Zrozumienie ryzyka wybuchowego polimerowych akumulatorów litowo-jonowych

W zależności od rodzaju użytego elektrolitu akumulatory litowo-jonowe dzieli się na ciekłe akumulatory litowo-jonowe (LIB) i polimerowe akumulatory litowo-jonowe (PLB), zwane także plastikowymi akumulatorami litowo-jonowymi.

PLB wykorzystują te same materiały anodowe i katodowe, co ciekłe akumulatory litowo-jonowe, w tym tlenek litu, kobaltu, tlenek litu i manganu, materiały trójskładnikowe i fosforan litowo-żelazowy w przypadku katody i grafit w przypadku anody. Podstawowa różnica polega na zastosowanym elektrolicie: PLB zastępują ciekły elektrolit stałym elektrolitem polimerowym, który może być „suchy” lub „żelopodobny”. Większość PLB wykorzystuje obecnie elektrolit w żelu polimerowym.

Teraz pojawia się pytanie: czy polimerowe akumulatory litowo-jonowe naprawdę eksplodują? Biorąc pod uwagę ich niewielkie rozmiary i niewielką wagę, PLB są szeroko stosowane w laptopach, smartfonach i innych przenośnych urządzeniach elektronicznych. Ponieważ urządzenia te są często noszone przy sobie, ich bezpieczeństwo jest sprawą najwyższej wagi. Jak zatem niezawodne jest bezpieczeństwo PLB i czy stwarzają one ryzyko eksplozji?

1. PLB wykorzystują elektrolit w postaci żelu, różniący się od ciekłego elektrolitu w akumulatorach litowo-jonowych. Ten żelopodobny elektrolit nie wrze ani nie wytwarza dużych ilości gazu, co eliminuje możliwość gwałtownych eksplozji.
2. Baterie litowe są zwykle dostarczane z płytą zabezpieczającą i linią przeciwwybuchową dla bezpieczeństwa. Jednak w wielu sytuacjach ich skuteczność może być ograniczona.
3. PLB wykorzystują elastyczne opakowania z aluminium i tworzywa sztucznego w przeciwieństwie do metalowej obudowy ogniw płynnych. Ze względów bezpieczeństwa mają tendencję do pęcznienia, a nie eksplozji.
4. PVDF, jako materiał szkieletowy dla PLB, sprawdza się doskonale.

Środki ostrożności dotyczące PLB:

• Zwarcie: Spowodowane czynnikami wewnętrznymi lub zewnętrznymi, często podczas ładowania. Słabe połączenie pomiędzy płytami akumulatora może również prowadzić do zwarć. Chociaż większość akumulatorów litowo-jonowych jest wyposażona w obwody ochronne i linie przeciwwybuchowe, nie zawsze są one skuteczne.
• Przeładowanie: Jeśli PLB jest ładowany zbyt wysokim napięciem przez zbyt długi czas, może to spowodować wewnętrzne przegrzanie i wzrost ciśnienia, co prowadzi do rozszerzenia i pęknięcia. Przeładowanie i głębokie rozładowanie może również nieodwracalnie uszkodzić skład chemiczny akumulatora, znacząco wpływając na jego żywotność.

Lit jest wysoce reaktywny i może łatwo się zapalić. Podczas ładowania i rozładowywania ciągłe nagrzewanie akumulatora i rozszerzanie się wytwarzanych gazów może zwiększyć ciśnienie wewnętrzne. Jeśli obudowa zostanie uszkodzona, może to doprowadzić do wycieku, pożaru, a nawet eksplozji. Jednak PLB częściej pęcznieją niż eksplodują.

Zalety PLB:

1. Wysokie napięcie robocze na ogniwo.
2. Duża gęstość pojemności.
3. Minimalne samorozładowanie.
4. Długi cykl życia, ponad 500 cykli.
5. Brak efektu pamięci.
6. Dobre parametry bezpieczeństwa dzięki zastosowaniu elastycznych opakowań z aluminium i plastiku.
7. Ultracienki, mieści się w miejscach wielkości karty kredytowej.
8. Lekki: nie ma potrzeby stosowania metalowej obudowy.
9. Większa pojemność w porównaniu do akumulatorów litowych o tej samej wielkości.
10. Niski opór wewnętrzny.
11. Doskonałe właściwości rozładowania.
12. Uproszczona konstrukcja płyty zabezpieczającej.

Wady PLB:

1. Wysoki koszt produkcji.
2. Potrzeba obwodów ochronnych.