Pourquoi les piles 18650 explosent-elles ?

Les batteries lithium-ion 18650 alimentent un grand nombre de nos appareils actuels, qu'il s'agisse d'ordinateurs portables, de voitures électriques ou d'équipements médicaux. Cependant, elles peuvent être dangereuses si elles ne sont pas manipulées correctement. Dans ce guide complet, en tant que professionnel Fabricant de batteries 18650Dans ce numéro, j'explique les causes des explosions de piles 18650 et les moyens de les prévenir.

Aperçu des piles au lithium-ion 18650

18650 fait référence à la taille de ces piles cylindriques - elles ont un diamètre de 18 mm et une hauteur de 65 mm. Les chiffres 18-650 leur donnent leur nom. Ces piles ont une densité énergétique plus élevée que les anciennes technologies de piles, et peuvent être rechargées des centaines de fois. Cette combinaison de portabilité et de longues durées d'utilisation a conduit à l'adoption rapide des piles lithium-ion 18650 dans de nombreux secteurs.

Utilisations courantes des 18650 :

• Batteries pour ordinateurs portables
• Lampes de poche et lampes frontales à LED
• Vélos électriques
• Outils électriques comme les perceuses
• Les voitures électriques comme les Teslas
• Dispositifs de vapotage
• Banques de batteries alimentées par énergie solaire
• Alimentations sans interruption (UPS)

Avec le grand nombre de piles au lithium utilisées aujourd'hui, la sécurité est primordiale. Mots-clés LSI Dans des conditions favorables, ces piles peuvent s'enflammer ou même exploser.

Pourquoi les piles au lithium 18650 explosent-elles ?

Les réactifs à l'intérieur d'une batterie lithium-ion sont inflammables. L'électrolyte est un solvant liquide volatil qui permet aux ions lithium de circuler entre les électrodes. La cathode et l'anode sont séparées par un film plastique poreux appelé séparateur.

Si ce séparateur tombe en panne ou si la batterie subit un court-circuit interne, une défaillance catastrophique peut se produire par emballement thermique :

1. Un court-circuit interne entraîne une décharge rapide et incontrôlée.
2. Un flux de courant massif provoque un échauffement interne.
3. Les solvants de l'électrolyte se vaporisent, ce qui fait monter la pression.
4. Le séparateur en plastique poreux fond.
5. Le contact direct entre la cathode et l'anode provoque une décharge plus importante.
6. L'emballement thermique se produit, la batterie dégage des gaz chauds et s'enflamme.

Cette réaction thermique en chaîne est à l'origine du risque d'explosion des batteries lithium-ion 18650.

Facteurs clés de l'emballement thermique

Plusieurs scénarios peuvent, indépendamment ou conjointement, provoquer un emballement thermique dans les cellules 18650 :

Surcharge - L'application d'une tension excessive exacerbe les réactions chimiques et la production de chaleur à l'intérieur d'une batterie li-ion. Cela accélère l'usure des composants internes. Une surcharge prolongée finit par provoquer un emballement thermique.

Court-circuit externe - Si un élément conducteur relie les bornes positives et négatives à l'extérieur, un courant massif circule dans la cellule et un échauffement par effet Joule intense s'ensuit. L'emballement thermique s'ensuit rapidement.

Court-circuit interne - Des défauts de fabrication peuvent laisser des éclats métalliques microscopiques à l'intérieur d'une cellule 18650. Les vibrations et les chocs peuvent amener ces particules conductrices à relier la cathode à l'anode, créant ainsi un court-circuit interne. L'emballement thermique s'ensuit rapidement, la cellule se déchargeant très vite de toute sa capacité.

Écrasement/perforation - Les dommages mécaniques au boîtier cylindrique exposent les produits chimiques réactifs à l'intérieur à l'air/l'humidité. Cela peut enflammer l'électrolyte ou déclencher un court-circuit interne entre les électrodes.

Haute température - Le stockage des piles à des températures supérieures à 130°F accélère les mécanismes de dégradation chimique qui réduisent les performances et la durée de vie. L'exposition prolongée à des températures élevées entraîne la dégradation des séparateurs au fil du temps. Cela conduit finalement à des courts-circuits internes et à un emballement thermique.

Décharge profonde - La décharge de cellules 18650 en dessous de 2,5 volts par cellule pendant des périodes prolongées entraîne la dissolution du cuivre dans l'anode, ce qui finit par la court-circuiter. Cette dissolution du cuivre forme également des dendrites de lithium acérées qui peuvent percer les séparateurs. Ces effets préparent le terrain pour un emballement thermique lors de la recharge.

Mauvaise ventilation - Les cellules lithium-ion cylindriques nécessitent des dispositifs d'interruption thermique et de courant pour atténuer l'emballement thermique. Si la pression interne dépasse les limites du boîtier, les gaz doivent également être évacués en toute sécurité. Les piles 18650 dépourvues de mécanismes de sécurité et d'évacuation suffisants présentent des risques d'explosion.

Âge/usure - Toutes les cellules lithium-ion se dégradent en raison du vieillissement calendaire et des charges/décharges répétées au fil du temps. Cette usure se manifeste par une perte de capacité et une augmentation de la résistance interne. Ces deux effets génèrent plus de chaleur pendant l'utilisation, tandis que les séparateurs vieillis deviennent plus fragiles. Cette combinaison augmente la probabilité d'un emballement thermique dans les vieilles batteries 18650.

En résumé, les batteries lithium-ion 18650 contiennent des produits chimiques hautement réactifs susceptibles de provoquer un emballement thermique par réaction en chaîne lorsqu'elles sont endommagées ou mal manipulées. Plusieurs facteurs indépendants peuvent déclencher ce processus dangereux.

Prévention des explosions de piles au lithium-ion 18650

Bien que le risque d'explosion existe, les cellules lithium-ion 18650 correctement fabriquées sont dotées d'une protection intégrée qui atténue les risques dans des conditions de fonctionnement normales. Plusieurs bonnes pratiques permettent également de réduire les risques de sécurité :

Utiliser des piles de qualité provenant de fabricants réputés - Les cellules bien conçues et dotées de protections redondantes sont moins susceptibles de tomber en panne, même après un vieillissement prolongé. Il convient de s'en tenir à des piles 18650 de marque réputée provenant de fournisseurs fiables.

Manipuler les cellules avec précaution - N'écrasez pas, ne percez pas et ne démontez pas une pile au lithium 18650, quelles que soient les circonstances. Évitez de faire tomber ou de choquer la cellule. Tout dommage mécanique augmente le risque d'explosion.

Ne pas surchauffer - Ne pas stocker les piles au lithium dans un endroit où la température ambiante dépasse 130°F. Ne jamais jeter les piles au feu. La surchauffe accélère le vieillissement et peut directement déclencher un emballement thermique.

Ne pas surcharger - Utilisez un chargeur de batterie intelligent qui arrête automatiquement de fournir du courant lorsque la cellule 18650 atteint 4,2 volts. La surcharge sollicite les composants internes et chauffe la cellule. Une surcharge prolongée provoque des explosions.

Ne pas surdécharger - L'utilisation prolongée d'une batterie li-ion dont la tension est nettement inférieure à 3 volts par élément endommage sa structure interne. La recharge d'un élément profondément déchargé augmente le risque d'emballement thermique.

Éviter les courts-circuits - Empêcher tout court-circuit externe entre les bornes positives et négatives. Utilisez des fusibles ou d'autres protections en amont dans toute application à courant élevé. Les courts-circuits entraînent une accumulation de chaleur extrême en quelques secondes.

Contrôle de l'état de charge - Chargez les batteries lithium-ion 18650 avant qu'elles ne descendent en dessous de l'état de charge 20% afin d'éviter les dommages dus à la décharge profonde. Ne laissez pas non plus les batteries à 4,2 volts complètement chargées pendant de longues périodes lorsqu'elles ne sont pas utilisées, afin de limiter les effets du vieillissement.

Manipuler les piles usagées avec précaution - La perte de capacité et l'augmentation de la résistance interne font que les cellules li-ion vieillies chauffent davantage pendant l'utilisation. Ils peuvent ne plus supporter des taux de charge/décharge considérés comme sûrs lorsqu'ils étaient neufs. La probabilité plus élevée de défaillance signifie que vous devez charger/utiliser les vieux éléments 18650 avec prudence. Ou les recycler.

En respectant ces lignes directrices, la plupart des problèmes de sécurité liés aux piles au lithium peuvent être évités. Il arrive encore que des accidents se produisent en raison de cellules défectueuses ou d'une manipulation mal informée. Mais la grande majorité des explosions de 18650 peuvent être évitées.

Le bilan

N'oubliez pas que les batteries lithium-ion sont des dispositifs à haute énergie contenant des produits chimiques volatils susceptibles de provoquer des réactions en chaîne incontrôlées dans certaines conditions défavorables. Si cela permet d'obtenir les capacités compactes, légères et rechargeables dont nous bénéficions dans les gadgets modernes, cela introduit également des considérations de sécurité non négligeables à prendre en compte lors du transport, du stockage, de l'utilisation et de la mise au rebut des cellules 18650.

Quelles précautions prenez-vous lorsque vous manipulez des piles au lithium ? Faites-le moi savoir dans les commentaires !