Warum explodieren 18650er-Batterien?

Lithium-Ionen-Akkus 18650 treiben heute viele unserer Geräte an, von Laptops über Elektroautos bis hin zu medizinischen Geräten. Bei unsachgemäßer Handhabung können sie jedoch gefährlich sein. In diesem umfassenden Leitfaden werden Sie als Fachmann 18650 Akku HerstellerIn diesem Artikel erkläre ich, wie Explosionen von 18650er-Batterien entstehen und wie man sie verhindern kann.

Überblick über 18650 Lithium-Ionen-Batterien

18650 bezieht sich auf die Größe dieser zylindrischen Batterien - sie haben einen Durchmesser von 18 mm und eine Höhe von 65 mm. Die Ziffern 18-650 geben ihnen ihren Namen. Diese Batterien haben eine höhere Energiedichte als ältere Batterietechnologien und können Hunderte von Malen wieder aufgeladen werden. Diese Kombination aus Tragbarkeit und langen Laufzeiten führte dazu, dass sich 18650-Lithium-Ionen-Zellen in vielen Branchen schnell durchsetzten.

Häufige Verwendung von 18650ern:

• Laptop-Akkus
• LED-Taschenlampen und Stirnlampen
• Elektrische Fahrräder
• Elektrowerkzeuge wie Bohrmaschinen
• Elektroautos wie Teslas
• Vaping-Geräte
• Solarbetriebene Batteriespeicher
• Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (UPS)

Bei der großen Anzahl von Lithiumzellen, die heute im Einsatz sind, ist Sicherheit das A und O. LSI Keywords Unter den richtigen Bedingungen können diese Batterien Feuer fangen oder sogar explodieren.

Warum explodieren Lithium-18650-Batterien?

Die Reaktanten in einer Lithium-Ionen-Batterie sind brennbar. Der Elektrolyt ist ein flüchtiges flüssiges Lösungsmittel, durch das Lithiumionen zwischen den Elektroden fließen können. Kathode und Anode sind durch eine poröse Kunststofffolie, den sogenannten Separator, voneinander getrennt.

Wenn dieser Separator kaputt geht oder die Batterie einen internen Kurzschluss hat, kann es zu einem katastrophalen Ausfall durch thermischen Durchschlag kommen:

1. Ein interner Kurzschluss führt zu einer schnellen, unkontrollierten Entladung.
2. Massiver Stromfluss führt zu innerer Erwärmung.
3. Elektrolytlösungsmittel verdampfen und bauen Druck auf.
4. Poröser Kunststoffseparator schmilzt.
5. Der direkte Kontakt zwischen Kathode und Anode führt zu einer stärkeren Entladung.
6. Es kommt zum thermischen Durchgehen, die Batterie entlädt heiße Gase/Brand.

Diese thermische Kettenreaktion ist die Ursache für die Explosionsgefahr bei 18650er Lithium-Ionen-Batterien.

Schlüsselfaktoren des thermischen Durchgehens

Mehrere Szenarien können unabhängig voneinander oder gemeinsam zu einem thermischen Durchgehen bei 18650er-Zellen führen:

Überladung - Durch das Anlegen einer Überspannung werden die chemischen Reaktionen und die Wärmeentwicklung im Inneren eines Lithium-Ionen-Akkus verschlimmert. Dies beschleunigt die Abnutzung der internen Komponenten. Längeres Überladen führt schließlich zum thermischen Durchgehen.

Externer Kurzschluss - Wenn etwas Leitendes den Plus- und Minuspol von außen überbrückt, fließt ein enormer Strom durch die Zelle und es kommt zu einer starken Joule-Erwärmung. Es kommt schnell zum thermischen Durchgehen.

Interner Kurzschluss - Durch Herstellungsfehler können mikroskopisch kleine Metallsplitter in einer 18650er-Zelle zurückbleiben. Erschütterungen und Stöße können dazu führen, dass diese leitfähigen Partikel eine Brücke von der Kathode zur Anode schlagen und einen internen Kurzschluss verursachen. Ein thermisches Durchgehen folgt schnell, da die Zelle ihre gesamte Kapazität sehr schnell entlädt.

Quetschen/Durchstechen - Durch mechanische Beschädigung des zylindrischen Gehäuses werden reaktive Chemikalien im Inneren der Luft/Feuchtigkeit ausgesetzt. Dies kann den Elektrolyt entzünden oder einen internen Kurzschluss zwischen den Elektroden auslösen.

Hohe Temperatur - Die Lagerung von Batterien bei Temperaturen über 130°F beschleunigt die chemischen Zersetzungsmechanismen, die die Leistung und Lebensdauer verringern. Bei längerer Einwirkung hoher Temperaturen werden die Separatoren mit der Zeit zerstört. Dies führt schließlich zu internen Kurzschlüssen und thermischem Durchgehen.

Tiefentladung - Wenn 18650-Zellen über einen längeren Zeitraum unter 2,5 Volt pro Zelle entladen werden, löst sich das Kupfer in der Anode auf, was schließlich zu einem Kurzschluss führt. Diese Kupferauflösung bildet auch scharfe Lithiumdendriten, die Separatoren durchstoßen können. Diese Effekte schaffen die Voraussetzungen für ein thermisches Durchgehen während des Aufladens.

Schlechte Entlüftung - Zylindrische Lithium-Ionen-Zellen erfordern thermische und Stromunterbrechungsvorrichtungen, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern. Wenn der Innendruck die Gehäusegrenzen überschreitet, müssen die Gase sicher abgelassen werden. 18650-Batterien ohne ausreichende Sicherheitsmechanismen und Entlüftung stellen ein Explosionsrisiko dar.

Alter/Abnutzung - Alle Lithium-Ionen-Zellen nutzen sich im Laufe der Zeit durch kalendarische Alterung und wiederholtes Laden/Entladen ab. Dieser Verschleiß äußert sich in einem Kapazitätsverlust und einem höheren Innenwiderstand. Beide Effekte führen zu einer höheren Wärmeentwicklung während des Gebrauchs, während gealterte Separatoren brüchiger werden. Diese Kombination erhöht die Wahrscheinlichkeit eines thermischen Durchgehens in alten 18650-Akkus.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 18650-Lithium-Ionen-Akkus hochreaktive Chemikalien enthalten, die bei Beschädigung oder falscher Handhabung zu einer thermischen Kettenreaktion führen können. Mehrere unabhängige Faktoren können diesen gefährlichen Prozess auslösen.

Vermeidung von Explosionen bei Lithium-Ionen-Akkus 18650

Zwar besteht die Gefahr einer Explosion, doch verfügen ordnungsgemäß hergestellte 18650-Lithium-Ionen-Zellen über einen integrierten Schutz, der die Gefahren unter normalen Betriebsbedingungen verringert. Mehrere bewährte Praktiken verringern ebenfalls die Sicherheitsrisiken:

Verwenden Sie Qualitätsbatterien von namhaften Herstellern - Gut konstruierte Zellen mit redundanten Schutzmechanismen sind auch nach längerer Alterung weniger anfällig für Ausfälle. Bleiben Sie bei 18650er Markenzellen von vertrauenswürdigen Anbietern.

Vorsichtig mit Zellen umgehen - Zerdrücken, durchstechen oder zerlegen Sie einen Lithium-Akku 18650 unter keinen Umständen. Vermeiden Sie es, die Zelle fallen zu lassen oder zu erschüttern. Jede mechanische Beschädigung erhöht das Explosionsrisiko.

Nicht überhitzen - Lagern Sie Lithiumzellen nicht bei Umgebungstemperaturen über 130°F. Werfen Sie Batterien niemals in ein Feuer. Überhitzung beschleunigt die Alterung und kann direkt einen thermischen Durchschlag auslösen.

Nicht überladen - Verwenden Sie ein intelligentes Batterieladegerät, das die Stromzufuhr automatisch unterbricht, wenn die 18650-Zelle 4,2 Volt erreicht. Eine Überladung belastet die internen Komponenten und erhitzt die Zelle. Längeres Überladen führt zu Explosionen.

Nicht übermäßig entladen - Die Verwendung eines Lithium-Ionen-Akkus, dessen Spannung über längere Zeit weit unter 3 Volt pro Zelle fällt, schädigt seine interne Struktur. Das Wiederaufladen einer tiefentladenen Zelle erhöht das Risiko eines thermischen Durchgehens.

Vermeiden Sie Kurzschlüsse - Vermeiden Sie externe Kurzschlüsse zwischen Plus- und Minuspol. Verwenden Sie bei allen Hochstromanwendungen Sicherungen oder andere Schutzvorrichtungen. Kurzschlüsse führen innerhalb von Sekunden zu einem extremen Hitzestau.

Überwachung des Ladezustands - Laden Sie Lithium-Ionen-Akkus 18650 auf, bevor sie unter den Ladezustand 20% fallen, um Schäden durch Tiefentladung zu vermeiden. Lassen Sie die Akkus auch nicht für längere Zeit bei voll geladenen 4,2 Volt, wenn sie nicht in Gebrauch sind, um Alterungseffekte zu begrenzen.

Behandeln Sie alte Batterien mit Vorsicht - Ein Kapazitätsverlust und ein erhöhter Innenwiderstand führen dazu, dass gealterte Lithium-Ionen-Zellen im Betrieb heißer werden. Sie vertragen möglicherweise keine Lade-/Entladeraten mehr, die im Neuzustand als sicher galten. Die höhere Ausfallwahrscheinlichkeit bedeutet, dass Sie alte 18650er-Zellen mit Vorsicht laden/verwenden sollten. Oder sie recyceln.

Wenn Sie sich an diese Richtlinien halten, können die meisten Sicherheitsprobleme mit Lithiumbatterien vermieden werden. Es kommt immer noch gelegentlich zu Unfällen mit defekten Zellen oder uninformierter Handhabung. Aber die überwiegende Mehrheit der 18650-Explosionen ist vollständig vermeidbar.

Die Quintessenz

Denken Sie daran: Lithium-Ionen-Batterien sind Hochenergiegeräte, die flüchtige Chemikalien enthalten, die unter bestimmten ungünstigen Bedingungen zu unkontrollierten Kettenreaktionen neigen. Dies ermöglicht zwar die kompakten, leichten und wiederaufladbaren Funktionen, die wir in modernen Geräten genießen, führt aber auch zu nicht trivialen Sicherheitsüberlegungen, die bei Transport, Lagerung, Verwendung und Entsorgung von 18650er-Zellen zu beachten sind.

Welche Vorsichtsmaßnahmen treffen Sie im Umgang mit Lithiumbatterien? Lassen Sie es mich in den Kommentaren wissen!