Jesu li litijum{0}}ionske baterije sigurne?

Da bismo razumjeli sigurnosne opasnosti od power bankova, prvo moramo ući u njihovu srž – svijet litijum{0}}jonskih baterija. Od mobilnih telefona i laptopa do power bank-a, vijek trajanja baterije modernih elektronskih uređaja ovisi o ovom složenom, ali energetski-intenzivnom uređaju. Njegovo stvaranje predstavljalo je revoluciju u tehnologiji baterija, ali njegove inherentne karakteristike su također posijale sjeme rizika.

1. Tri osnovne komponente litijum{1}}ionskih baterija

Struktura litijum{0}}jonske baterije nije složena. Njegovo jezgro se sastoji od tri dijela: pozitivne elektrode, negativne elektrode i elektrolita, zajedno sa separatorom i kućištem, čineći zatvoreni "sistem energetskog ciklusa".

Pozitivna elektroda je "rezervoar" za litijum jone, koji igra ključnu ulogu u njihovom skladištenju i oslobađanju. Trenutno, dva najčešća materijala za pozitivne elektrode na tržištu su litijum kobalt oksid i litijum željezo fosfat. Litijum kobalt oksid ima veću gustoću energije, što omogućava da power bankovi budu manji i lakši, te se stoga široko koristi u potrošačkoj elektronici; međutim, njegova termička stabilnost je relativno loša i podložan je raspadanju pod visokim temperaturama ili abnormalnim uslovima. Materijali od litijum gvožđe-fosfata (LFP), s druge strane, pokazuju izuzetno visoku termičku stabilnost i veći faktor sigurnosti, ali imaju nižu gustinu energije i zahtevaju veću zapreminu za isti kapacitet. Primarno se koriste u aplikacijama sa izuzetno visokim sigurnosnim zahtjevima, kao što su nova energetska vozila i veliki-uređaji za pohranu energije.

Negativna elektroda, "privremeno mjesto" za litijumske jone, uglavnom je napravljena od grafita. Grafit ima slojevitu strukturu, poput uredno raspoređenih "ćelija". Tokom punjenja, litijum joni se lako mogu ugraditi u ove "ćelije" za skladištenje; tokom pražnjenja mogu se uredno odvojiti od "ćelija" i vratiti na pozitivnu elektrodu. Međutim, ako je metoda punjenja neodgovarajuća, litijum ioni se mogu nenormalno taložiti na površini grafita, formirajući dendritične kristale litij metala, ili "dendrite", koji predstavljaju značajan sigurnosni rizik.

Elektrolit, "šatl kanal" za litijum ione, obično je organski rastvarač, kao što su karbonatna jedinjenja. Njegova funkcija je omogućiti litij-ionima da se slobodno kreću između pozitivne i negativne elektrode, dovršavajući pretvaranje električne energije u kemijsku energiju. Međutim, ovaj organski rastvarač je vrlo zapaljiv. Jednom izložen visokim temperaturama ili otvorenom plamenu, brzo će izgorjeti i čak se može razgraditi i proizvesti velike količine zapaljivih plinova. Ovo je ključni razlog zašto litijumske baterije tako intenzivno gore.

Nadalje, unutar baterije je separator debljine samo mikrometara, koji djeluje kao "firewall" između pozitivne i negativne elektrode, sprječavajući direktan kontakt. Separator je obično napravljen od polipropilena ili polietilena, sa mikroporoznom strukturom koja omogućava prolazak litijum jona, ali blokira elektrone. Međutim, ovaj "firewall" je vrlo krhak i može izgubiti svoju izolacijsku funkciju ako je izložen fizičkim oštećenjima ili visokim temperaturama.

2. Gustoća energije:-Mač sa dvije oštrice pogodnosti i rizika

Osnovna prednost litijum{0}}jonskih baterija kao preferiranog izvora napajanja za moderne elektronske uređaje leži u njihovoj ultra-velikoj gustini energije-sposobnosti pohranjivanja daleko više električne energije po jedinici zapremine ili težine od tradicionalnih baterija. Na primjer, power bank veličine dlana može imati kapacitet od 10.000 mAh, što je dovoljno za punjenje mobilnog telefona 2-3 puta, dok nikl-kadmijumska baterija istog kapaciteta može biti više od tri puta veća i teža.

Pogodnost koju donosi ova visoka gustoća energije je sama-očigledna: nema potrebe za nošenjem glomaznih power bankova kada izlazite; Power banke se lako mogu staviti u ranac ili džep, omogućavajući vam da napunite svoje uređaje bilo kada i bilo gdje. Međutim, što je energija više koncentrisana, to je veći rizik. Poput eksploziva, mala količina eksploziva je relativno sigurna, ali ako je visoko koncentrirana, čak i mala iskra može izazvati nasilnu eksploziju. Visoka gustoća energije litijum{4}}jonskih baterija u suštini komprimira veliku količinu hemijske energije u mali prostor. Jednom kada se ova hemijska energija slučajno aktivira, oslobađa se izuzetno velikom brzinom, stvarajući nekontrolisanu katastrofu.

3. Sistem upravljanja baterijom (BMS): siguran "pametni menadžer"

Banke za napajanje litijumskih baterija renomiranih proizvođača opremljene su sistemom za upravljanje baterijom (BMS), koji djeluje kao "pametni menadžer" power banke, nadgledajući i štiti radni status baterije.

Osnovne funkcije BMS-a uključuju zaštitu od prekomjernog punjenja, preko-zaštitu od pražnjenja, zaštitu od kratkog-zaštitu i pre{{2}zaštitu od temperature. Tokom punjenja, kada je baterija potpuno napunjena, BMS automatski prekida strujni krug kako bi spriječio prekomjerno ugradnju litijum jona u negativnu elektrodu. Tokom pražnjenja, kada nivo napunjenosti padne ispod sigurnog praga, on prestaje sa pražnjenjem kako bi spriječio kolaps strukture materijala pozitivne elektrode. Ako se otkrije kratki spoj između pozitivne i negativne elektrode, on odmah prekida struju. Kada temperatura baterije pređe bezbedni opseg, ona pokreće program hlađenja ili prestaje da radi.

Visok rizik od nekvalitetnih power bankova je uglavnom zbog izostavljanja BMS-a ili upotrebe veoma lošeg-kvaliteta BMS-a. Bez nadzora ovog "pametnog menadžera", baterija je poput odbjeglog konja; jednom kada dođe do anomalije, zaštitne mjere se ne mogu poduzeti na vrijeme, što lako dovodi do termičkog bijega.

ACEY{0}}BMS-1BMS tester mašinakoristi se u sigurnosnom testu zaštitne ploče litijumske baterije, kako bi se otkrilo da li su funkcionalni indikatori zaštitne ploče unutar razumnih parametara, da bi se osoblju pružio skup standarda za testiranje, što je pogodno za poboljšanje efikasnosti proizvodnje i olakšavanje kontrole kvaliteta.

Spontano sagorijevanje i eksplozija litijum{0}}inskih baterija za napajanje su u suštini lančane reakcije izazvane "termalnim bijegom". Termički bijeg se odnosi na kontinuirano akumuliranje topline unutar baterije, uzrokujući kontinuirani porast temperature, što zauzvrat pokreće niz egzotermnih reakcija, koje na kraju dovode do nepovratnog procesa izgaranja i eksplozije. Ovaj proces obično traje samo nekoliko sekundi do desetina sekundi, izuzetno je brz i teško ga je ručno prekinuti.

1. Unutrašnji kratki spoj: "tempirana bomba" skrivena unutar baterije

Unutrašnji kratki spojevi su jedan od glavnih uzroka termičkog odlaska, koji se odnosi na direktan kontakt između pozitivne i negativne elektrode baterije kroz unutrašnje nečistoće ili dendrite, formirajući strujnu petlju.

Formiranje unutrašnjih kratkih spojeva uglavnom ima dva uzroka: Prvo, nedostaci u proizvodnom procesu. Ako se nečistoće poput metalnih krhotina umiješaju u pozitivnu elektrodu, negativnu elektrodu ili separator tokom proizvodnje baterije, te nečistoće mogu postati "mostovi" između pozitivne i negativne elektrode, što dovodi do kratkog spoja. Drugo, dendriti nastali tokom-dugotrajne upotrebe. Tokom punjenja, litijum joni se ugrađuju u slojevitu strukturu grafita u negativnoj elektrodi. Međutim, ako je struja punjenja previsoka, broj ciklusa punjenja je prevelik ili se koristi nekompatibilan punjač, ​​neki litijevi ioni neće uspjeti da se ugrade i umjesto toga se talože na površini negativne elektrode, formirajući dendritične kristale litij metala (dendrite). Vremenom, ovi dendriti rastu i na kraju probiju separator veličine mikrona -, povezujući pozitivnu i negativnu elektrodu i uzrokujući kratki spoj.

Jednom kada dođe do unutrašnjeg kratkog spoja, ogromna struja se trenutno stvara unutar baterije. Prema Jouleovom zakonu, struja koja teče kroz otpornik stvara veliku količinu topline. U roku od nekoliko sekundi, unutrašnja temperatura baterije može skočiti na stotine stepeni Celzijusa. Ova visoka temperatura uzrokuje brzo sagorijevanje elektrolita, razgrađujući se u zapaljive plinove kao što su vodonik i ugljični monoksid. Unutrašnji pritisak baterije se dramatično povećava, što na kraju uzrokuje pucanje kućišta. Plinovi koji propuštaju se miješaju sa zrakom i u kontaktu s visokom temperaturom izazivaju deflagraciju.

U incidentu iz 2024. koji je uključivao spontano sagorijevanje određene marke power bank-a, testiranje je otkrilo da je prisustvo metalnih nečistoća unutar baterije, nakon duže upotrebe, izazvalo unutrašnji kratki spoj, što je dovelo do termičkog bijega.

2. Vanjski kratki spoj: Rizik koji se najlakše previdi u svakodnevnoj upotrebi

Eksterni kratki spoj nastaje kada su pozitivni i negativni terminali baterije direktno povezani kroz vanjski metalni predmet, formirajući strujnu petlju i trenutno stvarajući visoke temperature.

Uzroci vanjskih kratkih spojeva su vrlo česti, uglavnom proizlaze iz loših navika korištenja. Na primjer, stavljanje power banke u isti džep ili pretinac u ruksaku kao ključevi, novčići ili kablovi za prijenos podataka može uzrokovati da ovi metalni predmeti slučajno dođu u kontakt s pozitivnim i negativnim terminalima power banke, stvarajući kratki spoj. Rizik je još veći za power bankove bez zaštitnih poklopaca na portovima-oštar kraj ključa može lako umetnuti u port, istovremeno kontaktirajući pozitivne i negativne metalne kontakte.

Osim toga, oštećeni portovi za napajanje ili slomljena izolacija podatkovnog kabela također mogu dovesti do vanjskih kratkih spojeva. Na primjer, izložene metalne žice u podatkovnom kabelu mogu doći u kontakt sa portom za napajanje, potencijalno uzrokovati kratki spoj. Visoke temperature uzrokovane vanjskim kratkim spojem mogu direktno zapaliti kućište power bank-a ili okolne zapaljive materijale, potencijalno uzrokovati požar.

2023. godine student je stavio power bank i ključeve u bočni džep svog ranca. Tokom hodanja, ključevi su slučajno zaglavili port power bank-a, uzrokujući vanjski kratki spoj. Nekoliko minuta kasnije, ranac je počeo da se dimi. Srećom, na vrijeme je otkriven i ugašen aparatom za gašenje požara, čime su spriječene ozbiljne posljedice.

3. Prekomjerno punjenje i{1}}pražnjenje: skrivene opasnosti od nepravilnih navika punjenja

Prepunjavanje i prekomjerno{0}}pražnjenje se odnosi na bateriju koja premašuje svoj nazivni kapacitet tokom punjenja ili pada ispod svog minimalnog sigurnog kapaciteta tokom pražnjenja. Obje situacije oštećuju strukturu baterije i mogu dovesti do termičkog bijega.

Prekomjerno punjenje je posebno opasno. Kada je baterija potpuno napunjena, ako se punjenje nastavi, prekomjerni litijevi joni se nasilno ugrađuju u grafit negativne elektrode, uzrokujući kolaps i pucanje slojevite strukture grafita. Istovremeno, višak litijumovih jona taloži metalni litijum na površini negativne elektrode, burno reagujući sa elektrolitom i oslobađajući veliku količinu toplote. Nadalje, prekomjerno punjenje može povećati unutarnji tlak baterije, uzrokujući da se separator skupi ili čak pukne, što dovodi do kratkog spoja između pozitivne i negativne elektrode.

Glavni uzrok prekomjernog punjenja je korištenje inferiornih ili nekompatibilnih punjača. Na primjer, korištenje punjača s pretjerano velikom izlaznom strujom za punjenje power bank-a ili korištenjem punjača ispod standarda bez zaštite od prekomjernog punjenja. Neki korisnici obično pune svoje power bankove preko noći. Iako će BMS legitimnog power bank-a isključiti napajanje kada je potpuno napunjen, neispravan BMS ili punjač lošeg{3}}kvaliteta mogu dovesti do prekomjernog punjenja.

Prekomjerno{0}}pražnjenje je jednako opasno. Kada se baterija previše-isprazni, kristalna struktura materijala pozitivne elektrode podliježe nepovratnom oštećenju, što dovodi do smanjenja kapaciteta baterije i stvaranja velike količine topline i nestabilnih supstanci. Ostavljanje power bank-a potpuno ispražnjenog i neaktivnog tokom dužih perioda može izazvati rizik od prekomjernog-pražnjenja.

4. Visokotemperaturna okruženja: katalizator za ubrzane rizične eksplozije

Visoke temperature su "neprijatelj" litijumskih baterija, značajno povećavajući verovatnoću toplotnog bekstva. Visoke{1}}okruženja ubrzavaju unutrašnje hemijske nuspojave, smanjuju stabilnost separatora i čine elektrolit sklonijim razgradnji i stvaranju gasa.

Visoke{0}}okruženja sa visokim temperaturama su uobičajena u svakodnevnom životu: prozorske klupice izložene direktnoj sunčevoj svjetlosti ljeti mogu dostići temperature preko 50 stepeni; unutrašnjost automobila parkiranog na otvorenom može i preko 60 stepeni; Postavljanje power banke u blizini izvora toplote kao što su radijatori ili mikrotalasi takođe će uzrokovati porast njene temperature.

U okruženjima visoke{0}}temperature, hemijske reakcije unutar baterije se značajno ubrzavaju, a kretanje litijum jona postaje nenormalno snažno, što lako dovodi do rasta dendrita i oštećenja separatora. Istovremeno, zapaljivost elektrolita raste s temperaturom i on će se odmah zapaliti nakon dodira čak i sa sitnom varnicom ili visokom temperaturom uzrokovanom kratkim spojem.

U ljeto 2024., vlasnik automobila je stavio power bank na kontrolnu tablu unutar svog automobila. Nakon pola dana izlaganja direktnoj sunčevoj svjetlosti, power bank je eksplodirao i razbio staklo automobila. Testiranje je otkrilo da je temperatura u automobilu dostigla 65 stepeni, što je daleko iznad bezbedne radne temperature power banke (generalno 0 stepeni -45 stepeni).

5. Cjelokupni proces lančane reakcije termičkog bijega

Jednom kada se aktivira termalni bijeg, formira se nepovratna lančana reakcija. Cijeli proces se može podijeliti u četiri faze:

1. faza:Akumulacija toplote. Bilo da se radi o unutrašnjem kratkom spoju, eksternom kratkom spoju, prekomjernom punjenju/preko-pražnjenju ili okolini visoke-temperature, sve će uzrokovati porast unutrašnje temperature baterije. U ovom trenutku, baterija može pokazivati ​​blago pregrijavanje, ispupčenje itd., što su znakovi upozorenja na termički bijeg.

2. faza:Sagorijevanje elektrolita. Kada temperatura dostigne tačku paljenja elektrolita (obično između 130 stepeni i 200 stepeni), elektrolit će početi da gori, oslobađajući veliku količinu toplote i zapaljivog gasa. Temperatura baterije će brzo porasti na preko 500 stepeni.

Faza 3:Eksplozija pritiska. Zapaljivi plin se kontinuirano akumulira unutar zatvorenog kućišta baterije, a tlak nastavlja rasti. Kada pritisak pređe granicu tolerancije kućišta, kućište će puknuti i gas će se trenutno izbaciti.

4. faza:Deflagacija i razmnožavanje. Kada se izbačeni zapaljivi plin temeljito pomiješa sa zrakom, on će snažno eksplodirati nakon susreta s visokim temperaturama unutar baterije ili otvorenog plamena, stvarajući veliku količinu dima i plamena. Temperatura plamena može dostići i preko 1000 stepeni, a tokom procesa sagorevanja nastaju otrovni gasovi, što ga čini izuzetno opasnim.

Rizici litijumskih baterija nisu neizbežni. Savladavanjem naučnih metoda upotrebe, ovi rizici se mogu efikasno smanjiti. Od odabira i upotrebe do skladištenja i održavanja, svaki korak ima jasne sigurnosne granice. Pridržavanje ovih granica osigurava da power bank ostane siguran "energetski blok".

1. Izbor: eliminisanje rizika na izvoru

Odabir je prvi i najvažniji korak za sigurnu upotrebu. Nestandardne power banke nose sigurnosne opasnosti od samog početka svoje proizvodnje.

• Potražite 3C certifikat. 3C certifikat je obavezan certifikat proizvoda u Kini. Kao električni proizvodi, power banke moraju proći 3C certifikat da bi se prodavale na tržištu. Prilikom kupovine provjerite ima li jasnu i valjanu oznaku 3C certifikata na kućištu power banke. Oznaka treba da sadrži broj sertifikata, informacije o proizvođaču itd. Nikada nemojte kupovati proizvode bez oznake 3C, sa zamagljenim znakom ili one koji su povučeni.
• Birajte renomirane brendove. Dajte prednost kupovini power bank-a od -poznatih brendova kao što su Huawei, Xiaomi, Apple i Ugreen, jer ovi brendovi imaju standardizovanije proizvodne procese. Takođe dajte prioritet kupovini power bankova koji koriste baterije vodećih kompanija kao što su ATI, EVE Energy, Changhong Energy i Zijian Electronics, jer ovi proizvođači strogo kontrolišu kvalitet sirovina i opremaju svoje proizvode sveobuhvatnim BMS sistemima. Izbjegavajte kupovinu "tri-ne" proizvoda (proizvodi bez imena proizvođača, adrese ili datuma proizvodnje), jer su oni obično jeftini, koriste inferiorne baterije i rudimentarne proizvodne procese i ne nude nikakve sigurnosne garancije.

• Obratite pažnju na kapacitet i specifikacije. Odaberite power bank kapaciteta koji odgovara vašim potrebama. Generalno, power bank od 10000mAh-20000mAh je dovoljan za svakodnevna putovanja. Također, provjerite specifikacije proizvoda kako biste bili sigurni da izlazni napon i struja odgovaraju vašim elektronskim uređajima kako biste izbjegli abnormalnosti punjenja zbog neusklađenosti.

• Pregledajte izgled i izradu. Prilikom kupovine pažljivo provjerite da li je kućište power banke glatko i neoštećeno, da li su interfejsi sigurni i da nisu labavi i da li gumbi reagiraju. Ako kućište ima očigledne neravnine, praznine ili labave interfejse, to ukazuje na lošu izradu i ne preporučuje se za kupovinu.

2. Upotreba: Razvijte dobre navike

Ispravne navike upotrebe su ključne za izbjegavanje rizika. Mnoge sigurnosne nezgode proizlaze iz nepravilne upotrebe.

• Koristite originalnu ili kvalifikovanu dodatnu opremu. Prilikom punjenja koristite originalni punjač i podatkovni kabel iz power bank-a ili odaberite dodatnu opremu renomiranih marki koja odgovara specifikacijama power bank-a. Izbjegavajte korištenje inferiornih kablova za prijenos podataka ili univerzalnih punjača, jer oni mogu imati nestabilnu struju ili oštećenu izolaciju, što lako može dovesti do prekomjernog punjenja ili kratkih spojeva.

• Izbjegavajte prekomjerno punjenje i{0}}pražnjenje. Nemojte puniti power bank preko noći. Preporučuje se da isključite izvor napajanja odmah nakon što se baterija potpuno napuni. Tokom svakodnevne upotrebe, nemojte čekati da se power bank potpuno isprazni prije ponovnog punjenja. Preporučuje se punjenje kada je nivo baterije između 20% i 30% kako biste izbjegli prekomjerno{7}}pražnjenje.

• Držite dalje od ekstremnih okruženja. Izbjegavajte korištenje power bank-a u okruženjima sa visokim-temperaturama, niskim-ili vlažnim okruženjima. Nemojte ga koristiti niti puniti na direktnoj sunčevoj svjetlosti, u vrućim automobilima ili u kupaonicama. U okruženjima sa niskim{5}}temperaturama, kapacitet baterije će se smanjiti; nemojte na silu puniti u takvim uvjetima kako biste izbjegli oštećenje baterije.

• Spriječite fizička oštećenja. Tokom upotrebe, izbegavajte fizička oštećenja power banke, kao što su ispuštanje, stiskanje, bušenje ili savijanje. Ne stavljajte power bank ispod teških predmeta, nemojte ga rastavljati i nemojte bušiti kućište power banke oštrim predmetima.

• Odmah rješavajte nenormalne situacije. Ako primijetite da se power bank zagrijao, ispupči, dimi ili emituje neobičan miris tokom upotrebe, odmah ga prestanite koristiti, isključite ga i stavite ga na otvoreno, nezapaljivo mjesto-da se prirodno ohladi. Nemojte ga ponovo koristiti.

3. Skladištenje i održavanje: Produženje životnog vijeka + smanjenje rizika

Pravilno skladištenje i održavanje ne samo da produžavaju životni vijek power bank-a već i dodatno smanjuju rizike po sigurnost.

• Održavajte odgovarajuće okruženje za skladištenje. Power bankove koji se ne koriste duže vreme treba čuvati na suvom, provetrenom i hladnom mestu, sa temperaturom između 10 i 30 stepeni. Nemojte skladištiti power bankove sa zapaljivim, eksplozivnim ili metalnim predmetima kako biste izbjegli kratke spojeve ili požar.

• Redovno punite power bank. Ako se power bank ne koristi duži period, preporučuje se dopuna na svakih 1-2 mjeseca, održavajući ga na oko 50%-70%. Ovo efikasno štiti bateriju i sprečava prekomerno pražnjenje koje bi je moglo oštetiti.

• Redovno provjeravajte njegovo stanje. Redovno proveravajte izgled, portove i kablove power banke. Ako otkrijete bilo kakvo oštećenje kućišta, labave priključke ili stare kablove, odmah prestanite da ga koristite i obratite se proizvođaču radi popravke ili zamene.

• Nemojte ga sami modifikovati. Nikada nemojte rastavljati ili modificirati power bank kako biste postigli veći kapacitet ili brže punjenje. Modifikacije će oštetiti strukturu baterije i BMS, značajno povećavajući sigurnosne rizike.

Izum litijumskih baterija uvelike nam je olakšao živote, oslobađajući nas tjeskobe da ćemo ostati bez struje dok putujemo, radimo ili učimo. Međutim, iza ove pogodnosti krije se duboko poštovanje sigurnosnih granica. To je i "izvor energije" u našim rukama i potencijalno "bure baruta". Ključ leži u tome da li možemo razumjeti njegove sigurnosne protokole i pridržavati se sigurnosnih granica njegove upotrebe.

ACEY{0}}MLW-200TMašina za lasersko zavarivanjeprimijenjeno zavarivanje jezičaka za power bankove i mobilno napajanje.

Kontaktirajte sada