Літій-іонний акумулятор і безпеку

1. 2. Рекомендації по роботі з літій-іонними акумуляторами

Наши партнеры ArtmMisto

Опубліковано 13.04.2016 17:45 Abramova Olesya

Безпека батарей на основі літію завжди привертала багато уваги. Будь-який пристрій акумулювання енергії може бути небезпечно - це було доведено ще в 1800-х, коли траплялися нещасні випадки з паровими двигунами. У 1900-х, на зорі автомобілебудування, зберігання і використання легкозаймистого бензину також несло в собі ризик. Всі електричні батареї можуть бути небезпечними, і їх виробники повинні виконувати вимоги з безпеки, а не просто попереджати користувачів.

Літій-іонні акумулятори в цілому безпечна, але кількість вироблених акумуляторів цієї системи обчислюється мільйонами, і отже неможливо, щоб абсолютно всі вони працювали без збоїв. У 2006 році всього лише кілька випадків загоряння змусили корпорацію Sony відкликати більше ніж 6 мільйонів літій-іонних акумуляторів. Вивчення дефектних акумуляторів показало, що до цього призвів контакт частин акумулятора з мікроскопічними металевими частинками, внаслідок чого виникало коротке замикання.

Виробники акумуляторів намагаються звести до мінімуму наявність таких частинок, але складні технічні процеси при складанні роблять завдання ліквідації всіх сторонніх речовин важко здійснюваною. Сучасні елементи з ультратонкими сепараторами розміром 24 мікрометра або менше (1 мкм = 0,001 мм) більш чутливі до забруднень, ніж ранні конструкції з більш низькими показниками ємності. У той час як елемент типорозміру 18650 ємністю 1350 маг витримує проникнення цвяха, елемент з більшою щільністю енергії і ємністю 3400 мАг при такому ж тесті може спалахнути. (Дивіться також BU-306: Яку функцію виконує в електричної батареї сепаратор ) До речі, можна відзначити, що тест на проникнення цвяха реально існував, але сучасні стандарти більше не наказують виробникам обов'язково його проводити.

Літій-іонні технології, що використовують оксиди металів, поступово наближаються до теоретичної межі питомої енергоємності. І замість того, щоб оптимізувати потужність, виробники батарей змушені приділяти все більше уваги вдосконаленню виробничих методів, які покликані підвищити безпеку і збільшити довговічність батарей. Але справжньою проблемою є ті рідкісні випадки, коли коротке замикання виникає всередині самого електричного елемента. Зовнішні периферійні пристрої захисту в даному випадку є просто неефективними. Відкликані в 2006 році акумулятори Sony виконували внутрішні тести безпеки, але все ж це не врятувало їх від декількох випадків загоряння.

Існує два основних типи збоїв електричних батарей. Перший з них пов'язаний з помилками проектування самої батареї або окремих її компонентів. Саме такі дефекти при виявленні призводять до масових відгуками вже вироблених акумуляторів. Більш складними випадками є моменти, коли дефекти безпосередньо не пов'язані з конструкцією батареї. Найчастіше вони виявляються внаслідок неправильної експлуатації, наприклад, в разі зарядки при низькій температурі або при роботі в умовах сильної вібрації.

Давайте докладніше розглянемо процеси, що відбуваються всередині електричного елемента. Слабке коротке замикання всередині елемента призведе лише до підвищення саморазряда [BU-802b] і мінімального теплоутворення, так як беруть участь в цьому замиканні струми будуть дуже слабкі. Але якщо достатня кількість мікроскопічних металевих частинок сформують "міст" між електродами, то сила струму короткого замикання може досягти небезпечного значення. Як невелика цівка може привести до руйнування всієї греблі, так і в електричному елементі спочатку невелике коротке замикання призводить до температурного пошкодження ізолюючого шару, в результаті чого сила короткого замикання збільшується. Температура дуже швидко зростає до 500 ° С, і в такий момент електричний елемент запалюється або навіть вибухає. Цьому явищу було дано назву - тепловий пробій.

Нерівномірне просочення сепаратора електролітом також може привести до збою батареї. Погана провідність на більш сухих ділянках збільшує опір, що призводить до нагрівання ділянки, що в свою чергу послаблює цілісність сепаратора. Нагрівання в усіх випадках є ворогом електричної батареї.

Якщо ви помітили, що літій-іонна батарея перегріта, видає шиплячі звуки або здулася, негайно перемістіть пристрій подалі від горючих матеріалів або помістіть його на вогнетривку поверхню. Якщо можливо, то взагалі краще витягти такий акумулятор і винести його на вулицю.

При невеликому спалах літій-іонного акумулятора до нього необхідно застосувати стандартні протипожежні дії. Це може бути використання пінного вогнегасника або будь-якого іншого, наприклад, наповненого вуглекислим газом або порошкоподібної масою. Якщо пожежа виникла на борту літака, існують спеціальні інструкції, які дозволяють екіпажу використовувати будь-які доступні засоби, включаючи воду. Гасіння водою літій-іонних акумуляторів є безпечним, так як в них міститься дуже мала кількість вступника в бурхливу реакцію з водою металевого літію. Вода також сприяє охолодженню області загоряння і запобігає поширенню полум'я. У науково-дослідних центрах і на заводах з виробництва акумуляторів вода також є основним засобом гасіння пожеж.

Велике ж загоряння літій-іонного акумулятора, таке як, наприклад, в електромобілі, гасити водою неефективно. Можливе використання води з додаванням мідного порошку, але це вкрай недешевий метод.

При виявленні загоряння літій-металевого акумулятора використовуйте тільки вогнегасник класу D, так як кількість літію в такому акумуляторі є значним, і гасіння водою тільки збільшить вогонь.

УВАГА: Не використовуйте вогнегасник класу D для гасіння інших типів пожеж, так як вони розраховані на гасіння металів і металлсодержащих речовин.

Під час теплового пробою висока температура несправного елемента може поширитися на сусідні елементи, приводячи до ланцюгової реакції. Весь акумулятор, таким чином, може бути знищений протягом декількох секунд. Для підвищення безпеки в акумуляторі має бути присутнім роздільник між елементами - для захисту від поширення підвищеної температури. На малюнку 1 показаний ноутбук, який був пошкоджений в результаті несправності літій-іонного акумулятора.

Малюнок 1: Пошкоджений перегрівом літій-іонного акумулятора ноутбук. За твердженням господаря, ноутбук сильно нагрівся, почав видавати шиплячий звук і заповнив усю кімнату їдким димом.

При тепловому пробої акумулятора відбувається досить сильне газоутворення, головним чином, вуглекислого газу (CO2). Також відбувається викид продуктів горіння внаслідок дії високої температури. Випаровується етилен і пропілен, що входять до складу електроліту, а також органічні розчинники.

Варто відзначити, що безпека сучасних літій-іонних акумуляторів досить висока, а випадки теплового пробою дуже рідко виникають при правильній експлуатації. Але в той же час ці рідкісні випадки загоряння акумуляторів на основі літію у всіх на слуху, іноді реєструються випадки виходу з ладу нікелевих і свинцевих акумуляторів чомусь не викликають такого ж інтересу. Причиною колапсу акумулятора може бути знос сепаратора, недбале поводження або надмірна дія температури або вібрації.

2. Рекомендації по роботі з літій-іонними акумуляторами

• Літій-іонні акумулятори містять досить мало металевого літію, і в разі загоряння можуть бути погашені водою. Але для гасіння літій-металевих батарей необхідний тільки вогнегасник класу D.

• Слід пам'ятати, що вода активно взаємодіє з літієм, тому в разі недоступності вогнегасника класу D воду можна використовувати тільки для запобігання поширенню вогню.

• Для найбільш ефективного гасіння загоряння літій-іонного акумулятора слід використовувати пінний, порошковий або вогнегасник з вуглекислим газом.

• Якщо відсутня можливість погасити займання, то слід дати вигоріти акумулятора безпечним і контрольованим способом.

• Будьте обережні, тому що кожен електричний елемент акумулятора може призвести до ланцюгової реакції і впливати на сусідні елементи. Навіть зовні повністю вигорілий акумулятор може ще містити небезпечні елементи.

Останнє оновлення 2016-02-21