Да ли су литијум{0}јонске батерије безбедне?

Да бисмо разумели безбедносне опасности од повер банкова, прво морамо да продремо у њихову срж – свет литијум{0}}јонских батерија. Од мобилних телефона и лаптопа до повер банк-а, век трајања батерије савремених електронских уређаја зависи од овог сложеног, али енергетски{2}}интензивног уређаја. Његово стварање представљало је револуцију у технологији батерија, али његове инхерентне карактеристике су такође посејале семе ризика.

1. Три основне компоненте литијум{1}}јонских батерија

Структура литијум{0}јонске батерије није сложена. Његово језгро се састоји од три дела: позитивне електроде, негативне електроде и електролита, заједно са сепаратором и кућиштем, чинећи затворени „систем енергетског циклуса“.

Позитивна електрода је "резервоар" за литијум јоне, играјући кључну улогу у њиховом складиштењу и ослобађању. Тренутно, два најчешћа материјала за позитивне електроде на тржишту су литијум кобалт оксид и литијум гвожђе фосфат. Литијум кобалт оксид има већу густину енергије, што омогућава да повер банки буду мањи и лакши, те се стога широко користи у потрошачкој електроници; међутим, његова термичка стабилност је релативно лоша и склона је распадању под високим температурама или абнормалним условима. Материјали од литијум гвожђе фосфата (ЛФП), с друге стране, показују изузетно високу термичку стабилност и већи фактор сигурности, али имају мању густину енергије и захтевају већу запремину за исти капацитет. Првенствено се користе у апликацијама са изузетно високим безбедносним захтевима, као што су нова енергетска возила и велики-уређаји за складиштење енергије.

Негативна електрода, "привремено пребивалиште" за литијум јоне, углавном је направљена од графита. Графит има слојевиту структуру, попут уредно распоређених "ћелија". Током пуњења, литијум јони могу лако да се уграде у ове „ћелије“ ради складиштења; током пражњења могу уредно да се одвоје од „ћелија” и врате на позитивну електроду. Међутим, ако је метода пуњења неодговарајућа, литијум јони могу ненормално да се таложе на површини графита, формирајући дендритичне кристале литијум метала или „дендрите“, који представљају значајан безбедносни ризик.

Електролит, "шатл канал" за литијум јоне, обично је органски растварач, као што су карбонатна једињења. Његова функција је да омогући литијум јонима да се слободно крећу између позитивне и негативне електроде, довршавајући конверзију електричне енергије у хемијску. Међутим, овај органски растварач је веома запаљив. Једном изложен високим температурама или отвореном пламену, брзо ће сагорети и чак се може разградити да би произвео велике количине запаљивих гасова. Ово је кључни разлог зашто литијумске батерије тако интензивно горе.

Штавише, унутар батерије је сепаратор дебљине само микрометара, који делује као „заштитни зид“ између позитивне и негативне електроде, спречавајући директан контакт. Сепаратор је обично направљен од полипропилена или полиетилена, са микропорозном структуром која дозвољава литијум јонима да прођу, али блокира електроне. Међутим, овај "заштитни зид" је веома крхак и може изгубити своју изолациону функцију ако је подвргнут физичком оштећењу или високим температурама.

2. Густина енергије:{1}}мач са две оштрице погодности и ризика

Основна предност литијум{0}}јонских батерија као преферираног извора напајања за модерне електронске уређаје лежи у њиховој ултра-великој густини енергије-способности да складиште далеко више електричне енергије по јединици запремине или тежине од традиционалних батерија. На пример, батерија величине длана{4}} може имати капацитет од 10.000 мАх, што је довољно за пуњење мобилног телефона 2-3 пута, док никл-кадмијумска батерија истог капацитета може бити више од три пута већа и тежа.

Погодност коју доноси ова висока густина енергије је очигледна-: нема потребе да носите гломазне батерије када излазите; повер банке се лако могу ставити у ранац или џеп, омогућавајући вам да допуните своје уређаје било када и било где. Међутим, што је енергија више концентрисана, то је већи ризик. Као и експлозив, мала количина експлозива је релативно безбедна, али ако је високо концентрисана, чак и мала варница може изазвати насилну експлозију. Велика густина енергије литијум{4}}јонских батерија у суштини сабија велику количину хемијске енергије у мали простор. Једном када се ова хемијска енергија случајно покрене, ослободиће се изузетно великом брзином, стварајући неконтролисану катастрофу.

3. Систем управљања батеријом (БМС): сигуран „паметни менаџер“

Банке за напајање литијумских батерија реномираних произвођача опремљене су системом за управљање батеријом (БМС), који делује као „паметни менаџер“ батерије, надгледајући и штити радни статус батерије.

Основне функције БМС-а обухватају заштиту од прекомерног пуњења, преко{0}}заштиту од пражњења, заштиту од кратког-заштиту и пре{2}заштиту од температуре. Током пуњења, када је батерија потпуно напуњена, БМС аутоматски прекида коло за пуњење како би спречио да се прекомерни литијум јони уграде у негативну електроду. Током пражњења, када ниво напуњености падне испод безбедног прага, он зауставља пражњење како би спречио колапс структуре материјала позитивне електроде. Ако се открије кратак спој између позитивне и негативне електроде, он одмах прекида струју. Када температура батерије пређе безбедни опсег, она покреће програм хлађења или престаје да ради.

Висок ризик од подстандардних повер банк-а је углавном због изостављања БМС-а или коришћења веома лошег-квалитета БМС-а. Без надзора овог „паметног менаџера“, батерија је попут одбеглог коња; једном када дође до аномалије, заштитне мере се не могу предузети на време, што лако доводи до топлотног бекства.

АЦЕИ{0}}БМС-1БМС тестер машинасе користи у безбедносном тесту заштитне плоче литијумске батерије, да би се открило да ли су функционални индикатори заштитне плоче у оквиру разумних параметара, да би се особљу обезбедио скуп стандарда за тестирање, што је погодно за побољшање ефикасности производње и олакшавање контроле квалитета.

Спонтано сагоревање и експлозија литијум{0}}јонских батерија за напајање су у суштини ланчане реакције изазване „термичким бекством“. Термички бег се односи на континуирано акумулирање топлоте унутар батерије, што доводи до континуираног пораста температуре, што заузврат покреће низ егзотермних реакција, које на крају доводе до неповратног процеса сагоревања и експлозије. Овај процес обично траје само неколико секунди до десетина секунди, изузетно је брз и тешко га је ручно прекинути.

1. Унутрашњи кратки спој: „темпирана бомба“ скривена унутар батерије

Унутрашњи кратки спојеви су један од главних узрока топлотног бекства, који се односи на директан контакт између позитивне и негативне електроде батерије кроз унутрашње нечистоће или дендрите, формирајући струјну петљу.

Формирање унутрашњих кратких спојева углавном има два узрока: Прво, дефекти у производном процесу. Ако се нечистоће као што су метални остаци помешају у позитивну електроду, негативну електроду или сепаратор током производње батерије, ове нечистоће могу постати „мостови“ између позитивне и негативне електроде, што доводи до кратког споја. Друго, дендрити настали током-дуготрајне употребе. Током пуњења, литијум јони се уграђују у слојевиту структуру графита у негативној електроди. Међутим, ако је струја пуњења превисока, број циклуса пуњења је превелик или се користи некомпатибилан пуњач, неки литијум јони неће успети да се успешно уграде и уместо тога се таложе на површини негативне електроде, формирајући дендритичне кристале литијум метала (дендритисе). Временом, ови дендрити расту и на крају пробијају сепаратор величине микрона-, повезујући позитивну и негативну електроду и изазивајући кратак спој.

Једном када дође до унутрашњег кратког споја, огромна струја се тренутно генерише унутар батерије. Према Јоулеовом закону, струја која тече кроз отпорник ствара велику количину топлоте. У року од неколико секунди, унутрашња температура батерије може скочити на стотине степени Целзијуса. Ова висока температура узрокује брзо сагоревање електролита, разлажући се у запаљиве гасове као што су водоник и угљен моноксид. Унутрашњи притисак батерије се драматично повећава, што на крају доводи до пуцања кућишта. Гасови који пропуштају се мешају са ваздухом и у контакту са високом температуром изазивају дефлаграцију.

У инциденту из 2024. који је укључивао спонтано сагоревање одређене марке повер банк-а, тестирање је открило да је присуство металних нечистоћа унутар батерије, након дуже употребе, изазвало унутрашњи кратки спој, што је довело до топлотног бекства.

2. Спољни кратки спој: Ризик који се најлакше превиди у свакодневној употреби

Спољни кратки спој настаје када су позитивни и негативни терминали батерије директно повезани преко спољног металног објекта, формирајући струјну петљу и тренутно стварајући високе температуре.

Узроци спољних кратких спојева су веома чести, углавном проистичу из лоших навика коришћења. На пример, стављање повер банк-а у исти џеп или преграду у ранцу као кључеви, новчићи или каблови за пренос података може довести до тога да ови метални предмети случајно дођу у контакт са позитивним и негативним терминалима напајања, стварајући кратак спој. Ризик је још већи за батерије без заштитних поклопаца на портовима-оштар крај кључа може лако да се убаци у порт, истовремено контактирајући позитивне и негативне металне контакте.

Штавише, оштећени портови за напајање или сломљена изолација кабла за пренос података такође могу довести до спољних кратких спојева. На пример, изложене металне жице у каблу за пренос података могу да дођу у контакт са портом за напајање, потенцијално узрокујући кратки спој. Високе температуре изазване спољним кратким спојем могу директно запалити кућиште напајања или околне запаљиве материјале, потенцијално изазвати пожар.

2023. године, студент је ставио повер банк и кључеве у бочни џеп свог ранца. Током ходања, кључеви су случајно заглавили порт повер банк-а, узрокујући спољни кратки спој. Неколико минута касније, ранац је почео да се дими. Срећом, на време је откривен и угашен апаратом за гашење пожара, чиме су спречене озбиљне последице.

3. Прекомерно пуњење и{1}}пражњење: скривене опасности од неправилних навика пуњења

Препуњавање и прекомерно{0}}пражњење се односи на батерију која премашује свој називни капацитет током пуњења или пада испод свог минималног безбедног капацитета током пражњења. Обе ситуације оштећују структуру батерије и могу довести до топлотног одласка.

Прекомерно пуњење је посебно опасно. Када је батерија потпуно напуњена, ако се пуњење настави, прекомерни литијум јони су насилно уграђени у графит негативне електроде, што доводи до колапса и пуцања слојевите структуре графита. Истовремено, вишак литијумових јона таложи метални литијум на површини негативне електроде, бурно реагујући са електролитом и ослобађајући велику количину топлоте. Штавише, прекомерно пуњење може повећати унутрашњи притисак батерије, узрокујући да се сепаратор скупља или чак пукне, што доводи до кратког споја између позитивне и негативне електроде.

Главни узрок прекомерног пуњења је употреба инфериорних или некомпатибилних пуњача. На пример, коришћење пуњача са претерано високом излазном струјом за пуњење повер банк-а или коришћење пуњача испод стандарда без заштите од препуњавања. Неки корисници обично пуне своје повер банке преко ноћи. Иако ће БМС легитимне банке за напајање искључити напајање када је потпуно напуњен, неисправан БМС или пуњач лошег{3}}квалитета могу довести до прекомерног пуњења.

Претерано{0}}пражњење је подједнако опасно. Када је батерија преко-испражњена, кристална структура материјала позитивне електроде се неповратно оштећује, што доводи до смањења капацитета батерије и стварања велике количине топлоте и нестабилних супстанци. Остављање повер банк-а потпуно испражњеног и неактивног током дужег периода може изазвати ризик од прекомерног{4}}пражњења.

4. Високо-окружење са високим температурама: катализатор за убрзане ризичне експлозије

Високе температуре су "непријатељ" литијумских батерија, значајно повећавајући вероватноћу топлотног бекства. Високе{1}}окружења убрзавају унутрашње хемијске споредне реакције, смањују стабилност сепаратора и чине електролит склонијим разградњи и стварању гаса.

Високе{0}}окружења са високим температурама су уобичајена у свакодневном животу: прозорске даске изложене директној сунчевој светлости током лета могу достићи температуру преко 50 степени; унутрашњост аутомобила паркираног на отвореном може чак и да пређе 60 степени; Постављање повер банке у близини извора топлоте као што су радијатори или микроталаси такође ће узроковати пораст њене температуре.

У окружењима са високим{0}}температурама, хемијске реакције унутар батерије се значајно убрзавају, а кретање литијум јона постаје ненормално снажно, што лако доводи до раста дендрита и оштећења сепаратора. Истовремено, запаљивост електролита расте са температуром и он ће се запалити одмах након додира чак и са малом варницом или високом температуром изазваном кратким спојем.

У лето 2024., власник аутомобила је ставио повер банк на контролну таблу у свом аутомобилу. После пола дана излагања директној сунчевој светлости, повер банк је експлодирао и разбио стакло аутомобила. Тестирање је открило да је температура у аутомобилу достигла 65 степени, што је далеко више од безбедне радне температуре повер банке (генерално 0 степени -45 степени).

5. Целокупни процес ланчане реакције термичког бекства

Једном када се покрене термални бег, формира неповратну ланчану реакцију. Цео процес се може поделити у четири фазе:

1. фаза:Акумулација топлоте. Било да се ради о унутрашњем кратком споју, спољашњем кратком споју, прекомерном пуњењу/прекомерном-пражњењу или околини са високом-температуром, све ће то проузроковати пораст унутрашње температуре батерије. У овом тренутку, батерија може показати благо прегревање, испупчење, итд., што су знакови упозорења на термички бег.

2. фаза:Сагоревање електролита. Када температура достигне тачку паљења електролита (обично између 130 степени и 200 степени), електролит ће почети да гори, ослобађајући велику количину топлоте и запаљивог гаса. Температура батерије ће брзо порасти на преко 500 степени.

3. фаза:Експлозија притиска. Запаљиви гас се непрекидно акумулира унутар затвореног кућишта батерије, а притисак наставља да расте. Када притисак пређе границу толеранције кућишта, кућиште ће пукнути и гас ће се тренутно избацити.

4. фаза:Дефлагација и размножавање. Када се избачени запаљиви гас темељно помеша са ваздухом, он ће снажно експлодирати када наиђе на високе температуре унутар батерије или отворени пламен, стварајући велику количину дима и пламена. Температура пламена може достићи и преко 1000 степени, а током процеса сагоревања настају токсични гасови, што га чини изузетно опасним.

Ризици литијумских батерија нису неизбежни. Савладавањем научних метода употребе, ови ризици се могу ефикасно смањити. Од избора и употребе до складиштења и одржавања, сваки корак има јасне безбедносне границе. Придржавање ових граница осигурава да повер банк остане сигуран „енергетски блок“.

1. Избор: елиминисање ризика на извору

Избор је први и најважнији корак за безбедну употребу. Подстандардне повер банке носе опасности по безбедност од самог почетка производње.

• Потражите 3Ц сертификат. 3Ц сертификат је обавезна сертификација производа у Кини. Као електрични производи, повер банке морају проћи 3Ц сертификат да би се продавале на тржишту. Када купујете, проверите да ли постоји јасна и важећа 3Ц ознака сертификата на кућишту повер банке. Ознака треба да садржи број сертификата, информације о произвођачу итд. Никада не купујте производе без ознаке 3Ц, са замагљеним знаком или оне који су повучени.
• Изаберите реномиране брендове. Дајте приоритет куповини повер банк-а од-познатих брендова као што су Хуавеи, Ксиаоми, Аппле и Угреен, јер ови брендови имају стандардизованије производне процесе. Такође дајте приоритет куповини батерија снаге које користе батерије водећих компанија као што су АТИ, ЕВЕ Енерги, Цхангхонг Енерги и Зијиан Елецтроницс, пошто ови произвођачи стриктно контролишу квалитет сировина и опремају своје производе свеобухватним БМС системима. Избегавајте куповину производа „три-не“ (производи без имена произвођача, адресе или датума производње), јер су они обично јефтини, користе лошије батерије и рудиментарне производне процесе и не нуде никакве безбедносне гаранције.

• Обратите пажњу на капацитет и спецификације. Изаберите повер банк капацитета који одговара вашим потребама. Генерално, батерија капацитета 10000мАх-20000мАх је довољна за свакодневна путовања. Такође, проверите спецификације производа да бисте били сигурни да излазни напон и струја одговарају вашим електронским уређајима како бисте избегли абнормалности при пуњењу услед неусклађености.

• Проверите изглед и израду. Приликом куповине пажљиво проверите да ли је кућиште повер банке глатко и неоштећено, да ли су интерфејси сигурни и да ли су лабави и да ли дугмад реагују. Ако кућиште има очигледне неравнине, празнине или лабаве интерфејсе, то указује на лошу израду и не препоручује се за куповину.

2. Употреба: Развијте добре навике

Исправне навике употребе су кључне за избегавање ризика. Многе безбедносне несреће су последица неправилне употребе.

• Користите оригиналну или квалификовану додатну опрему. Приликом пуњења користите оригинални пуњач и кабл за пренос података из повер банке или изаберите додатну опрему реномираних брендова која одговара спецификацијама повер банке. Избегавајте коришћење инфериорних каблова за пренос података или универзалних пуњача, јер они могу имати нестабилну струју или оштећену изолацију, што лако доводи до прекомерног пуњења или кратких спојева.

• Избегавајте претерано пуњење и{0}}пражњење. Немојте пунити повер банк преко ноћи. Препоручује се да искључите извор напајања одмах након што се батерија потпуно напуни. Током свакодневне употребе, немојте чекати да се повер банк потпуно испразни пре поновног пуњења. Препоручује се пуњење када је ниво батерије између 20% и 30% да бисте избегли прекомерно{7}}пражњење.

• Држите даље од екстремних окружења. Избегавајте коришћење повер банк-а у окружењима са високим-температурама, ниским{2}} или влажним окружењима. Немојте га користити нити пунити на директној сунчевој светлости, у врелим аутомобилима или у купатилима. У окружењима са ниским{5}}температурама, капацитет батерије ће се смањити; немојте на силу пунити у таквим условима да бисте избегли оштећење батерије.

• Спречите физичка оштећења. Током употребе, избегавајте физичка оштећења повер банке, као што су испуштање, стискање, бушење или савијање. Не стављајте повер банк испод тешких предмета, немојте је растављати и немојте бушити кућиште повер банке оштрим предметима.

• Одмах се носите са ненормалним ситуацијама. Ако приметите да се повер банк током употребе загрева, избочи, пуши или емитује необичан мирис, одмах престаните да га користите, искључите га и ставите га на отворено, незапаљиво-место да се природно охлади. Немојте га поново користити.

3. Складиштење и одржавање: Продужење животног века + смањење ризика

Правилно складиштење и одржавање не само да продужавају животни век повер банке већ и додатно смањују ризике по безбедност.

• Одржавајте одговарајуће окружење за складиштење. Повер банке које се не користе дуже време треба да се чувају на сувом, проветреном и хладном месту, са температуром између 10 и 30 степени. Немојте складиштити батерије са запаљивим, експлозивним или металним предметима да бисте избегли кратке спојеве или пожар.

• Редовно пуните повер банк. Ако се повер банк не користи дужи период, препоручује се допуна на сваких 1-2 месеца, одржавајући је на око 50%-70%. Ово ефикасно штити батерију и спречава прекомерно пражњење које би је могло оштетити.

• Редовно проверавајте његово стање. Редовно проверавајте изглед, портове и каблове повер банке. Ако откријете било какво оштећење кућишта, лабаве портове или старе каблове, одмах престаните да га користите и обратите се произвођачу ради поправке или замене.

• Не мењајте га сами. Никада не растављајте или модификујте повер банк да бисте постигли већи капацитет или брже пуњење. Модификације ће оштетити структуру батерије и БМС, што ће значајно повећати безбедносне ризике.

Проналазак литијумских батерија увелико нам је олакшао животе, ослобађајући нас анксиозности да останемо без струје током путовања, рада или учења. Међутим, иза ове погодности крије се дубоко поштовање граница безбедности. То је и „извор енергије“ у нашим рукама и потенцијално „буре барута“. Кључ лежи у томе да ли можемо да разумемо његове безбедносне протоколе и да се придржавамо безбедносних граница његове употребе.

АЦЕИ{0}}МЛВ-200ТМашина за ласерско заваривањепримењено заваривање језичака за повер банкове и мобилно напајање.

Контактирајте сада