Vážným problémem u Li-ion baterií je nebezpečí výbuchu v kritických situacích. V tomto ohledu je zajímavé pochopit, proč k tomu dochází a jaké účinky jsou doprovázeny. Je také důležité pochopit, co je třeba udělat pro snížení rizika požáru u zařízení vybaveného takovou baterií (foto níže).
Podstata problému
Bude snazší pochopit, proč k požáru došlo, pokud je známa konstrukce baterie. Začněme tím, že Li-ion baterie obsahují anodu a katodu s porézní přepážkou separátoru. Jako katoda se obvykle používají kovy z přechodové skupiny s vloženými ionty lithia. Funkci anody plní grafit.
Elektrolyty pro baterie této třídy se vyrábějí na bázi solí lithia v roztoku. Když se baterie během výroby poprvé nabije, vytvoří se na anodě vrstva volných iontů (SEI). Chemická bariéra, kterou tvoří, chrání elektrody baterie před nebezpečným kontaktem s elektrolytem.
Ve většině známých situací dochází k samovolnému spalování v důsledku náhodného zkratu v bateriovém článku.
Důvod jeho vzhledu může být:
- Po pádu telefonu na podlahu nebo při nárazu na tvrdý povrch je možná mechanická deformace.
- Výrobní vady.
- Růst dendritů.
Druhý fenomén je spojen s procesy rychlého vybíjení nebo nabíjení, kvůli nimž lithiové ionty jednoduše nemají čas na integraci do krystalů grafitové anody. Ve výsledku rostou do velikosti, která vede k selhání oddělovače.
Vlastnosti samovznícení
Zkrat uvnitř baterie vede k zahřátí jejích součástí a po dosažení 70-90 stupňů je iontová bariéra zničena v anodové oblasti. Z tohoto důvodu začne lithium do něj integrované přicházet do styku s elektrolytem, což způsobuje uvolňování plynů ze skupiny uhlovodíků (metan a podobně). V přítomnosti výbušné směsi zůstává hlavní složkou nezbytnou pro vznícení - kyslík.
Výsledná směs začíná vařit uvnitř těsně uzavřeného krytu, což nevyhnutelně vede ke skoku teploty a tlaku v něm. Když kompozice dosáhne kritického stavu (plus 180-200 stupňů), částice katody začnou podporovat reakci s hojným vývojem kyslíku. Tehdy došlo k explozi doprovázené náhlým zvýšením teploty (až 300-600 stupňů) a hojným uvolňováním tepla.
Jak se chránit před výbušným procesem
Výrobci baterií poskytují několik úrovní ochrany před nepříjemnými účinky podle principu: čím silnější je model, tím více je těchto úrovní. Jeden z nich obsahuje separátor, který vytváří nepřekonatelnou bariéru pro rozvoj dendritů v bateriové části při prudkém teplotním skoku. Pokud ale dojde k lavinovému procesu, nemá separátor čas na „práci“; okamžitě se roztaví.
Mají také speciální ventily a pojistky na ochranu baterií. Uživatel bude schopen se vyhnout popsaným nepříjemným účinkům, pokud se zařízením zachází opatrně (neházejte s ním a nabíjejte jej správně).