Сериозен проблем с литиево-йонните батерии е опасността от експлозия в критични ситуации. В тази връзка е интересно да се разбере защо това се случва и какви ефекти са придружени. Също така е важно да разберете какво трябва да се направи, за да се намали рискът от пожар за устройство, оборудвано с такава батерия (снимка по-долу).
Същността на проблема
Ще бъде по-лесно да се разбере защо е възникнал пожар, ако дизайнът на батерията е известен. Нека започнем с факта, че Li-йонните батерии съдържат анод и катод с пореста сепараторна преграда. Метали от преходната група с вградени литиеви йони обикновено се използват като катод. Функцията на анода се изпълнява от графит.
Електролитите за батерии от този клас са направени на базата на литиеви соли в разтвор. Когато батерията се зареди за първи път по време на производството, върху анода се образува слой със свободен йон (SEI). Химичната бариера, която образуват, предпазва електродите на батерията от опасен контакт с електролит.
В повечето известни ситуации възниква самозапалване поради случайно късо съединение в клетката на акумулатора.
Причината за появата му може да бъде:
- Възможна е механична деформация след изпускане на телефона на пода или удряне в твърда повърхност.
- Производствени дефекти.
- Растеж на дендритите.
Последното явление е свързано с бързи процеси на разреждане или зареждане, поради което литиевите йони просто нямат време да се интегрират в кристалите на графитния анод. В резултат на това те нарастват до размер, който води до повреда на сепаратора.
Особености на самозапалването
Късо съединение вътре в батерията води до нагряване на нейните компоненти и при достигане на 70-90 градуса йонната бариера се разрушава в анодната област. Поради това интегрираният литий започва да влиза в контакт с електролита, което причинява отделянето на газове от групата на въглеводородите (метан и други подобни). При наличие на експлозивна смес той остава за основния компонент, необходим за запалване - кислорода.
Получената смес започва да кипи в плътно затворен корпус, което неминуемо води до скок на температурата и налягането в него. Когато съставът достигне критично състояние (плюс 180-200 градуса), катодните частици започват да поддържат реакцията с обилно отделяне на кислород. Тогава се случва експлозия, придружена от внезапно повишаване на температурата (до 300-600 градуса) и обилно отделяне на топлина.
Как да се предпазите от експлозивен процес
Производителите на батерии осигуряват няколко нива на защита срещу неприятни ефекти според принципа: колкото по-мощен е моделът, толкова повече са тези нива. Един от тях включва сепаратор, който създава непреодолима бариера за развитието на дендрити в секцията на батерията при рязък температурен скок. Но ако възникне лавиноподобен процес, тогава сепараторът няма време да „работи“; то се разтапя моментално.
Те също имат специални клапани и предпазители за защита на батериите. Потребителят ще може да избегне описаните неприятни ефекти, ако борави внимателно с устройството си (не го изпускайте и зареждайте правилно).