работают в этом направлении, но пока что достойной альтернативы взрывоопасному электролиту не найдено.
Другие причины взрыва литий-ионной батареи
Конечно, короткое замыкание в электрохимической ячейке является самой частой причиной самовозгорания электронакопителя, но в то же время есть и ряд других обстоятельств, которые также могут привести к печальным последствиям:
- перегрев аккумулятора (не учитывая причины, описанные выше);
- подзарядка АКБ высокими токами;
- превышение предельно допустимого напряжения;
- очень глубокий разряд.
Что делают производители, чтобы защитить свою продукцию от самовозгорания?
Вполне логично, что разработчики в курсе дела насчет взрывоопасности литий-ионных электроаккумуляторов, поэтому и предусмотрели сразу несколько степеней защиты от подобных неприятностей. Чем мощнее АКБ, тем больше ее защищают.
Взять, например, сепаратор, он при точечном повышении температуры становится непроницаемым, не давая таким образом развиваться дендритам в этом участке аккумулятора. Однако если процесс движется вперед безудержно, то сепаратор может просто расплавиться. Есть еще встроенные в батарею клапаны и предохранители. Клапан предназначен для того, чтобы выпускать газы, накопившиеся внутри аккумулятора, а вот предохранители отвечают за то, чтобы в случае чего, отключить электроды от сети. В составе Li-ion АКБ также присутствуют контроллеры, балансиры заряда, рецепторы и т.д.
Что нужно делать, чтобы избежать самовозгорания аккумуляторной батареи?
- Покупайте продукцию известных и положительно зарекомендовавших себя брендов — это прежде всего, потому что если попадется дефективное дешевое изделие, то потом вы ничего уже сделать не сможете — считайте, что сидите на «пороховой бочке».
- Не подвергайте батарею тепловым и механическим воздействиям, не прокалывайте и не деформируйте ее.
- Не нужно разбирать электронакопитель, если не знаете как правильно это делать и особенно, если это делать вообще незачем.
- Потекший или вздувшийся аккумулятор нельзя эксплуатировать: отсоедините его от потребителя, соблюдая осторожность, чтобы избежать короткого замыкания на контактах батареи.
- Для зарядки Li-ion АКБ используйте только оригинальные зарядные устройства.
Заключение
Итак, что мы имеем: оказывается литий-ионные аккумуляторные батареи действительно могут взрываться как бомбы, но просто так, этого произойти не может — здесь нужны определенные условия. По этой причине, нужно приобрести исключительно качественные изделия, оснащенные всем необходимым, чтобы не допустить самовозгорания АКБ. Кроме того, литий-ионная батарея требует правильной эксплуатации и бережного отношения к себе. Соблюдайте все перечисленное и неприятных сюрпризов от высокоэффективного литий-ионного аккумулятора вы не дождетесь!
