Porque é que as pilhas 18650 explodem?

As baterias de iões de lítio 18650 alimentam muitos dos nossos dispositivos actuais, desde computadores portáteis e carros eléctricos a equipamento médico. No entanto, podem ser perigosas se forem manuseadas incorretamente. Neste guia completo, como profissional Fabricante de baterias 18650No artigo "Explosão de pilhas 18650", explico o que causa as explosões de pilhas 18650 e como as evitar.

Visão geral das pilhas de iões de lítio 18650

18650 refere-se ao tamanho destas pilhas cilíndricas - têm 18 mm de diâmetro e 65 mm de altura. Os números 18-650 dão-lhes o nome. Estas baterias têm uma densidade de energia mais elevada do que as tecnologias de baterias mais antigas, para além da capacidade de serem recarregadas centenas de vezes. Esta combinação de portabilidade e longos tempos de funcionamento levou à rápida adoção das células de iões de lítio 18650 em muitas indústrias.

Utilizações comuns das 18650:

• Baterias para computadores portáteis
• Lanternas e faróis LED
• Bicicletas eléctricas
• Ferramentas eléctricas como berbequins
• Automóveis eléctricos como os Teslas
• Dispositivos de vaporização
• Bancos de baterias alimentados por energia solar
• Fontes de alimentação ininterrupta (UPS)

Com tantas células de lítio em uso atualmente, a segurança é fundamental. Palavras-chave LSI Nas condições corretas, estas pilhas podem incendiar-se ou mesmo explodir.

Porque é que as pilhas de lítio 18650 explodem?

Os reagentes no interior de uma bateria de iões de lítio são inflamáveis. O eletrólito é um solvente líquido volátil que permite que os iões de lítio circulem entre os eléctrodos. O cátodo e o ânodo estão separados por uma película de plástico poroso denominada separador.

Se esse separador se avariar ou se a bateria entrar em curto-circuito internamente, pode ocorrer uma falha catastrófica por fuga térmica:

1. Um curto-circuito interno leva a uma descarga rápida e descontrolada.
2. O fluxo maciço de corrente provoca um aquecimento interno.
3. Os solventes dos electrólitos vaporizam, aumentando a pressão.
4. O separador de plástico poroso derrete.
5. O contacto direto entre o cátodo e o ânodo provoca uma maior descarga.
6. O resultado é um descontrolo térmico, a bateria liberta gases quentes/incêndio.

Esta reação em cadeia de fuga térmica é o que leva ao risco de explosão nas baterias de iões de lítio 18650.

Factores-chave da fuga térmica

Vários cenários podem, de forma independente ou conjunta, causar o descontrolo térmico das pilhas 18650:

Sobrecarga - A aplicação de tensão excessiva exacerba as reacções químicas e a geração de calor no interior de uma bateria de iões de lítio. Isto acelera o desgaste dos componentes internos. Uma sobrecarga prolongada acaba por conduzir a uma fuga térmica.

Curto-circuito externo - Se algo condutor ligar externamente os terminais positivo e negativo, a célula é percorrida por uma corrente maciça, o que resulta num intenso aquecimento por efeito de Joule. A fuga térmica segue-se rapidamente.

Curto-circuito interno - Os defeitos de fabrico podem deixar fragmentos de metal microscópicos no interior de uma pilha 18650. A vibração e o choque podem fazer com que estas partículas condutoras façam a ponte entre o cátodo e o ânodo, criando um curto-circuito interno. A fuga térmica segue-se rapidamente, uma vez que a pilha descarrega toda a sua capacidade muito rapidamente.

Esmagamento/perfuração - Os danos mecânicos no invólucro cilíndrico expõem os produtos químicos reactivos no interior ao ar/humidade. Isto pode inflamar o eletrólito ou provocar um curto-circuito interno entre os eléctrodos.

Alta temperatura - O armazenamento de baterias acima de 130°F acelera os mecanismos de degradação química que reduzem o desempenho e a vida útil. A exposição prolongada a temperaturas elevadas faz com que os separadores se quebrem com o tempo. Isto acaba por provocar curtos-circuitos internos e fugas térmicas.

Descarga profunda - Descarregar as pilhas 18650 abaixo dos 2,5 volts por pilha durante períodos prolongados faz com que o cobre no ânodo se dissolva, acabando por provocar um curto-circuito. Esta dissolução de cobre também forma dendritos de lítio afiados que podem perfurar os separadores. Estes efeitos preparam o terreno para a fuga térmica durante a recarga.

Má ventilação - As células cilíndricas de iões de lítio requerem dispositivos de interrupção térmica e de corrente para mitigar a fuga térmica. Se a pressão interna exceder os limites do invólucro, os gases também precisam de ser ventilados com segurança. As baterias 18650 sem mecanismos de segurança e ventilação suficientes representam um risco de explosão.

Idade/desgaste - Todas as células de iões de lítio se degradam através do envelhecimento do calendário e do carregamento/descarregamento repetido ao longo do tempo. Este desgaste manifesta-se através da perda de capacidade e de uma maior resistência interna. Ambos os efeitos geram mais calor durante a utilização, enquanto os separadores envelhecidos se tornam mais frágeis. Esta combinação aumenta a probabilidade de fuga térmica nas baterias 18650 antigas.

Em suma, as baterias de iões de lítio 18650 contêm químicos altamente reactivos, propensos a uma reação em cadeia de fuga térmica quando danificadas ou mal manuseadas. Vários factores independentes podem desencadear este processo perigoso.

Prevenção de explosões de baterias de iões de lítio 18650

Embora exista o risco de explosão, as células de iões de lítio 18650 corretamente fabricadas têm uma proteção integrada para reduzir os riscos em condições normais de funcionamento. Várias boas práticas também reduzem os riscos de segurança:

Utilize pilhas de qualidade de fabricantes conceituados - Células bem concebidas com protecções redundantes têm menos probabilidades de falhar, mesmo após efeitos de envelhecimento prolongado. Prefira as 18650 de marcas conhecidas e de fornecedores fiáveis.

Manusear as células com cuidado - Não esmagar, perfurar ou desmontar uma pilha de lítio 18650 em nenhuma circunstância. Evitar deixar cair ou chocar com a pilha. Qualquer dano mecânico aumenta o risco de explosão.

Não sobreaquecer - Não guarde as pilhas de lítio em locais onde a temperatura ambiente exceda 130°F. Nunca atire as pilhas para o fogo. O sobreaquecimento acelera o envelhecimento e pode provocar diretamente uma fuga térmica.

Não sobrecarregar - Utilize um carregador de bateria inteligente que pare automaticamente de fornecer corrente quando a célula 18650 atingir 4,2 volts. O carregamento excessivo sobrecarrega os componentes internos e aquece a pilha. Uma sobrecarga prolongada provoca explosões.

Não descarregar em excesso - A utilização de uma bateria de iões de lítio quando a sua tensão desce muito abaixo dos 3 volts por célula durante um período de tempo prolongado danifica a sua estrutura interna. Recarregar uma célula profundamente descarregada aumenta o risco de fuga térmica.

Evitar curtos-circuitos - Evitar quaisquer curtos-circuitos externos entre os terminais positivo e negativo. Utilize fusíveis ou outra proteção a montante em qualquer aplicação de corrente elevada. Os curtos-circuitos provocam uma acumulação extrema de calor em segundos.

Monitorizar o estado da carga - Carregue as baterias de iões de lítio 18650 antes que desçam abaixo do estado de carga 20% para evitar danos por descarga profunda. Além disso, não deixe as baterias totalmente carregadas a 4,2 volts durante longos períodos de tempo quando não estiverem a ser utilizadas para limitar os efeitos do envelhecimento.

Manusear as pilhas velhas com cuidado - A perda de capacidade e a resistência interna elevada fazem com que as células de iões de lítio envelhecidas fiquem mais quentes durante a utilização. Podem já não suportar taxas de carga/descarga consideradas seguras quando novas. A maior probabilidade de falha significa que deve carregar/utilizar as células 18650 antigas com cuidado. Ou reciclá-las.

Se seguir estas diretrizes, a maioria dos problemas de segurança das pilhas de lítio pode ser evitada. Ocasionalmente, ainda acontecem acidentes com células defeituosas ou manuseamento desinformado. Mas a grande maioria das explosões de 18650 são completamente evitáveis.

A linha de fundo

Lembre-se: as pilhas de iões de lítio são dispositivos de alta energia que contêm químicos voláteis propensos a reacções em cadeia descontroladas em determinadas condições adversas. Embora isto permita as capacidades compactas, leves e recarregáveis de que desfrutamos nos aparelhos modernos, também introduz considerações de segurança não triviais a ter em conta durante o transporte, armazenamento, utilização e eliminação das pilhas 18650.

Que precauções toma quando lida com pilhas de lítio? Diga-me nos comentários!