Eru lithium-ion Power Banks öruggir?

Til að skilja öryggishættu rafbanka verðum við fyrst að kafa ofan í kjarna þeirra – heim litíum-jónarafhlöðna. Allt frá farsímum og fartölvum til rafbanka, rafhlöðuending nútíma rafeindatækja byggir á þessu flókna en samt orkufreka tæki. Tilurð þess var bylting í rafhlöðutækni, en eðlislægir eiginleikar hennar sáðu einnig fræjum áhættu.

1. Þrír kjarnaíhlutir litíum-jónarafhlöður

Uppbygging litíum-jónarafhlöðu er ekki flókin. Kjarni þess samanstendur af þremur hlutum: jákvæða rafskautið, neikvæða rafskautið og raflausnin, ásamt skilju og hlíf, sem mynda lokað „orkuhringrásarkerfi“.

Jákvæða rafskautið er „lón“ fyrir litíumjónir og gegnir mikilvægu hlutverki við að geyma þær og losa þær. Sem stendur eru tvö algengustu jákvæðu rafskautsefnin á markaðnum litíumkóbaltoxíð og litíumjárnfosfat. Litíum kóbaltoxíð hefur meiri orkuþéttleika, sem gerir kraftbanka kleift að vera minni og léttari, og er því mikið notað í rafeindatækni fyrir neytendur; Hins vegar er hitastöðugleiki þess tiltölulega lélegur og það er viðkvæmt fyrir niðurbroti við háan hita eða óeðlilegar aðstæður. Lithium iron phosphate (LFP) efni hafa aftur á móti mjög mikinn varmastöðugleika og hærri öryggisstuðul, en hafa lægri orkuþéttleika og þurfa stærra rúmmál fyrir sömu getu. Þau eru fyrst og fremst notuð í forritum með mjög miklar öryggiskröfur, svo sem ný orkutæki og stór-orkugeymslutæki.

Neikvæða rafskautið, „tímabundið búseta“ fyrir litíumjónir, er aðallega úr grafíti. Grafít hefur lagskipt uppbyggingu, eins og snyrtilega raðað "frumur". Meðan á hleðslu stendur geta litíumjónir auðveldlega fellt sig inn í þessar „frumur“ til geymslu; við losun geta þeir losnað skipulega frá „frumunum“ og farið aftur í jákvæða rafskautið. Hins vegar, ef hleðsluaðferðin er óviðeigandi, geta litíumjónir sett sig óeðlilega á grafítyfirborðið, myndað dendritíska litíummálmkristalla, eða "dendrita", sem hafa í för með sér verulega öryggisáhættu.

Raflausnin, "skutlurásin" fyrir litíumjónir, er venjulega lífræn leysir, svo sem karbónatsambönd. Hlutverk þess er að leyfa litíumjónum að hreyfa sig frjálst á milli jákvæðu og neikvæðu rafskautanna og ljúka umbreytingu raforku í efnaorku. Hins vegar er þessi lífræni leysir mjög eldfimur. Þegar það hefur orðið fyrir háum hita eða opnum eldi mun það brenna hratt og getur jafnvel brotnað niður og myndað mikið magn af eldfimum lofttegundum. Þetta er lykilástæðan fyrir því að litíum rafhlöður brenna svo mikið.

Ennfremur, inni í rafhlöðunni er aðeins míkrómetra þykk skilju, sem virkar sem "eldveggur" á milli jákvæðu og neikvæðu rafskautanna, sem kemur í veg fyrir beina snertingu. Skiljan er venjulega gerð úr pólýprópýleni eða pólýetýleni, með örgljúpri uppbyggingu sem gerir litíumjónum kleift að fara í gegnum en blokkar rafeindir. Hins vegar er þessi „eldveggur“ ​​mjög viðkvæmur og getur tapað einangrunarvirkni sinni ef hann verður fyrir líkamlegum skemmdum eða háum hita.

2. Orkuþéttleiki: Tvíeggjað-sverð þæginda og áhættu

Kjarni kosturinn við litíum-jónarafhlöður sem ákjósanlegur aflgjafi nútíma rafeindatækja liggur í ofur-miklum orkuþéttleika-þeirra getu til að geyma mun meiri raforku á hverja rúmmálseiningu eða þyngd en hefðbundnar rafhlöður. Til dæmis getur rafbanki á stærð við lófa-stærð haft 10.000 mAh afkastagetu, nóg til að hlaða farsíma 2-3 sinnum, en nikkel-kadmíum rafhlaða með sömu getu getur verið meira en þrisvar sinnum stærri og þyngri.

Þægindin sem þessi mikla orkuþéttleiki veldur eru sjálf-sjálfsög: það er engin þörf á að vera með fyrirferðarmikla rafmagnsbanka þegar farið er út; Auðvelt er að setja rafmagnsbanka í bakpoka eða vasa, sem gerir þér kleift að fylla á tækin þín hvenær sem er og hvar sem er. Hins vegar, því einbeittari orkan, því meiri áhætta. Eins og sprengiefni er lítið magn af sprengiefni tiltölulega öruggt, en ef það er mjög einbeitt getur jafnvel lítill neisti kallað fram harkalega sprengingu. Mikil orkuþéttleiki litíum-jónarafhlöður þjappar í raun saman miklu magni af efnaorku í lítið rými. Þegar þessi efnaorka kemur óvart af stað losnar hún á mjög hröðum hraða og skapar óviðráðanlegar hörmungar.

3. Rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS): Öruggur „snjallstjóri“

Lithium rafhlöðubankar virtra framleiðenda eru búnir rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS), sem virkar sem „snjallstjóri“ rafhlöðunnar, sem fylgist með og verndar rekstrarstöðu rafhlöðunnar.

Kjarnaaðgerðir BMS fela í sér ofhleðsluvörn, yfir-hleðsluvörn, skammhlaupsvörn-og yfir-hitavörn. Meðan á hleðslu stendur, þegar rafhlaðan er fullhlaðin, slekkur BMS sjálfkrafa á hleðslurásinni til að koma í veg fyrir að of mikið af litíumjónum komist inn í neikvæða rafskautið. Við afhleðslu, þegar hleðslustigið fer niður fyrir örugga þröskuld, hættir það að losna til að koma í veg fyrir að jákvæð rafskautsefnisbyggingin hrynji. Ef skammhlaup greinist á milli jákvæða og neikvæða rafskautsins slítur það strax strauminn. Þegar hitastig rafhlöðunnar fer yfir öruggt svið, byrjar það kælikerfi eða hættir að starfa.

Mikil hætta á ófullnægjandi rafbanka er að miklu leyti vegna þess að BMS er sleppt eða notkun á mjög lélegum -gæða BMS. Án eftirlits þessa "snjalla stjórnanda" er rafhlaðan eins og hestur á flótta; þegar frávik eiga sér stað er ekki hægt að grípa til verndarráðstafana í tæka tíð, sem leiðir auðveldlega til hitauppstreymis.

ACEY-BMS-1BMS prófunarvéler notað í öryggisprófun á litíum rafhlöðuvörn, til að greina hvort hagnýtur vísbendingar um verndarborðið séu innan sanngjarnra breytur, til að veita starfsfólki sett af prófunarstöðlum, sem er til þess fallið að bæta framleiðslu skilvirkni og auðvelda gæðaeftirlit.

Sjálfkveiki og sprenging litíum-rafhlaða rafhlöðubanka eru í rauninni keðjuverkun sem koma af stað „hitaflugi“. Thermal runaway vísar til stöðugrar uppsöfnunar hita inni í rafhlöðunni, sem veldur því að hitastigið hækkar stöðugt, sem aftur kallar á röð útverma viðbragða, sem að lokum leiðir til óafturkræfs bruna- og sprengingarferlis. Þetta ferli tekur venjulega aðeins nokkrar sekúndur til tugi sekúndna, er mjög hratt og erfitt er að trufla það handvirkt.

1. Innri skammhlaup: „Tímasprengja“ falin inni í rafhlöðunni

Innri skammhlaup er ein helsta orsök hitauppstreymis, sem vísar til beinnar snertingar á milli jákvæðra og neikvæðra rafskauta rafhlöðunnar í gegnum innri óhreinindi eða dendrites, sem myndar straumlykkju.

Myndun innri skammhlaupa hefur aðallega tvær orsakir: Í fyrsta lagi galla í framleiðsluferlinu. Ef óhreinindum eins og málmleifum er blandað inn í jákvæða rafskautið, neikvæða rafskautið eða skiljuna meðan á rafhlöðuframleiðslu stendur, geta þessi óhreinindi orðið "brýr" á milli jákvæðu og neikvæðu rafskautanna, sem leiðir til skammhlaups. Í öðru lagi myndast dendritar við langtímanotkun.- Við hleðslu fella litíumjónir sig inn í lagskiptu uppbyggingu grafítsins í neikvæða rafskautinu. Hins vegar, ef hleðslustraumurinn er of hár, fjöldi hleðslulota er of margir, eða ósamrýmanlegt hleðslutæki er notað, munu sumar litíumjónir mistekst að fella inn með góðum árangri og setja í staðinn á yfirborð neikvæða rafskautsins og mynda dendritic lithium málmkristalla (dendritices). Með tímanum stækka þessir dendritar og stinga að lokum í gegnum míkrona-stærð skiljuna, tengja jákvæðu og neikvæðu rafskautin og valda skammhlaupi.

Þegar innri skammhlaup á sér stað myndast mikill straumur samstundis inni í rafhlöðunni. Samkvæmt lögum Joule myndar straumur sem flæðir í gegnum viðnám mikinn hita. Innan nokkurra sekúndna getur innra hitastig rafhlöðunnar farið upp í hundruð gráður á Celsíus. Þetta háa hitastig veldur því að raflausnin brennur hratt og brotnar niður í eldfimar lofttegundir eins og vetni og kolmónoxíð. Innri þrýstingur rafhlöðunnar eykst verulega, sem veldur því að lokum að hlífin rifnar. Lofttegundirnar sem leka blandast lofti og kveikja í snertingu við háan hita.

Í atviki árið 2024 þar sem ákveðin tegund rafmagnsbanka kviknaði sjálfkrafa, sýndu prófanir að tilvist málmóhreininda inni í rafhlöðunni, eftir langvarandi notkun, olli innri skammhlaupi sem leiddi til hitauppstreymis.

2. Ytri skammhlaup: Áhættan sem er auðveldast að gleymast í daglegri notkun

Ytri skammhlaup á sér stað þegar jákvæðu og neikvæðu skautarnir á rafhlöðu eru beintengdir í gegnum ytri málmhlut, mynda straumlykkju og mynda strax háan hita.

Orsakir utanaðkomandi skammhlaups eru mjög algengar, aðallega af lélegum notkunarvenjum. Til dæmis getur það að setja rafmagnsbanka í sama vasa eða bakpokahólf og lyklar, mynt eða gagnasnúrur valdið því að þessir málmhlutir komist óvart í snertingu við jákvæðu og neikvæðu tengi rafmagnsbankans og myndar skammhlaup. Hættan er enn meiri fyrir rafmagnsbanka án hlífðarhlífa á portunum-snöggur endi lykils getur auðveldlega stungið inn í portið og snert samtímis jákvæðu og neikvæðu málmsnerturnar.

Ennfremur geta skemmd rafbankateng eða biluð einangrun gagnasnúru einnig leitt til ytri skammhlaups. Til dæmis geta óvarðir málmvírar í gagnasnúru komist í snertingu við rafmagnsbankatengið, sem gæti valdið skammhlaupi. Hátt hitastig sem myndast af ytri skammhlaupi getur beint kveikt í hlífinni eða nærliggjandi eldfimum efnum og hugsanlega valdið eldi.

Árið 2023 setti háskólanemi rafmagnsbanka og lykla í hliðarvasa bakpoka síns. Meðan á göngunni stóð lentu lyklarnir óvart í tengi rafmagnsbankans, sem olli utanaðkomandi skammhlaupi. Nokkrum mínútum síðar byrjaði bakpokinn að reykja. Sem betur fer uppgötvaðist það í tæka tíð og var slökkt með slökkvitæki sem kom í veg fyrir alvarlegar afleiðingar.

3. Ofhleðsla og-ofhleðsla: Faldar hættur á óviðeigandi hleðsluvenjum

Ofhleðsla og yfir-afhleðsla vísa til þess að rafhlaða fer yfir nafngetu sína við hleðslu eða fer niður fyrir lágmarksöryggisgetu við afhleðslu. Báðar aðstæður skemma rafhlöðubygginguna og geta leitt til hitauppstreymis.

Ofhleðsla er sérstaklega hættuleg. Þegar rafhlaða er fullhlaðin, ef hleðsla heldur áfram, eru of miklar litíumjónir felldar inn í grafít neikvæða rafskautsins með valdi, sem veldur því að lagskipt uppbygging grafítsins hrynur og brotnar. Á sama tíma fellur umfram litíumjónir út málmlitíum á yfirborði neikvæða rafskautsins, hvarfast kröftuglega við raflausnina og losar mikið magn af hita. Ennfremur getur ofhleðsla aukið innri þrýsting rafhlöðunnar, sem veldur því að skiljarinn minnkar eða jafnvel rifnar, sem leiðir til skammhlaups milli jákvæðu og neikvæðu rafskautanna.

Helsta orsök ofhleðslu er notkun óæðri eða ósamrýmanlegra hleðslutækja. Til dæmis að nota hleðslutæki með of háum útstraumi til að hlaða rafmagnsbanka, eða nota ófullnægjandi hleðslutæki án ofhleðsluvarnar. Sumir notendur hlaða vanalega rafmagnsbankana sína á einni nóttu. Þrátt fyrir að lögmæt raforkubankakerfi muni aftengja rafmagnið þegar það er fullhlaðint, getur bilað BMS eða léleg -gæða hleðslutæki leitt til ofhleðslu.

Of-hleðsla er jafn hættuleg. Þegar rafhlaða er of-tæmd verður kristalsbygging jákvæða rafskautsefnisins fyrir óafturkræfum skemmdum sem leiðir til minnkunar á rafhlöðugetu og myndar mikið magn af hita og óstöðugum efnum. Ef rafbanki er algjörlega tæmdur og óvirkur í langan tíma getur það valdið hættu á of-úthleðslu.

4. Hátt-hitaumhverfi: hvati fyrir hraðari hættusprengingar

Hátt hitastig er "óvinur" litíum rafhlöður, sem eykur verulega líkurnar á hitauppstreymi. Hátt-hitaumhverfi flýtir fyrir innri efnafræðilegum hliðarhvörfum, dregur úr stöðugleika skilju og gerir raflausnina viðkvæmari fyrir niðurbroti og gasmyndun.

Hátt-hitaumhverfi er algengt í daglegu lífi: gluggakistur sem verða fyrir beinu sólarljósi á sumrin geta náð yfir 50 gráðu hita; innandyra bíls sem lagt er utandyra getur jafnvel farið yfir 60 gráður; Ef rafmagnsbanki er staðsettur nálægt hitagjöfum eins og ofnum eða örbylgjuofnum mun hitastig hans hækka.

Í háum-hitaumhverfi hraðar efnahvörfunum inni í rafhlöðunni umtalsvert og hreyfing litíumjóna verður óeðlilega kröftug, sem leiðir auðveldlega til dendritvaxtar og skemmda á skiljum. Á sama tíma eykst eldfimi raflausnarinnar með hitastigi og hann kviknar strax við snertingu við jafnvel örlítinn neista eða háan hita sem myndast við skammhlaup.

Sumarið 2024 setti bíleigandi rafmagnsbanka á mælaborðið í bílnum sínum. Eftir hálfan dag í beinu sólarljósi sprakk rafmagnsbankinn og splundraði bílrúðuna. Prófanir leiddu í ljós að hitinn inni í bílnum náði 65 gráðum, sem er langt umfram öruggt rekstrarhitastig rafmagnsbankans (almennt 0 gráður -45 gráður).

5. Allt keðjuverkunarferli hitauppstreymis

Þegar hitauppstreymi er komið af stað myndar það óafturkræf keðjuverkun. Allt ferlið má skipta í fjögur stig:

Stig 1:Hitasöfnun. Hvort sem það er innri skammhlaup, ytri skammhlaup, ofhleðsla/of-afhleðsla eða há-hitaumhverfi, mun allt valda því að innra hitastig rafhlöðunnar hækkar. Á þessum tíma getur rafhlaðan verið lítilsháttar ofhitnun, bólgnað osfrv., sem eru viðvörunarmerki um hitauppstreymi.

Stig 2:Raflausnbrennsla. Þegar hitastigið nær blossamarki raflausnarinnar (venjulega á milli 130 gráður og 200 gráður), byrjar raflausnin að brenna og losar mikið magn af hita og eldfimu gasi. Hitastig rafhlöðunnar mun hækka hratt í yfir 500 gráður.

Stig 3:Þrýstisprenging. Eldfimt gas safnast stöðugt fyrir inni í lokuðu rafhlöðuhlífinni og þrýstingurinn heldur áfram að aukast. Þegar þrýstingur fer yfir þolmörk hlífarinnar mun hlífin rifna og gasinu verður kastað út samstundis.

Stig 4:Deflagation og fjölgun. Þegar eldfima gasið sem kastað er út blandast vel við loft mun það springa kröftuglega þegar það lendir í háum hita inni í rafhlöðunni eða opnum eldi og myndar mikið magn af reyk og eldi. Hitastig logans getur farið yfir 1000 gráður og eitraðar lofttegundir myndast við brunaferli, sem gerir það mjög hættulegt.

Áhættan af rafhlöðubanka með litíum er ekki óumflýjanleg. Með því að ná tökum á vísindalegum notkunaraðferðum er hægt að draga úr þessari áhættu í raun. Frá vali og notkun til geymslu og viðhalds, hvert skref hefur skýr öryggismörk. Að fylgja þessum mörkum tryggir að orkubankinn verði áfram öruggur „orkublokk“.

1. Val: Útrýming áhættu við upprunann

Val er fyrsta og mikilvægasta skrefið fyrir örugga notkun. Ófullnægjandi raforkubankar fela í sér öryggishættu alveg frá upphafi framleiðslu þeirra.

• Leitaðu að 3C vottun. 3C vottun er skylda vöruvottun í Kína. Sem rafmagnsvörur verða rafbankar að standast 3C vottun til að seljast á markaðnum. Þegar þú kaupir skaltu athuga með skýrt og gilt 3C vottunarmerki á hlíf rafbankans. Merkið ætti að innihalda vottunarnúmer, upplýsingar um framleiðanda o.s.frv. Aldrei kaupa vörur án 3C-merkis, með óskýru merki eða þær sem hafa verið innkallaðar.
• Veldu virt vörumerki. Settu innkaupakraftbanka frá vel-þekktum vörumerkjum eins og Huawei, Xiaomi, Apple og Ugreen í forgang, þar sem þessi vörumerki eru með staðlaðari framleiðsluferli. Settu einnig í forgang að kaupa orkubanka sem nota rafhlöður frá leiðandi fyrirtækjum eins og ATI, EVE Energy, Changhong Energy og Zijian Electronics, þar sem þessir framleiðendur hafa strangt eftirlit með gæðum hráefna og útbúa vörur sínar með alhliða BMS kerfum. Forðastu að kaupa „þrjár-engar“ vörur (vörur án nafns framleiðanda, heimilisfangs eða framleiðsludagsetningar), þar sem þær eru venjulega ódýrar, nota óæðri rafhlöður og frumleg framleiðsluferli og bjóða enga öryggisábyrgð.

• Gefðu gaum að getu og forskriftum. Veldu kraftbanka með getu sem hentar þínum þörfum. Almennt er 10000mAh-20000mAh rafmagnsbanki nóg fyrir daglegar ferðalög. Athugaðu einnig vöruforskriftirnar til að tryggja að úttaksspenna og straumur passi við rafeindatækin þín til að forðast óeðlileg hleðslu vegna ósamræmis.

• Skoðaðu útlit og vinnu. Þegar þú kaupir skaltu athuga vandlega hvort hlíf rafbankans sé slétt og óskemmd, hvort viðmótin séu örugg og ekki laus og hvort hnapparnir bregðist við. Ef hlífin hefur augljósar burrs, eyður eða laus viðmót gefur það til kynna léleg vinnubrögð og er ekki mælt með því að kaupa.

2. Notkun: Þróaðu góðar venjur

Réttar notkunarvenjur eru lykillinn að því að forðast áhættu. Mörg öryggisslys stafa af óviðeigandi notkun.

• Notaðu upprunalegan eða viðurkenndan aukabúnað. Þegar þú hleður skaltu nota upprunalega hleðslutækið og gagnasnúruna frá rafmagnsbankanum, eða veldu fylgihluti frá virtum vörumerkjum sem passa við forskriftir rafbankans. Forðastu að nota óæðri gagnasnúrur eða alhliða hleðslutæki, þar sem þau geta haft óstöðugan straum eða skemmda einangrun sem getur auðveldlega leitt til ofhleðslu eða skammhlaups.

• Forðastu ofhleðslu og ofhleðslu-. Ekki hlaða rafmagnsbankann á einni nóttu. Mælt er með því að taka aflgjafann úr sambandi strax eftir að rafhlaðan er fullhlaðin. Við daglega notkun skaltu ekki bíða þar til rafmagnsbankinn er algjörlega tæmdur áður en hann hleður. Mælt er með því að endurhlaða þegar rafhlaðan er á milli 20% og 30% til að forðast of-afhleðslu.

• Haldið í burtu frá erfiðu umhverfi. Forðastu að nota rafmagnsbankann við háan-hita, lágan-hita eða rakt umhverfi. Ekki nota eða hlaða það í beinu sólarljósi, í heitum bílum eða á baðherbergjum. Í umhverfi með lágt-hitastig mun rafhlaðan minnka; ekki þvinga hleðslu við slíkar aðstæður til að forðast að skemma rafhlöðuna.

• Koma í veg fyrir líkamlegt tjón. Á meðan á notkun stendur, forðastu líkamlegar skemmdir á rafmagnsbankanum, svo sem að falla, kreista, stinga eða beygja. Ekki setja rafmagnsbankann undir þunga hluti, ekki taka hann í sundur og ekki gata hlífina með beittum hlutum.

• Taktu strax við óeðlilegum aðstæðum. Ef þú tekur eftir því að rafmagnsbankinn verður heitur, bólgnar, reykir eða gefur frá sér óvenjulega lykt við notkun skaltu hætta að nota hann strax, taka hann úr sambandi og setja hann á opinn, ó-eldfiman stað til að kæla náttúrulega. Ekki nota það aftur.

3. Geymsla og viðhald: Lengja líftíma + draga úr áhættu

Rétt geymsla og viðhald lengja ekki aðeins líftíma rafmagnsbankans heldur dregur það einnig úr öryggisáhættu.

• Viðhalda viðeigandi geymsluumhverfi. Rafmagnsbankar sem ekki eru notaðir í langan tíma ætti að geyma á þurrum, loftræstum og köldum stað með hitastigi á milli 10 gráður og 30 gráður. Ekki geyma rafmagnsbanka með eldfimum, sprengifimum eða málmhlutum til að forðast skammhlaup eða eld.

• Endurhlaða rafmagnsbankann reglulega. Ef rafmagnsbankinn er ekki notaður í langan tíma er mælt með því að fylla á hleðsluna á 1-2 mánaða fresti og halda því í um 50%-70%. Þetta verndar rafhlöðuna á áhrifaríkan hátt og kemur í veg fyrir ofhleðslu sem gæti skemmt hana.

• Athugaðu ástand þess reglulega. Skoðaðu reglulega útlit rafmagnsbankans, tengi og snúrur. Ef þú finnur fyrir skemmdum á hlífinni, lausum tengjum eða öldruðum snúrum skaltu hætta að nota það strax og hafa samband við framleiðandann til að gera við eða skipta út.

• Ekki breyta því sjálfur. Taktu aldrei í sundur eða breyttu rafmagnsbankanum til að ná meiri getu eða hraðari hleðsluhraða. Breytingar munu skemma rafhlöðubygginguna og BMS og auka öryggisáhættuna verulega.

Uppfinningin um rafhlöðubanka með litíum rafhlöðum hefur auðveldað líf okkar til muna og losað okkur við kvíða við að verða orkulaus á ferðalögum, í vinnu eða í námi. Hins vegar liggur á bak við þessa þægindi djúp virðing fyrir öryggismörkum. Það er bæði „aflgjafi“ í okkar höndum og hugsanleg „dufttunna“. Lykillinn liggur í því hvort við getum skilið öryggisreglur þess og fylgt öryggismörkum notkunar þess.

ACEY-MLW-200TLaser punktsuðuvélbeitt flipasuðu fyrir rafmagnsbanka og farsímaaflgjafa.

Hafðu samband núna