Ett allvarligt problem med Li-ion-batterier är risken för explosion i kritiska situationer. I detta avseende är det intressant att förstå varför detta händer och vilka effekter som åtföljs av. Det är också viktigt att förstå vad som behöver göras för att minska risken för brand för en enhet utrustad med ett sådant batteri (foto nedan).
Kärnan i problemet
Det blir lättare att förstå varför en brand har uppstått om batteriets design är känd. Låt oss börja med det faktum att Li-ion-batterier innehåller en anod och en katod med en porös separatorbaffel. Metaller från övergångsgruppen med inbäddade litiumjoner används vanligtvis som katod. Anodens funktion utförs av grafit.
Elektrolyter för batterier i denna klass tillverkas på basis av litiumsalter i lösning. När ett batteri laddas först under produktionen bildas ett fritt jonskikt (SEI) på anoden. Den kemiska barriären de bildar skyddar batterielektroderna från farlig kontakt med elektrolyten.
I de flesta kända situationer uppstår spontan förbränning på grund av en oavsiktlig kortslutning i battericellen.
Anledningen till dess utseende kan vara:
- Mekanisk deformation möjlig efter att telefonen tappats på golvet eller slagit på en hård yta.
- Tillverkningsfel.
- Tillväxt av dendriter.
Det senare fenomenet är förknippat med snabba urladdnings- eller laddningsprocesser, på grund av vilka litiumjoner helt enkelt inte har tid att integreras i kristallanodens kristaller. Som ett resultat växer de till en storlek som leder till att separatorn misslyckas.
Funktioner av spontan förbränning
En kortslutning inuti batteriet leder till uppvärmning av dess komponenter, och när den når 70-90 grader förstörs jonbarriären i anodområdet. På grund av detta börjar det integrerade litiumet komma i kontakt med elektrolyten, vilket orsakar frigöring av gaser från gruppen kolväten (metan och liknande). I närvaro av en explosiv blandning förblir den med huvudkomponenten som krävs för antändning - syre.
Den resulterande blandningen börjar koka inuti ett tätt stängt hus, vilket oundvikligen leder till ett temperaturhopp och tryck i det. När kompositionen når ett kritiskt tillstånd (plus 180-200 grader) börjar katodpartiklarna stödja reaktionen med riklig syreutveckling. Det var då en explosion inträffade, åtföljd av en plötslig temperaturökning (upp till 300-600 grader) och riklig värmeutsläpp.
Hur du skyddar dig mot en explosiv process
Batteritillverkare ger flera nivåer av skydd mot obehagliga effekter enligt principen: ju mer kraftfull modellen, desto mer är dessa nivåer. En av dem innehåller en separator som skapar en oöverstiglig barriär för att utveckla dendriter i batterisektionen vid ett kraftigt temperaturhopp. Men om en lavinliknande process inträffar har inte separatorn tid att "arbeta"; det smälter direkt.
De har också speciella ventiler och säkringar för att skydda batterierna. Användaren kommer att kunna undvika de beskrivna obehagliga effekterna om han hanterar sin enhet försiktigt (tappa den inte och ladda den korrekt).