Когда уровень заряда батареи вашего телефона на исходе, «тревога батареи» может быть невыносимой. В результате внешние аккумуляторы стали «необходимостью» во время путешествий или деловых поездок, такой же, как удостоверение личности или кошелек. В конце концов, в незнакомой обстановке разряженный телефон ощущается как цифровое отключение. Навигация дает сбои, платежи отклоняются, и вы не можете ни с кем связаться. Это чувство паники может действительно вывести вас из равновесия. Однако недавние случаи возгорания внешних аккумуляторов потрясли отрасль, вызвав широкие дискуссии об их безопасности. 26 июня 2025 года Управление гражданской авиации Китая выпустило новые правила, запрещающие несоответствующие требованиям внешние аккумуляторы. Управление потребовало, чтобы они прошли сертификацию 3C перед посадкой в самолет. Проблема началась 20 марта 2025 года, когда литиевая батарея загорелась в багажном отделении рейса из Ханчжоу в Гонконг, что привело к аварийной посадке.
1 Почему литиевые батареи загораются?
Расследование показало, что причиной пожара стало короткое замыкание в аккумуляторе Romoss ёмкостью 20 000 мА·ч. Затем, 31 мая и 13 июня, на рейсах произошло ещё два подобных инцидента. Проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов часто проявляются в виде возгораний и даже взрывов. Корневая причина этих проблем кроется в тепловом разгоне внутри аккумулятора. Кроме того, внешние факторы, такие как перезаряд, источники возгорания, сжатие, проколы и короткие замыкания, также могут стать причиной проблем безопасности. Выделение газа — один из основных признаков выхода из строя литий-ионного аккумулятора.
При возгорании литий-ионного аккумулятора происходит быстрое выделение большого количества белого дыма, состоящего в основном из паров или продуктов разложения электролита. На ранних стадиях пожара разница в цвете дыма является одним из наиболее заметных признаков, отличающих возгорание литий-ионного аккумулятора от обычного возгорания. После теплового разгона горючие газы, выделяемые аккумулятором, смешиваются с воздухом, образуя взрывоопасную смесь. Под воздействием высокотемпературных частиц, выделяемых аккумулятором, может произойти локальный взрыв, часто сопровождающийся взрывными звуками на ранних стадиях пожара.
2 меры по предотвращению взрывов литиевых аккумуляторов
Проблемы безопасности, связанные с литий-ионными аккумуляторами, сложны и многогранны. Наибольшую опасность представляет случайное внутреннее короткое замыкание, которое приводит к мгновенному выходу из строя, ведущему к тепловому пробою. Поэтому разработка и использование материалов с высокой термостойкостью — основополагающий подход к повышению безопасности литий-ионных аккумуляторов в будущем.
1) Повышение термостойкости материалов аккумуляторов
Катодные материалы: Термическую стабильность можно повысить путем оптимизации условий синтеза, совершенствования методов синтеза или использования методов легирования и нанесения покрытия на поверхность.
Анодные материалы: Термическая стабильность анодных материалов зависит от типа материала, размера частиц и стабильности плёнки SEI (межфазной плёнки твёрдого электролита). Качество плёнки SEI напрямую влияет на зарядно-разрядные характеристики и безопасность аккумулятора. Слабое окисление поверхности углеродных материалов или использование восстановленных, легированных или поверхностно-модифицированных углеродных материалов может улучшить качество плёнки SEI. Сферические или волокнистые углеродные материалы также способствуют улучшению качества SEI.
Стабильность электролита: Стабильность электролита зависит от типа литиевой соли и используемого растворителя. Литиевые соли с лучшей термической стабильностью и растворители с более широким электрохимическим диапазоном могут улучшить термическую стабильность аккумулятора.
2) Улучшение защиты от перезаряда
Для предотвращения перезаряда обычно используются специальные схемы зарядки, управляющие процессом зарядки и разрядки аккумулятора. Для дополнительной защиты от перезаряда на отдельные аккумуляторы могут быть установлены предохранительные клапаны. Также может использоваться резистор с положительным температурным коэффициентом (PTC), который увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора при его нагревании во время перезаряда, тем самым ограничивая ток перезаряда. Также могут использоваться специальные сепараторы. Когда температура разделитель поднимается слишком высоко из-за ненормальных условий работы батареи, поры сепаратора сжимаются и закупориваются, что препятствует миграции ионов лития и предотвращает перезарядку.
3) Твердотельные батареи
В твердотельных аккумуляторах используются твердые электролиты, заменяющие легковоспламеняющиеся жидкие электролиты, используемые в традиционных жидкостных аккумуляторах. Это принципиально исключает риски безопасности, связанные с утечкой и возгоранием электролита, повышая температуру теплового разгона со 120°C до более чем 200°C. Твердотельные аккумуляторы также менее подвержены короткому замыканию, возгоранию или взрыву при воздействии внешних сил, таких как проколы. Даже если аккумулятор проткнуть гвоздем, порезать или согнуть, он все равно останется стабильным.
3. Производительность литиевых аккумуляторов
Теперь рассмотрим методы анализа кривых заряда и разряда литиевых аккумуляторов, включая эффективность заряда, характеристики разряда, оценку ёмкости, оценку внутреннего сопротивления и оценку срока службы. Интерпретация кривых заряда и разряда позволяет получить глубокое представление о производительности и характеристиках аккумулятора, что даёт важные рекомендации по выбору, использованию и оптимизации аккумулятора.
Характеристики литиевых аккумуляторов имеют решающее значение для работы различных электронных устройств и электроинструментов. Кривые заряда и разряда являются одним из ключевых методов оценки характеристик литиевых аккумуляторов, поскольку они визуально отражают изменения напряжения и тока в процессе заряда и разряда. Анализируя эти кривые, можно получить информацию о таких ключевых параметрах, как ёмкость аккумулятора, внутреннее сопротивление и КПД, что, в свою очередь, даёт рекомендации по оптимизации конструкции аккумулятора и повышению его производительности.
4. Анализ кривой заряда литиевого аккумулятора
Кривая заряда и разряда литиевого аккумулятора отображает зависимость между напряжением и разрядной ёмкостью аккумулятора, а также кривую уровня заряда (SOC). В процессе зарядки напряжение постепенно увеличивается, а ток уменьшается. Наклон кривой заряда отражает скорость зарядки: чем круче наклон, тем выше скорость зарядки. При этом плато на кривой заряда указывает на полную зарядку аккумулятора. Напряжение имеет тенденцию к стабилизации.
Эффективность зарядки — важный показатель для оценки эффективности зарядки аккумулятора. Более высокая эффективность зарядки означает, что аккумулятор может более эффективно преобразовывать входную электрическую энергию в запасаемую химическую энергию. Сравнивая фактическую зарядную ёмкость, полученную по кривой зарядки, с теоретической, можно оценить эффективность зарядки. Кроме того, можно отслеживать потери энергии в процессе зарядки, чтобы определить методы повышения эффективности зарядки.
Напряжение окончания зарядки — это значение напряжения при полностью заряженном аккумуляторе. Правильная настройка напряжения окончания зарядки помогает избежать перезаряда и продлить срок службы аккумулятора. Анализируя зарядную кривую, можно определить подходящее напряжение окончания зарядки, обеспечивающее безопасный уровень заряда аккумулятора.
5 Анализ кривой разряда литиевой батареи
В процессе разряда напряжение постепенно снижается, а ток соответственно уменьшается. Форма и наклон разрядной кривой могут предоставить важную информацию о производительности аккумулятора. Более пологая разрядная кривая обычно указывает на хорошую стабильность разряда и стабильную выработку энергии. Кроме того, наблюдая за платообразной областью разрядной кривой, можно оценить изменение напряжения аккумулятора при различной глубине разряда и оценить его разрядную способность.
Площадь под кривой разряда пропорциональна времени разряда. Рассчитав площадь под кривой, можно оценить разрядную ёмкость аккумулятора. Разрядная ёмкость напрямую влияет на время работы и срок службы аккумулятора.
6. Влияние внутреннего сопротивления
Внутреннее сопротивление — это сопротивление внутри аккумулятора, которое влияет на характеристики разряда. Более высокое внутреннее сопротивление приводит к более быстрому падению напряжения и снижению мощности разряда. Анализируя кривую разряда, мы можем оценить внутреннее сопротивление аккумулятора и оценить его влияние на его производительность.
7 Оценка емкости
Ёмкость литиевого аккумулятора определяется количеством заряда, которое он может хранить. Обычно она измеряется в миллиампер-часах (мА·ч) или ампер-часах (А·ч). Интегрируя кривые зарядки и разрядки, можно рассчитать фактическую ёмкость аккумулятора. Кроме того, можно провести несколько циклов зарядки и разрядки, чтобы наблюдать за снижением ёмкости и оценить срок службы аккумулятора.
8 Оценка жизненного цикла
Срок службы аккумулятора определяется способностью аккумулятора сохранять определённый уровень производительности после нескольких циклов зарядки и разрядки. Наблюдая за изменениями кривых заряда и разрядки в течение нескольких циклов, можно оценить срок службы аккумулятора. Если форма и характеристики кривой остаются относительно стабильными после нескольких циклов, это указывает на то, что аккумулятор имеет хороший срок службы. Кроме того, можно проанализировать снижение ёмкости в процессе цикла, чтобы спрогнозировать общий срок службы аккумулятора.
Заключение
Кривая заряда и разряда литиевого аккумулятора отображает взаимосвязь между напряжением и разрядной емкостью аккумулятора, а также кривую остаточной емкости (SOC). Это важный метод для более точного анализа и оценки характеристик аккумулятора. Анализ эффективности заряда, разрядных характеристик, емкости, внутреннего сопротивления и срока службы позволяет получить полное представление о характеристиках аккумулятора. Этот аналитический подход имеет решающее значение для оптимизации конструкции аккумулятора, контроля качества и выбора области применения. На практике сочетание различных методов тестирования и анализа данных позволяет более точно оценить характеристики литиевого аккумулятора, обеспечивая надежную работу различных электронных устройств и электроинструментов.
Компания Epic Powder Machinery специализируется на высококачественных струйных мельницах и решениях для обработки порошков, предлагая передовые технологии для оптимизации производительности и повышения эффективности обработки порошков в различных отраслях. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать, как наше оборудование может улучшить ваш производственный процесс.
