Κατανόηση του εκρηκτικού κινδύνου των μπαταριών ιόντων λιθίου πολυμερών

Με βάση τον τύπο του ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου κατηγοριοποιούνται σε μπαταρίες ιόντων λιθίου υγρού (LIB) και μπαταρίες ιόντων λιθίου πολυμερούς (PLB), γνωστές και ως πλαστικές μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Τα PLB χρησιμοποιούν τα ίδια υλικά ανόδου και καθόδου με τις μπαταρίες υγρών ιόντων λιθίου, συμπεριλαμβανομένων οξειδίου του κοβαλτίου λιθίου, οξειδίου του μαγγανίου λιθίου, τριμερών υλικών και φωσφορικού σιδήρου λιθίου για την κάθοδο και γραφίτη για την άνοδο. Η κύρια διαφορά έγκειται στον ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται: τα PLB αντικαθιστούν τον υγρό ηλεκτρολύτη με έναν στερεό πολυμερή ηλεκτρολύτη, ο οποίος μπορεί να είναι είτε "ξηρός" ή "όπως γέλης". Τα περισσότερα PLB χρησιμοποιούν επί του παρόντος έναν ηλεκτρολύτη πολυμερούς γέλης.

Τώρα, τίθεται το ερώτημα: οι μπαταρίες πολυμερών ιόντων λιθίου εκρήγνυνται πραγματικά; Δεδομένου του μικρού τους μεγέθους και του μικρού τους βάρους, τα PLB χρησιμοποιούνται ευρέως σε φορητούς υπολογιστές, smartphone και άλλα φορητά ηλεκτρονικά. Με αυτές τις συσκευές να μεταφέρονται συχνά, η ασφάλειά τους είναι πρωταρχικής σημασίας. Λοιπόν, πόσο αξιόπιστη είναι η ασφάλεια των PLB και ενέχουν κίνδυνο έκρηξης;

1. Τα PLB χρησιμοποιούν έναν ηλεκτρολύτη που μοιάζει με γέλη, διαφορετικό από τον υγρό ηλεκτρολύτη στις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αυτός ο ηλεκτρολύτης που μοιάζει με γέλη δεν βράζει ούτε παράγει μεγάλες ποσότητες αερίου, εξαλείφοντας έτσι την πιθανότητα βίαιων εκρήξεων.
2. Οι μπαταρίες λιθίου συνήθως συνοδεύονται από πλακέτα προστασίας και αντιεκρηκτική γραμμή για ασφάλεια. Ωστόσο, η αποτελεσματικότητά τους μπορεί να περιοριστεί σε πολλές περιπτώσεις.
3. Τα PLB χρησιμοποιούν εύκαμπτη συσκευασία από αλουμίνιο, σε αντίθεση με το μεταλλικό περίβλημα των υγρών κυψελών. Σε περίπτωση ζητημάτων ασφαλείας, τείνουν να διογκώνονται αντί να εκραγούν.
4. Το PVDF, ως υλικό πλαισίου για PLBs, έχει εξαιρετική απόδοση.

Προφυλάξεις ασφαλείας για PLB:

• Βραχυκύκλωμα: Προκαλείται από εσωτερικούς ή εξωτερικούς παράγοντες, συχνά κατά τη φόρτιση. Η κακή σύνδεση μεταξύ των πλακών της μπαταρίας μπορεί επίσης να οδηγήσει σε βραχυκύκλωμα. Αν και οι περισσότερες μπαταρίες ιόντων λιθίου διαθέτουν προστατευτικά κυκλώματα και αντιεκρηκτικές γραμμές, αυτές μπορεί να μην είναι πάντα αποτελεσματικές.
• Υπερφόρτιση: Εάν ένα PLB φορτιστεί με πολύ υψηλή τάση για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, μπορεί να προκαλέσει εσωτερική υπερθέρμανση και συσσώρευση πίεσης, οδηγώντας σε διαστολή και ρήξη. Η υπερφόρτιση και η βαθιά εκφόρτιση μπορούν επίσης να βλάψουν μη αναστρέψιμα τη χημική σύνθεση της μπαταρίας, επηρεάζοντας σημαντικά τη διάρκεια ζωής της.

Το λίθιο είναι εξαιρετικά αντιδραστικό και μπορεί εύκολα να πάρει φωτιά. Κατά τη διάρκεια της φόρτισης και της εκφόρτισης, η συνεχής θέρμανση της μπαταρίας και η διαστολή των παραγόμενων αερίων μπορεί να αυξήσει την εσωτερική πίεση. Εάν το περίβλημα είναι κατεστραμμένο, μπορεί να οδηγήσει σε διαρροή, πυρκαγιά ή ακόμα και έκρηξη. Ωστόσο, τα PLB είναι πιο πιθανό να διογκωθούν παρά να εκραγούν.

Πλεονεκτήματα των PLBs:

1. Υψηλή τάση λειτουργίας ανά κυψέλη.
2. Μεγάλη πυκνότητα χωρητικότητας.
3. Ελάχιστη αυτοεκφόρτιση.
4. Μεγάλη διάρκεια ζωής, πάνω από 500 κύκλοι.
5. Δεν υπάρχει εφέ μνήμης.
6. Καλή απόδοση ασφάλειας, με χρήση πλαστικής εύκαμπτης συσκευασίας αλουμινίου.
7. Εξαιρετικά λεπτό, μπορεί να χωρέσει σε χώρους με μέγεθος πιστωτικής κάρτας.
8. Ελαφρύ: Δεν χρειάζεται μεταλλικό περίβλημα.
9. Μεγαλύτερη χωρητικότητα σε σύγκριση με μπαταρίες λιθίου ισοδύναμου μεγέθους.
10. Χαμηλή εσωτερική αντίσταση.
11. Εξαιρετικά χαρακτηριστικά εκκένωσης.
12. Απλοποιημένος σχεδιασμός πλακέτας προστασίας.

Μειονεκτήματα των PLBs:

1. Υψηλό κόστος παραγωγής.
2. Ανάγκη για προστατευτικό κύκλωμα.