Почему взрываются аккумуляторы 18650?

Литий-ионные аккумуляторы 18650 питают многие наши устройства - от ноутбуков и электромобилей до медицинского оборудования. Однако при неправильном обращении они могут быть опасны. В этом исчерпывающем руководстве вы, как профессионал 18650 аккумуляторный блок производительЯ объясняю, что вызывает взрывы аккумуляторов 18650 и как их предотвратить.

Обзор литий-ионных аккумуляторов 18650

18650 означает размер этих цилиндрических аккумуляторов - они 18 мм в диаметре и 65 мм в высоту. Цифры 18-650 дают им название. Эти аккумуляторы обладают более высокой плотностью энергии, чем старые технологии, а также возможностью перезарядки сотни раз. Такое сочетание портативности и длительного времени работы привело к быстрому распространению литий-ионных элементов 18650 во многих отраслях промышленности.

Распространенные варианты использования 18650:

• Аккумуляторные батареи для ноутбуков
• Светодиодные фонари и фары
• Электрические велосипеды
• Электроинструменты, например, дрели
• Электромобили типа Teslas
• Устройства для вейпинга
• Батареи на солнечных батареях
• Источники бесперебойного питания (ИБП)

При таком большом количестве используемых сегодня литиевых элементов безопасность имеет первостепенное значение. Ключевые слова LSI При правильных условиях эти батареи могут загореться или даже взорваться.

Почему взрываются литиевые аккумуляторы 18650

Реактивы внутри литий-ионной батареи легко воспламеняются. Электролит - это летучий жидкий растворитель, который позволяет ионам лития проходить между электродами. Катод и анод разделены пористой пластиковой пленкой, называемой сепаратором.

Если сепаратор выйдет из строя или произойдет внутреннее короткое замыкание, батарея может катастрофически выйти из строя из-за теплового удара:

1. Внутреннее короткое замыкание приводит к быстрому, неконтролируемому разряду.
2. Сильный ток вызывает внутренний нагрев.
3. Растворители электролитов испаряются, создавая давление.
4. Пористый пластиковый сепаратор плавится.
5. Прямой контакт между катодом и анодом вызывает больший разряд.
6. Возникает тепловой разрыв, батарея выбрасывает горячие газы и воспламеняется.

Именно эта цепная реакция с тепловым запуском приводит к взрывоопасности литий-ионных аккумуляторов 18650.

Ключевые факторы теплового побега

Несколько сценариев могут по отдельности или совместно вызвать тепловой разряд в элементах 18650:

Перезарядка - Подавая избыточное напряжение, вы усиливаете химические реакции и тепловыделение внутри литий-ионного аккумулятора. Это ускоряет износ внутренних компонентов. Длительная перезарядка в конечном итоге приводит к тепловому выходу из строя.

Внешнее короткое замыкание - Если что-то проводящее соединяет положительную и отрицательную клеммы снаружи, через элемент протекает огромный ток и происходит интенсивный нагрев по Джоулю. За этим быстро следует тепловой разряд.

Внутреннее короткое замыкание - Дефекты производства могут оставить микроскопические металлические осколки внутри элемента 18650. Вибрация и удары могут привести к тому, что эти проводящие частицы соединят катод с анодом, создав внутреннее короткое замыкание. Вслед за этим происходит тепловой разряд, поскольку элемент очень быстро разряжает всю свою емкость.

Раздавливание/прокалывание - Механическое повреждение цилиндрического корпуса приводит к попаданию внутрь химически активных веществ из воздуха/влаги. Это может привести к воспламенению электролита или вызвать внутреннее короткое замыкание между электродами.

Высокая температура - Хранение батарей при температуре выше 130°F ускоряет механизмы химической деградации, которые снижают производительность и срок службы. Длительное воздействие высоких температур приводит к тому, что сепараторы со временем разрушаются. В конечном итоге это приводит к внутреннему короткому замыканию и тепловому выходу из строя.

Глубокий разряд - Разрядка элементов 18650 при напряжении ниже 2,5 вольт на элемент в течение длительного времени приводит к растворению меди в аноде, что в конечном итоге приводит к его замыканию. Растворение меди также приводит к образованию острых дендритов лития, которые могут пробить сепараторы. Эти эффекты создают предпосылки для теплового разряда при перезарядке.

Плохая вентиляция - Цилиндрические литий-ионные элементы требуют устройств теплового и токового прерывания для предотвращения теплового разгона. Если внутреннее давление превышает пределы корпуса, газы также должны безопасно отводиться. Аккумуляторы 18650 без достаточных механизмов безопасности и вентиляции представляют опасность взрыва.

Возраст/износ - Все литий-ионные элементы деградируют в результате календарного старения и многократной зарядки/разрядки с течением времени. Этот износ проявляется в потере емкости и увеличении внутреннего сопротивления. Оба эффекта приводят к увеличению тепла во время использования, а состарившиеся сепараторы становятся более хрупкими. Такая комбинация повышает вероятность теплового разряда старых аккумуляторов 18650.

Итак, литий-ионные аккумуляторы 18650 содержат высокореактивные химические вещества, способные вызвать цепную реакцию термического разряда при повреждении или неправильном обращении. Этот опасный процесс может быть вызван несколькими независимыми факторами.

Предотвращение взрывов литий-ионных аккумуляторов 18650

Хотя риск взрыва существует, правильно изготовленные литий-ионные элементы 18650 имеют встроенную защиту, которая снижает опасность при нормальных условиях эксплуатации. Некоторые передовые методы также снижают риски безопасности:

Используйте качественные аккумуляторы от надежных производителей - Хорошо спроектированные элементы с избыточной защитой имеют меньше шансов выйти из строя даже после длительного старения. Придерживайтесь фирменных элементов 18650 от надежных поставщиков.

Обращайтесь с клетками бережно - Ни в коем случае не сминайте, не прокалывайте и не разбирайте литиевый аккумулятор 18650. Избегайте падений и ударов. Любое механическое повреждение повышает риск взрыва.

Не перегревайте - Не храните литиевые элементы при температуре окружающей среды выше 130°F. Никогда не бросайте батареи в огонь. Перегрев ускоряет старение и может напрямую спровоцировать тепловой выброс.

Не перезаряжайте - Используйте интеллектуальное зарядное устройство, которое автоматически прекращает подачу тока, когда напряжение на элементе 18650 достигает 4,2 вольта. Перезарядка приводит к деформации внутренних компонентов и нагреву элемента. Длительная перезарядка приводит к взрывам.

Не допускайте переразряда - Использование литий-ионного аккумулятора при падении напряжения ниже 3 вольт на элемент в течение длительного времени повреждает его внутреннюю структуру. Перезарядка глубоко разряженного элемента повышает риск теплового разряда.

Избегайте коротких замыканий - Не допускайте внешних коротких замыканий на положительных и отрицательных клеммах. Используйте предохранители или другие средства защиты в любых приложениях с высоким током. Короткое замыкание приводит к сильному нагреву в течение нескольких секунд.

Контроль состояния заряда - Заряжайте литий-ионные аккумуляторы 18650 до того, как они опустятся ниже уровня заряда 20%, чтобы избежать повреждения глубоким разрядом. Также не оставляйте батареи при полностью заряженном напряжении 4,2 вольта на длительное время, когда они не используются, чтобы ограничить эффект старения.

Обращайтесь со старыми батареями осторожно - Потеря емкости и повышенное внутреннее сопротивление приводят к тому, что старые литий-ионные элементы нагреваются во время работы. Они больше не могут выдерживать скорости заряда/разряда, которые считались безопасными в новых аккумуляторах. Повышенная вероятность выхода из строя означает, что заряжать/использовать старые элементы 18650 следует с осторожностью. Или перерабатывать их.

Придерживаясь этих рекомендаций, можно избежать большинства проблем с безопасностью литиевых батарей. Несчастные случаи все равно иногда происходят с бракованными элементами или при неосторожном обращении. Но подавляющее большинство взрывов 18650 можно полностью предотвратить.

Итоги

Помните: литий-ионные батареи - это высокоэнергетические устройства, содержащие летучие химические вещества, склонные к неконтролируемым цепным реакциям при определенных неблагоприятных условиях. Это позволяет создавать компактные, легкие, перезаряжаемые устройства, которыми мы наслаждаемся в современных гаджетах, но при этом возникают нетривиальные вопросы безопасности, о которых следует помнить при транспортировке, хранении, использовании и утилизации элементов 18650.

Какие меры предосторожности вы принимаете при работе с литиевыми батареями? Дайте мне знать в комментариях!