Меню

Аккумулятор li ion взрыва

На Токе заряженный портал

Почему взрываются литий-ионные аккумуляторы? — На токе

  • Статьи об электротранспорте
  • Технологии
  • Аккумуляторы
  • Почему взрываются литий-ионные аккумуляторы?

Почему взрываются литий-ионные аккумуляторы?

Представьте себе ситуацию: едите вы спокойно на своём электрифицированном вело, самокате или гироскутере, и тут, бабах — рвануло ваше драгоценное. литий-ионное аккумуляторное устройство! А может быть подобная «катастрофа» произошла при зарядке электронакопителя? В любом случае, такое обстоятельство может обескуражить кого угодно! Почему такое возможно? Вот как раз об это 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 самовоспламенения 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 преподнесёт вам далеко не праздничный фейерверк, реально минимальна либо вовсе сведена к нулю.

Канули в лету те времена, когда батареи изготавливались с преимущественным содержанием кадмия и не могли похвастать 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 чуть ли не в их собственных руках литий-ионных батареях?

В составе подобных изделий присутствуют 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 изготовитель, на аноде сформировывается защитный слой. Этим слоем выступает разложившийся электролит, оберегающий электроды от «встречи» с электролитом не разложившимся.

Итак, причины взрывоопасности литий-ионной батареи

1. Механическое повреждение ячейки. К примеру, вы могли уронить аккумулятор либо же удар по нём был нанесён каким-либо другим образом. В результате образуются повреждения внутренней структуры аккумулятора.

2. Заводской брак. Даже когда предприятия оснащены передовыми технологиями производства, никто из пользователей не защищён на 100% от того, что в его распоряжение может попасть откровенно бракованное изделие. Вот такой случай например: имеет место недостаточно ровная нарезка электродов либо же попал металл между анодом и катодом, что повлекло за собой повреждение пористого сепаратора.

3. 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 элементарно не будут успевать внедряться в кристалл анода. По итогу, на аноде стартует образование кристаллов, влекущее за собой повреждение сепаратора.

Самой популярной причиной взрыва Li-ion накопителя, является короткое замыкание в электрохимической ячейке.

Как происходит самовозгорание аккумуляторной батареи?

Итак, КЗ в состоялось и дальше это даёт отмашку процессу нагрева батареи. Кода температура дойдёт до показателя 70-90 градусов, ионопроводящий защитный барьер на аноде начнёт разрушаться. Далее, литий интегрированный в анод, запустит реакцию с электролитом, а итогом этого мероприятия становится образование летучих газов: этилена, метана и т. п. Чувствуете чем пахнет? Совершенно верно — перед нами практически готовая взрывная смесь, только вот нет ещё главной составляющей для качественного возгорания — кислорода.

Весь этот гремучий состав, пребывая в закрытом герметичном корпусе, начинает интенсивно бурлить, а поскольку реакции экзотермические, то неизбежно будет возрастать температура и давление. Когда дойдёт до 180-200 градусов, материал катода начнёт принимать участие в реакции, что и приведёт к образованию того самого, нужного нам для удачного взрыва ингредиента — кислорода. Вот именно в этот момент и происходит возгорание со скачкообразным увеличением температуры. Параллельно, продолжает разлагаться электролит (300 градусов) и этот процесс, тоже выделяет тепло.

Читайте также:  За рулем аккумулятор для ваз

На заключительном этапе данного «злодейства», с остатками электролита вступает в реакцию и графит, что приводит к ещё большему повышению температуры — это приблизительно 600 градусов. Такой накал влечёт за собой расплавление токоприёмника изготовленного из алюминия.

Наиболее опасным веществом в составе литий-ионных батарей является электролит, который разлагается на эти самые, превосходно воспламеняющиеся газы. На данный момент очень много учёных работают в этом направлении, но пока достойной альтернативы взрывоопасному электролиту не найдено.

Другие причины взрыва литий-ионной батареи

Конечно, короткое замыкание в электрохимической ячейке, является самой частой причиной самовоспламенения 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, в отношении взрывоопасности литий-ионных электроаккумуляторов, поэтому и предусмотрели сразу несколько степеней защиты от подобных неприятностей. Чем мощнее АКБ, тем больше её защищают.

Взять к примеру сепаратор, он при точечном повышении температуры становится непроницаемым, не давая таким образом развиваться дендритам в этом участке аккумулятора. Однако если процесс движется вперёд неудержимо, то сепаратор может просто-напросто расплавиться. Есть ещё встроенные в батарею клапана и предохранители. Клапан предназначен для того, чтобы выпускать скопившиеся внутри аккумулятора газы, а вот предохранители отвечают за то, чтобы в случае чего, отключить электроды от сети. В составе Li-ion АКБ также присутствуют контроллеры, балансиры заряда, сенсоры и т. д.

Что нужно делать, чтобы избежать самовоспламенения аккумуляторной батареи?

1. Приобретайте продукцию известных и положительно зарекомендовавших себя брендов — это прежде всего, так как если попадётся дефективное дешёвое изделие, то потом вы ничего уже сделать не сможете — считайте, что сидите на «пороховой бочке».

2. Не подвергайте батарею тепловым и механическим воздействиям, не прокалывайте и не деформируйте её.

3. Не нужно разбирать электронакопитель, если не знаете как правильно это делать и особенно, если это делать вообще незачем.

4. Потёкший либо вздувшийся аккумулятор эксплуатировать нельзя: отсоедините его от потребителя соблюдая при этом осторожность, чтобы избежать короткого замыкания на контактах батареи.

5. Для зарядки Li-ion АКБ, применяйте только оригинальные зарядные приспособления.

Заключение

Итак, что мы имеем: оказывается литий-ионные аккумуляторные батареи действительно могут взрываться как бомбочки, но просто так, этого произойти не может — здесь нужны определённые условия. По этой причине, нужно приобретать исключительно качественные изделия, оснащённые всем необходимым, чтобы не допустить самовозгорания АКБ. Кроме того, литий-ионная батарея требует правильной эксплуатации и бережного отношения к себе. Придерживайтесь всего перечисленного и неприятных сюрпризов от высокоэффективного литий-ионного аккумулятора вы не дождётесь!

Источник

Почему взрываются литий ионные аккумуляторы?

Вероятность взрыва литиевого аккумулятора при использовании правильной BMS (платы управления АКБ) штатного зарядного устройства, отсутствии давления на элементы саму аккумуляторную батарею, должной герметизации и изоляции, минимальна или отсутствует вовсе.

Читайте также:  Инициализация аккумулятора mazda cx5

Ушли прошлое времена, когда аккумуляторы производились преимущественным содержанием кадмия и имели низкий уровень взрывобезопасности. Почему же, вопреки максимальной безопасности современных АКБ, иногда происходят взрывы Li-Ion аккумуляторов?

Такие батареи включают в себя анод и катод. Их разделяет пористый сепаратор из полимера. В аноде зачастую применяется графит, катоде в роли активного вещества выступают оксиды переходных металлов интегрированными ионами лития. Электрохимическая ячейка заполняется электролитом. При начальной зарядке, выполняемой производителем, на аноде формируется защитный слой. Он состоит из разложившегося электролита и оберегает электроды от контакта с электролитом. Наиболее распространенной причиной взрыва литиевого аккумулятора считается короткое замыкание в электрохимической ячейке.

Почему взрываются литий ионные аккумуляторы?

Вызвать электрическое взаимодействие катода с анодом способны разные факторы, к примеру:

    1. Физическое повреждение ячейки.
    2. Нарушение производственной технологии – попадание частиц металла между катодом и анодом, дефектная нарезка электродов (в результате повреждается пористый сепаратор).
  1. «Прорастание » через сепаратор дендритов лития. Происходит из-за низких температур и чрезмерно быстрой зарядки – когда ионы лития не успевают занять свои места в кристалле анода. Также может происходить из-за существенной разницы между емкостями анода и активного вещества катода.

Короткое замыкание приводит к нагреву аккумулятора, разложению ион-проводящего слоя на аноде (при 70–90 °С), реакции лития с электролитом, выделению летучих углеводородов. При нагреве до 180–200 °С материал катода вступает в реакцию диспропорционирования, выделяется кислород и начинается самовозгорание со стремительным ростом температуры. Далее взаимодействовать с электролитом начинает графит, а при нагреве до 660 °C расплавляется алюминиевый токоприемник.

Другие причины взрыва литий ионного аккумулятора

Кроме короткого замыкания в электрохимической ячейке, к самовозгоранию и взрыву литиевой аккумуляторной батареи способны привести:

  • перегрев АКБ;
  • зарядка на повышенных токах;
  • превышение предельного значения напряжения;
  • чрезмерно глубокая разрядка.

Все эти факторы провоцируют тепловой разгон и разложение электролита в процессе его реакции с электродами. Большинство современных производителей литий-ионных АКБ максимально снизили их взрывоопасность, используя многоступенчатые системы защиты. В этих целях успешно применяются предохранители, контроллеры, клапаны, изоляционные материалы, балансиры заряда, сенсоры.

Чтобы оградить себя от неприятных сюрпризов, приобретайте АКБ надежных производителей и соблюдайте правила эксплуатации. Прежде всего:

  • не допускайте тепловых и механических воздействий на батарею;
  • не подвергайте ее деформации, прокалыванию и другим воздействиям;
  • не разбирайте;
  • не используйте вздувшийся или потекший аккумулятор, отсоедините его от источника потребления и будьте осторожны, чтобы не закоротить контакты АКБ;
  • используйте только оригинальные зарядные устройства.

Подробнее о том, как правильно пользоваться Li-Ion аккумулятором, читайте здесь.

Источник

Почему и как взрываются литий-ионные аккумуляторы

Наверное, все помнят про нашумевшую историю с самовозгоранием и даже взрывами аккумуляторов в телефонах Note 7 от компании Samsung. Так вот, это проблема не только конкретно данной модели телефона и она в той или иной степени относится ко всем литий-ионным аккумуляторам.

Ведь на просторах интернета то тут, то там можно найти ролик как гироскутер, электросамокат или же телефон на зарядке вдруг задымил и загорелся.

В этой статье я хочу вам рассказать почему это происходит и что делать чтобы минимизировать риски самовозгорания именно вашего гаджета с таким типом аккумулятора.

В чем суть проблемы

Итак, для того, чтобы понять причину возгорания, давайте пару слов скажем об устройстве таких батарей.

Li-ion аккумуляторы выполнены из анодной и катодной пары, которые разделены между собой пористым полимерным сепаратором. В большинстве случаев активным материалом катода является оксиды переходных металлов с внедренными в структуру кристалла ионами лития. А в качестве анода применяется графит.

Читайте также:  Аккумулятор для трекера автомобильного

Электролит в батарейке обычно выполнен из растворов солей лития. Так вот при первой зарядке на заводе-изготовителе в процессе интеграции лития в анод на электродах (в основном на аноде) образуется защитный ионопроводящий слой (SEI), сформированный из разложившегося электролита. Сформированный барьер защищает электроды от недопустимых реакций с электролитом.

В большинстве случаев причиной самовозгорания аккумулятора является банальное короткое замыкание в самой ячейке. И причиной формирования электрического контакта между электродами может стать:

  1. Механическое повреждение элемента. Допустим, вы уронили телефон или аккумулятор на пол и тем самым повредили внутреннюю структуру батареи.
  2. Заводской брак. Даже в век роботизированного производства никто не защищен от банального производственного брака, например, недостаточно ровно были нарезаны электроды или попала металлическая часть между катодом и анодом, что привело к повреждению сепаратора.
  3. Прорастание металлического лития (Дендритов). Это явление наблюдается при слишком быстрой разрядке или зарядке, когда ионы лития просто не успевают встраиваться в кристалл анода и в результате чего на нем (аноде) начинается процесс роста кристаллов, что ведет к повреждению сепаратора.

Итак, одна из вышеописанных причин уже вызвала КЗ. Давайте посмотрим, что происходит дальше.

Развитие самовозгорания

Короткое замыкание в элементе случилось, этот факт запускает процесс нагрева аккумулятора и когда температура достигает 70-90градусов по Цельсию, ионопроводящий защитный барьер начинает разрушаться на аноде.

После этого литий, интегрированный в анод, запускает реакцию с электролитом, в результате этого процесса происходит выделение летучих газов: этан, метан, этилен и т. п.

Так, взрывоопасная смесь есть, но нет главного ингредиента для возгорания – кислорода.

Весь этот химический коктейль начинает бурлить в закрытом герметичном корпусе, а так как реакции экзотермические, то это неминуемо ведет к росту температуры и давления.

При достижении 180-200 градусов по Цельсию материал катода включается в реакцию и в результате этого происходит выделение кислорода. Вот в этот самый момент и происходит «пых» и скачкообразное увеличение температуры. Параллельно этому продолжается разложение электролита (300 градусов по Цельсию), которое так же выделяет тепло.

И на финальной стадии этого процесса с остатками электролита вступает в реакцию графит, что еще больше повышает температуру примерно до 600 градусов по Цельсию, что приводит к расплавлению алюминиевого токоприемника.

Как защищают аккумуляторы

Конечно, производители знают о проблеме и предусмотрели сразу несколько степеней защит от возможного самовоспламенения и тут работает принцип, чем мощнее аккумулятор, тем больше степеней защит в нем.

Одной из степеней защиты является сепаратор, который при точечном повышении температуры становится непроницаемым и тем самым не дает развиваться дендритам в данном участке батареи. Но если процесс развивается стремительно, то сепаратор банально расплавляется.

Кроме этого аккумуляторы производятся со встроенными клапанами и предохранителями. Так при росте давления и температуры электроды просто отключатся от сети, а через клапан выходят образовавшиеся газы. Конечно, в этом случае при контакте с кислородом газ горит.

Кроме этого литий-ионные аккумуляторы оснащаются контролерами, сенсорами, балансирами заряда и т. д.

Как вы, наверное, уже поняли самым опасным элементом в конструкции литий-ионных аккумуляторов является электролит, который как раз и разлагается на эти хорошо горящие и взрывающиеся газы. На сегодняшний день целые команды ученых находятся в активном поиске достойной альтернативы, но пока таковой нет.

Понравилась статья, тогда с вас лайк. Спасибо за внимание!

Источник

Adblock
detector