Добрий день, поговоримо з вами про те, як безпечно використовувати літій-іонні акумлятори, правила їх використання, та ризики які з ними пов’язані.

                У світі, де літій-іонні акумулятори є неодмінною частиною багатьох технологічних рішень, знання та дотримання заходів безпеки є життєво важливими. Ця стаття має на меті надати всебічне розуміння необхідних заходів безпеки при використанні, зберіганні та утилізації літій-іонних акумуляторів. Нажаль, розповісти одразу про все в одній статті не вийде, тому доведеться поділити її на декілька частин.

                 Не купуйте акумуляторні батареї, не прочитавши і не зрозумівши ці заходи безпеки. Крім того, будь ласка, прочитайте відповідну інформацію з безпеки (Паспорт безпеки) та інструкцію з експлуатації (Технічний паспорт) для елемента, встановленого в акумуляторному блоці. Якщо ви купуєте цей виріб, ви або особа, відповідальна за цей виріб, повинні мати рівень технічної компетентності, який дозволяє безпечно встановлювати та експлуатувати літій-іонні акумуляторні батареї. Ви повинні розуміти, до яких наслідків можуть призвести ваші дії.

Заборони.

                Почнемо з головного, поговоримо про те, чим ні в якому разі не можна нехтувати при роботі с Li-ion виробами.


                Категоричено заборонено перевищувати номіналіи величин, які надає виробник акумулятора, таких як струм заряду або розряду, а також діапазони температур зберігання та експлуатації. Це впливає не лише на термін життя акумулятора, а також може призвести, наприклад,  до перегріву аккумулятора з наступним його займанням або навіть вибухом, що є дуже небезпечним для життя.

                Сюди, можна віднести й зміну полярності акумуляторної батареї. Якщо полярність підключення переплутана, це може спричинити внутрішнє коротке замикання у батареї, оскільки струм буде текти неправильним шляхом, це може призвести до нагріву елементу з подальшим загоранням. Навіть якщо негайних катастрофічних наслідків і не відбудеться, перепутання полярності може негативно позначитися на загальному терміні служби батареї та її ефективності.

                 Не встановлюйте акумуляторну батарею на місце із застосуванням сили. Під час встановлення не повинно бути жодного опору, це може спровокувати пошкодження ізоляції рииком виникнення короткого замикання.

                 Не зберігайте та не переносьте елементи або акумуляторні батареї разом із цвяхами, намистом, шпильками, монетами та іншими металевими предметами – тут думаю все зрозуміло, знову ж таки коротке замикання з подальшим загоранням аккумулятора.

                 Не бийте, не відкривайте, не струшуйте, не кидайте, не спалюйте, не замикайте, не проколюйте та не застосовуйте надмірних зусиль до акумуляторної батареї, щоб запобігти ризику її займання.

                 Також, не не паяйте безпосередньо до аккумуляторного елемента звичайним паяльником, тільки точковою зваркою, це потрібно для того, щоб запобігти перегріву акумулятора, адже це може вплинути на його функціональність. Наприклад, у своїх блоках живлення компанії Аретта, ми користуємось лише точковою зваркою, а силові дроти спочатку припаюємо на спеціальну стрічку для зварки блоків, а потім тільки приварюємо її до акумуляторної батареї точковою зваркою.

                  Адже літій, це досить небезпечна речовина, й цим не можна нехтувати.

 

Вибухонебезпечність

 

                 Вище я писав, що li-ion акумулятор може вибухнути, тут я розпові про те, як саме це відбувається, та чому перегрів акумулятора іноді може призвести до виникнення ситуацій, які здатні сильно нашкодити людині.

                Розглянемо перегрів літієвого акумулятора по порядку, наприклад, у випадку його короткого замикання металевим провідником. Коли відбувається коротке замикання в літій-іонному акумуляторі, це означає, що відбувається пряме з'єднання між анодом і катодом через електроліт, оминаючи внутрішній опір акумулятора. Це призводить до різкого збільшення струму, який може протікати через акумулятор. Ось кілька причин, через які літій-іонний акумулятор нагрівається при короткому замиканні:

  • Високий струм. Коротке замикання призводить до протікання через акумулятор дуже великого струму, набагато більшого, ніж він розрахований витримати. Цей високий струм викликає різке підвищення температури всередині акумулятора через ефект Джоуля-Ленца (теплота, що виділяється в провіднику при протіканні через нього електричного струму).
  • Внутрішній опір. Незважаючи на те, що коротке замикання мінімізує опір між анодом і катодом, сам акумулятор все одно має внутрішній опір. Коли через нього протікає високий струм, енергія перетворюється на тепло відповідно до закону Ома (V = IR), де V - напруга, I - струм, а R - опір.
  • Хімічні реакції. Коротке замикання може викликати неконтрольовані хімічні реакції всередині акумулятора, особливо між літієм і електролітом. Ці реакції можуть бути екзотермічними, тобто виділяючими тепло.
  • Пошкодження сепаратора. Сепаратор між анодом і катодом запобігає їх прямому контакту, але при короткому замиканні він може пошкодитися. Це призводить до ще більшого зниження опору та збільшення струму, що викликає додаткове виділення тепла.
  • Термічний пробій. Висока температура, спричинена коротким замиканням, може призвести до термічного пробою, коли теплові ефекти викликають подальше погіршення характеристик акумулятора, збільшуючи струм і температуру в порочному колі, що може призвести до загоряння або навіть вибуху акумулятора.

 

                  І ось тут, коли акумулятор нагрівається вище 85 °C, іонно-провідний захисний шар на аноді починає розкладатися, після чого літій в аноді вступає в реакцію з електролітом, що своєю чергою провокує хімічну реакцію, при якій починають виділятися леткі вуглеводні (метан, етан тощо). У цей момент, загоряння не відбувається з тієї причини, що акумулятор герметичний і всередині нього відсутній кисень, а без кисню горіння не буде. Але тут все тільки починається, всередині акумулятора починає стрімко рости тиск і його температура також підвищується. За таких випадків для захисту в акумуляторі передбачена система, у вигляді плавкого електрода або клапана, який скидає тиск і запобігає подальшому нагріванню і вибуху. Але що, якщо піти далі, і КЗ сталося всередині акумулятора?

                 Якщо температура акумулятора перевищить позначку в 180°C, катод, який представляє собою оксид перехідних металів з вбудованим у кристал літієм, вступає в реакцію дисмутації і Саме в цей момент найвища ймовірність його вибуху, якщо акумуляторний елемент не має захисного клапана, і тиск всередині акумулятора не буде виходити назовні, а буде накопичуватися всередині. Виглядає це так: 
 

 

                    У сучасних реаліях, проектувальники енергозберігаючих систем інтегрували передові захисні механізми проти випадкового загоряння акумулятора, при цьому чим об'ємніший акумулятор і чим більший струм він може віддавати, тим значніші масштаби його захисту. Особливу роль у запобіганні мінімальних коротких замикань відіграє унікальний пористий бар'єр, який при підвищенні температури на локальному рівні трансформується в непрохідний щит. Однак, існують випадки, коли стрімкий ріст температури призводить до того, що сепаратор плавиться, забезпечуючи прямий контакт між анодом і катодом.

                    Крім того, в акумуляторах встановлені спеціальні безпекові пристосування — плавікі запобіжники  та сисетми клапанів, які в ситуаціях збільшення тиску та температури всередині або відключають електроди від ланцюга, або дозволяють накопиченим газам виходити назовні. У останньому випадку легкозаймисті гази, вступаючи в реакцію з киснем повітря, можуть спричинити загоряння.

                        Саме тому, навіть наявність таких захисних систем, не може гарантувати безпеку людини, яка знаходиться біля акумулятора, в момент його вибуху.
 

 

 Ми також будемо раді вашим відгукам за контактами, вказаними в розділі "Контакти".

            Гарного вам дня і робочих батарей :)

                       Ви також можете придбати акумулятори 18650 і 21700 (6s2p, 6s3p, 6s4p та інші)  з нашого каталогу товарів на сайті

            Ми пропонуємо послуги з ремонту акумуляторів, а також виготовляємо акумулятори на замовлення під потреби наших клієнтів, для цього скористайтеся послугою зворотного дзвінка або зв'яжіться з нами за контактами, вказаними в розділі "Контакти".

 

Источники:

» Journal of The Electrochemical Society, 158 3 R1-R25 2011

» Journal of Power Sources 208 (2012) 210– 224

» https://4pda.to/2017/03/28/338839/