Els bancs elèctrics d'ions de liti-són segurs?

Per entendre els perills de seguretat dels bancs d'energia, primer hem d'aprofundir en el seu nucli: el món de les bateries d'ions de liti-. Des de telèfons mòbils i ordinadors portàtils fins a bancs d'energia, la durada de la bateria dels dispositius electrònics moderns depèn d'aquest dispositiu complex però{2}}intensiu en energia. La seva creació va suposar una revolució en la tecnologia de les bateries, però les seves característiques inherents també van sembrar les llavors del risc.

1. Els tres components bàsics de les bateries d'ions de liti-

L'estructura d'una bateria d'ions de liti-no és complexa. El seu nucli consta de tres parts: l'elèctrode positiu, l'elèctrode negatiu i l'electròlit, juntament amb un separador i una carcassa, formant un "sistema de cicle energètic" tancat.

L'elèctrode positiu és el "reservori" dels ions de liti, jugant un paper crucial per emmagatzemar-los i alliberar-los. Actualment, els dos materials d'elèctrodes positius més comuns al mercat són l'òxid de cobalt de liti i el fosfat de ferro de liti. L'òxid de cobalt de liti té una densitat d'energia més alta, la qual cosa permet que els bancs d'energia siguin més petits i lleugers i, per tant, s'utilitza àmpliament en l'electrònica de consum; no obstant això, la seva estabilitat tèrmica és relativament pobre i és propens a la descomposició a altes temperatures o condicions anormals. Els materials de fosfat de ferro de liti (LFP), d'altra banda, presenten una estabilitat tèrmica extremadament alta i un factor de seguretat més alt, però tenen una densitat d'energia més baixa i requereixen un volum més gran per a la mateixa capacitat. S'utilitzen principalment en aplicacions amb requisits de seguretat extremadament elevats, com ara vehicles d'energia nova i dispositius d'emmagatzematge d'energia a gran-escala.

L'elèctrode negatiu, la "residència temporal" dels ions de liti, està fet principalment de grafit. El grafit té una estructura en capes, com les "cèl·lules" ordenades. Durant la càrrega, els ions de liti es poden incrustar fàcilment en aquestes "cel·les" per a l'emmagatzematge; durant la descàrrega, es poden separar ordenadament de les "cel·les" i tornar a l'elèctrode positiu. Tanmateix, si el mètode de càrrega és inadequat, els ions de liti poden dipositar-se anormalment a la superfície del grafit, formant cristalls dendrítics de metall de liti o "dendrites", que suposen un risc significatiu de seguretat.

L'electròlit, el "canal llançadora" dels ions de liti, sol ser un dissolvent orgànic, com els compostos de carbonat. La seva funció és permetre que els ions de liti es moguin lliurement entre els elèctrodes positius i negatius, completant la conversió de l'energia elèctrica en energia química. Tanmateix, aquest dissolvent orgànic és altament inflamable. Un cop exposat a altes temperatures o flames obertes, es cremarà ràpidament i fins i tot es pot descompondre per produir grans quantitats de gasos inflamables. Aquesta és la raó clau per la qual les bateries de liti cremen tan intensament.

A més, a l'interior de la bateria hi ha un separador de només micròmetres de gruix, que actua com a "tallafoc" entre els elèctrodes positius i negatius, evitant el contacte directe. El separador està fet típicament de polipropilè o polietilè, amb una estructura microporosa que permet el pas dels ions de liti però bloqueja els electrons. No obstant això, aquest "tallafocs" és molt fràgil i pot perdre la seva funció aïllant si se sotmet a danys físics o temperatures elevades.

2. Densitat d'energia: una espasa de doble-tall de comoditat i risc

L'avantatge bàsic de les bateries d'ions de liti-com a font d'alimentació preferida per als dispositius electrònics moderns rau en la seva ultra-densitat d'energia-la capacitat d'emmagatzemar molta més energia elèctrica per unitat de volum o pes que les bateries tradicionals. Per exemple, un banc d'energia de la mida de la palma-pot tenir una capacitat de 10.000 mAh, suficient per carregar un telèfon mòbil 2-3 vegades, mentre que una bateria de níquel-cadmi de la mateixa capacitat pot ser més de tres vegades més gran i pesada.

La comoditat que aporta aquesta alta densitat d'energia és-evident: no cal portar bancs d'energia voluminosos en sortir; Els bancs d'energia es poden posar fàcilment a una motxilla o butxaca, cosa que us permetrà reposar els vostres dispositius en qualsevol moment i en qualsevol lloc. Tanmateix, com més concentrada és l'energia, més gran és el risc. Igual que els explosius, una petita quantitat d'explosius és relativament segura, però si està molt concentrada, fins i tot una petita espurna pot desencadenar una explosió violenta. L'alta densitat d'energia de les bateries d'ions de liti-essencialment comprimeix una gran quantitat d'energia química en un espai reduït. Una vegada que aquesta energia química s'activa accidentalment, s'alliberarà a un ritme extremadament ràpid, creant un desastre incontrolable.

3. Sistema de gestió de la bateria (BMS): un "administrador intel·ligent" segur

Els bancs d'alimentació de bateries de liti dels fabricants de renom estan equipats amb un sistema de gestió de la bateria (BMS), que actua com a "gestor intel·ligent" del banc d'energia, supervisant i protegint l'estat de funcionament de la bateria.

Les funcions bàsiques del BMS inclouen la protecció de sobrecàrrega, la protecció de sobre-descàrrega, la protecció de curt-circuits i la protecció de sobre-temperatura. Durant la càrrega, quan la bateria està completament carregada, el BMS talla automàticament el circuit de càrrega per evitar que els ions de liti excessius s'incorporin a l'elèctrode negatiu. Durant la descàrrega, quan el nivell de càrrega cau per sota d'un llindar segur, s'atura la descàrrega per evitar que l'estructura del material de l'elèctrode positiu es col·lapsi. Si es detecta un curtcircuit entre els elèctrodes positius i negatius, talla immediatament el corrent. Quan la temperatura de la bateria supera el rang segur, s'inicia un programa de refrigeració o deixa de funcionar.

L'alt risc de bancs d'alimentació deficients es deu en gran part a l'omissió d'un BMS o a l'ús d'un BMS de-qualitat molt baixa. Sense el seguiment d'aquest "gestor intel·ligent", la bateria és com un cavall fugitiu; un cop es produeix una anomalia, les mesures de protecció no es poden prendre a temps, provocant fàcilment una fuga tèrmica.

ACEY-BMS-1Màquina de prova de BMSs'utilitza en la prova de seguretat del tauler de protecció de la bateria de liti, per detectar si els indicadors funcionals del tauler de protecció estan dins dels paràmetres raonables, per proporcionar un conjunt d'estàndards de prova al personal, que afavoreix la millora de l'eficiència de la producció i facilita el control de qualitat.

La combustió espontània i l'explosió dels bancs d'energia de les bateries d'ions de liti-són essencialment reaccions en cadena desencadenadas per una "fuga tèrmica". La fugida tèrmica es refereix a l'acumulació contínua de calor a l'interior de la bateria, fent que la temperatura augmenti contínuament, que al seu torn desencadena una sèrie de reaccions exotèrmiques que, finalment, condueixen a un procés de combustió i explosió irreversible. Aquest procés sol durar només uns quants segons a desenes de segons, és extremadament ràpid i és difícil d'interrompre manualment.

1. Curtcircuit intern: una "bomba de temps" amagada dins de la bateria

Els curtcircuits interns són una de les principals causes de fuga tèrmica, referint-se al contacte directe entre els elèctrodes positius i negatius de la bateria mitjançant impureses internes o dendrites, formant un bucle de corrent.

La formació de curtcircuits interns té principalment dues causes: En primer lloc, defectes en el procés de fabricació. Si durant la producció de la bateria es barregen impureses com ara restes metàl·liques a l'elèctrode positiu, l'elèctrode negatiu o el separador, aquestes impureses poden convertir-se en "ponts" entre els elèctrodes positius i negatius, provocant un curtcircuit. En segon lloc, les dendrites es van formar durant-l'ús a llarg termini. Durant la càrrega, els ions de liti s'incorporen a l'estructura en capes del grafit de l'elèctrode negatiu. Tanmateix, si el corrent de càrrega és massa elevat, el nombre de cicles de càrrega és massa nombros o s'utilitza un carregador incompatible, alguns ions de liti no s'incorporaran amb èxit i, en canvi, es dipositaran a la superfície de l'elèctrode negatiu, formant cristalls dendrítics de liti metàl·lic (dendrítices). Amb el pas del temps, aquestes dendrites creixen i, finalment, perforen el separador de mida -micra, connectant els elèctrodes positius i negatius i provocant un curtcircuit.

Un cop es produeix un curtcircuit intern, es genera instantàniament un gran corrent dins de la bateria. Segons la llei de Joule, el corrent que flueix per una resistència genera una gran quantitat de calor. En pocs segons, la temperatura interna de la bateria pot augmentar fins a centenars de graus centígrads. Aquesta alta temperatura fa que l'electròlit es cremi ràpidament, descomposant-se en gasos inflamables com l'hidrogen i el monòxid de carboni. La pressió interna de la bateria augmenta dràsticament, fent que la carcassa es trenqui. Els gasos de fuita es barregen amb l'aire i, en contacte amb l'alta temperatura, s'encenen una deflagració.

En un incident de 2024 que va implicar una certa marca de banc d'energia que es combusti espontàniament, les proves van revelar que la presència d'impureses metàl·liques a l'interior de la bateria, després d'un ús prolongat, va provocar un curtcircuit intern, que va provocar una fuga tèrmica.

2. Curtcircuit extern: el risc més fàcil de passar per alt en l'ús diari

Un curtcircuit extern es produeix quan els terminals positius i negatius d'una bateria estan connectats directament a través d'un objecte metàl·lic extern, formant un bucle de corrent i generant instantàniament altes temperatures.

Les causes dels curtcircuits externs són molt comunes, la majoria derivades de mals hàbits d'ús. Per exemple, col·locar un banc d'energia a la mateixa butxaca o al compartiment de la motxilla que les claus, les monedes o els cables de dades pot provocar que aquests objectes metàl·lics entrin en contacte accidentalment amb els terminals positius i negatius del banc d'energia, creant un curtcircuit. El risc és encara més gran per als bancs d'alimentació sense cobertes protectores als ports-l'extrem afilat d'una clau es pot inserir fàcilment al port, fent contacte simultàniament amb els contactes metàl·lics positius i negatius.

A més, els ports danyats del banc d'energia o l'aïllament del cable de dades trencat també poden provocar curtcircuits externs. Per exemple, els cables metàl·lics exposats d'un cable de dades poden entrar en contacte amb el port del banc d'alimentació, provocant potencialment un curtcircuit. Les altes temperatures generades per un curtcircuit extern poden encendre directament la carcassa del banc d'energia o els materials inflamables circumdants, provocant potencialment un incendi.

El 2023, un estudiant universitari va col·locar un banc d'energia i claus a la butxaca lateral de la seva motxilla. Mentre caminava, les tecles van bloquejar accidentalment el port del banc d'energia, provocant un curtcircuit extern. Uns minuts més tard, la motxilla va començar a fumar. Afortunadament, es va descobrir a temps i es va extingir amb un extintor, evitant greus conseqüències.

3. Sobrecàrrega i sobre{1}}descàrrega: perills ocults d'hàbits de càrrega inadequats

La sobrecàrrega i la sobre{0}}descàrrega fan referència a una bateria que supera la seva capacitat nominal durant la càrrega o que cau per sota de la seva capacitat mínima segura durant la descàrrega. Ambdues situacions danyen l'estructura de la bateria i poden provocar una fuga tèrmica.

La sobrecàrrega és especialment perillosa. Quan una bateria està completament carregada, si la càrrega continua, els ions de liti excessius s'incorporen a la força al grafit de l'elèctrode negatiu, fent que l'estructura en capes del grafit es col·lapsi i es trenqui. Simultàniament, l'excés d'ions de liti precipiten liti metàl·lic a la superfície de l'elèctrode negatiu, reaccionant violentament amb l'electròlit i alliberant una gran quantitat de calor. A més, la sobrecàrrega pot augmentar la pressió interna de la bateria, fent que el separador es redueixi o fins i tot es trenqui, provocant un curtcircuit entre els elèctrodes positius i negatius.

La causa principal de la sobrecàrrega és l'ús de carregadors inferiors o incompatibles. Per exemple, utilitzar un carregador amb un corrent de sortida excessivament elevat per carregar un banc d'energia, o utilitzar un carregador de qualitat inferior sense protecció contra sobrecàrregues. Alguns usuaris solen carregar els seus bancs d'energia durant la nit. Tot i que el BMS d'un banc d'energia legítim desconnectarà l'alimentació quan estigui completament carregat, un BMS que no funciona o un carregador de -mala qualitat pot provocar una sobrecàrrega.

La{0}}descàrrega excessiva és igualment perillosa. Quan una bateria es descarrega excessivament-, l'estructura cristal·lina del material de l'elèctrode positiu pateix danys irreversibles, provocant una disminució de la capacitat de la bateria i la generació d'una gran quantitat de calor i substàncies inestables. Deixar un banc d'energia completament esgotat i inactiu durant períodes prolongats pot provocar el risc de-descàrrega excessiva.

4. Entorns d'-alta temperatura: un catalitzador per a les explosions de risc accelerades

Les altes temperatures són l'"enemic" de les bateries de liti, augmentant significativament la probabilitat de fuga tèrmica. Els entorns d'alta-temperatura acceleren les reaccions laterals químiques internes, redueixen l'estabilitat del separador i fan que l'electròlit sigui més propens a la descomposició i la generació de gas.

Els ambients d'alta-temperatura són habituals a la vida diària: les finestres exposades a la llum solar directa a l'estiu poden arribar a temperatures superiors als 50 graus ; l'interior d'un cotxe aparcat a l'aire lliure pot fins i tot superar els 60 graus; col·locar un banc d'energia a prop de fonts de calor com radiadors o microones també farà que la seva temperatura augmenti.

En entorns d'alta-temperatura, les reaccions químiques dins de la bateria s'acceleren significativament i el moviment dels ions de liti es torna anormalment vigorós, provocant fàcilment el creixement de les dendrites i el dany del separador. Simultàniament, la inflamabilitat de l'electròlit augmenta amb la temperatura i s'encén immediatament en contacte fins i tot amb una petita espurna o l'alta temperatura generada per un curtcircuit.

L'estiu del 2024, el propietari d'un cotxe va col·locar un banc d'energia al tauler de comandament dins del seu cotxe. Després de mig dia d'exposició a la llum solar directa, el banc d'energia va explotar i va trencar la finestra del cotxe. Les proves van revelar que la temperatura a l'interior del cotxe va arribar als 65 graus, superant amb escreix la temperatura de funcionament segura del banc d'energia (generalment 0 graus -45 graus).

5. Tot el procés de reacció en cadena de fuga tèrmica

Un cop s'activa la fuga tèrmica, forma una reacció en cadena irreversible. Tot el procés es pot dividir en quatre etapes:

Etapa 1:Acumulació de calor. Tant si es tracta d'un curtcircuit intern, un curtcircuit extern, una sobrecàrrega/sobre-descàrrega o un entorn d'alta-temperatura, tot farà que la temperatura interna de la bateria augmenti. En aquest moment, la bateria pot presentar un lleuger sobreescalfament, abombament, etc., que són signes d'advertència de fuga tèrmica.

Etapa 2:Combustió d'electròlits. Quan la temperatura arriba al punt d'inflamació de l'electròlit (generalment entre 130 i 200 graus), l'electròlit començarà a cremar, alliberant una gran quantitat de calor i gas inflamable. La temperatura de la bateria augmentarà ràpidament a més de 500 graus.

Etapa 3:Explosió de pressió. El gas inflamable s'acumula contínuament a l'interior de la carcassa de la bateria segellada i la pressió continua augmentant. Quan la pressió supera el límit de tolerància de la carcassa, la carcassa es trencarà i el gas s'expulsarà instantàniament.

Etapa 4:Deflagració i propagació. Quan el gas inflamable expulsat es barreja a fons amb l'aire, explotarà violentament en trobar-se amb les altes temperatures dins de la bateria o una flama oberta, produint una gran quantitat de fum i flames. La temperatura de la flama pot arribar als 1000 graus i es produeixen gasos tòxics durant el procés de combustió, cosa que el fa extremadament perillós.

Els riscos dels bancs d'alimentació de bateries de liti no són inevitables. Dominant els mètodes d'ús científics, aquests riscos es poden reduir de manera efectiva. Des de la selecció i l'ús fins a l'emmagatzematge i el manteniment, cada pas té límits de seguretat clars. L'adhesió a aquests límits garanteix que el banc d'energia segueixi sent un "bloc energètic" segur.

1. Selecció: eliminació de riscos en l'origen

La selecció és el primer pas i el més crucial per a un ús segur. Els bancs d'energia de qualitat inferior a la norma presenten riscos per a la seguretat des del començament de la seva producció.

• Cerqueu la certificació 3C. 3La certificació C és una certificació de producte obligatòria a la Xina. Com a productes elèctrics, els bancs d'energia han de passar la certificació 3C per vendre's al mercat. Quan compreu, comproveu si hi ha una marca de certificació 3C clara i vàlida a la carcassa del banc d'energia. La marca ha d'incloure el número de certificació, la informació del fabricant, etc. No compreu mai productes sense la marca 3C, amb una marca borrosa o els que hagin estat retirats del mercat.
• Trieu marques de renom. Doneu prioritat a la compra de bancs d'energia de marques-conegudes com Huawei, Xiaomi, Apple i Ugreen, ja que aquestes marques tenen processos de fabricació més estandarditzats. També prioritzeu la compra de bancs d'energia amb bateries d'empreses líders com ATI, EVE Energy, Changhong Energy i Zijian Electronics, ja que aquests fabricants controlen estrictament la qualitat de les matèries primeres i equipen els seus productes amb sistemes BMS complets. Eviteu comprar "tres-no" productes (productes sense el nom, l'adreça o la data de producció del fabricant), ja que solen ser barats, utilitzen bateries inferiors i processos de fabricació rudimentaris i no ofereixen garanties de seguretat.

• Preste atenció a la capacitat i les especificacions. Trieu un banc d'energia amb una capacitat adequada a les vostres necessitats. En general, un banc d'energia de 10.000 mAh-20.000 mAh és suficient per viatjar diari. A més, comproveu les especificacions del producte per assegurar-vos que la tensió i el corrent de sortida coincideixen amb els vostres dispositius electrònics per evitar anomalies de càrrega a causa de desajustos.

• Inspeccioneu l'aspecte i la mà d'obra. Quan compreu, comproveu acuradament si la carcassa del banc d'energia està llisa i sense danys, si les interfícies són segures i no estan soltes i si els botons responen. Si la carcassa té rebaves, buits o interfícies soltes evidents, indica una mala mà d'obra i no es recomana la compra.

2. Ús: Desenvolupar Bons hàbits

Els hàbits d'ús correctes són clau per evitar riscos. Molts accidents de seguretat deriven d'un ús inadequat.

• Utilitzeu accessoris originals o qualificats. Quan carregueu, utilitzeu el carregador i el cable de dades originals del banc d'energia, o trieu accessoris de marques reconegudes que coincideixin amb les especificacions del banc d'energia. Eviteu utilitzar cables de dades inferiors o carregadors universals, ja que aquests poden tenir un corrent inestable o un aïllament danyat, que pot provocar sobrecàrregues o curtcircuits fàcilment.

• Eviteu la sobrecàrrega i la sobre{0}}descàrrega. No carregueu el banc d'energia durant la nit. Es recomana desconnectar la font d'alimentació immediatament després que la bateria estigui completament carregada. Durant l'ús diari, no espereu fins que el banc d'energia s'esgoti completament abans de recarregar-lo. Es recomana recarregar quan el nivell de la bateria estigui entre el 20% i el 30% per evitar una-descàrrega excessiva.

• Mantenir allunyat d'entorns extrems. Eviteu utilitzar el banc d'energia en entorns d'alta-temperatura, baixa-temperatura o humit. No l'utilitzeu ni el carregueu sota la llum solar directa, en cotxes calents o als banys. En entorns de baixa-temperatura, la capacitat de la bateria disminuirà; no forçau la càrrega en aquestes condicions per evitar danyar la bateria.

• Evitar danys físics. Durant l'ús, eviteu danys físics al banc d'energia, com ara caure, estrènyer, punxar o doblegar-lo. No col·loqueu el banc d'energia sota objectes pesats, no el desmunteu i no punxeu la carcassa del banc d'energia amb objectes punxants.

• Gestionar ràpidament les situacions anormals. Si observeu que el banc d'energia s'escalfa, s'abomba, fuma o emet una olor inusual durant l'ús, deixeu d'utilitzar-lo immediatament, desconnecteu-lo i col·loqueu-lo en un lloc obert i no-inflamable perquè es refredi de manera natural. No el tornis a utilitzar.

3. Emmagatzematge i manteniment: allargament de la vida útil + reducció del risc

L'emmagatzematge i el manteniment adequats no només prolonguen la vida útil del banc d'energia, sinó que també redueixen encara més els riscos de seguretat.

• Mantenir un entorn d'emmagatzematge adequat. Els bancs d'energia que no s'utilitzen durant períodes prolongats s'han d'emmagatzemar en un lloc sec, ventilat i fresc, amb la temperatura mantinguda entre 10 i 30 graus. No emmagatzemeu els bancs d'energia amb objectes inflamables, explosius o metàl·lics per evitar curtcircuits o incendis.

• Carregueu el banc d'energia amb regularitat. Si el banc d'energia no s'utilitza durant un període prolongat, es recomana recarregar la càrrega cada 1-2 mesos, mantenint-la al voltant del 50%-70%. Això protegeix eficaçment la bateria i evita una descàrrega excessiva que podria danyar-la.

• Comproveu regularment el seu estat. Inspeccioneu regularment l'aspecte, els ports i els cables del banc d'energia. Si trobeu algun dany a la carcassa, ports solts o cables envellits, deixeu d'utilitzar-lo immediatament i poseu-vos en contacte amb el fabricant per a la reparació o la substitució.

• No el modifiqueu vosaltres mateixos. No desmunteu ni modifiqueu mai el banc d'energia per aconseguir una capacitat més gran o velocitats de càrrega més ràpides. Les modificacions danyaran l'estructura de la bateria i el BMS, augmentant significativament els riscos de seguretat.

La invenció dels bancs d'energia de bateries de liti ens ha facilitat molt la vida, alliberant-nos de l'ansietat de quedar-nos sense energia mentre viatgem, treballem o estudiem. Tanmateix, darrere d'aquesta comoditat hi ha un profund respecte pels límits de seguretat. És alhora una "font d'energia" a les nostres mans i un potencial "botó de pólvora". La clau rau en si podem entendre els seus protocols de seguretat i adherir-nos als límits de seguretat del seu ús.

ACEY-MLW-200TMàquina de soldadura per punts làseraplicat de soldadura de pestanyes per a bancs d'alimentació i font d'alimentació mòbil.

Contacta ara