Un grave problema con le batterie agli ioni di litio è il pericolo di esplosione in situazioni critiche. A questo proposito, è interessante capire perché ciò accade e quali effetti sono accompagnati. È anche importante capire cosa è necessario fare per ridurre il rischio di incendio per un dispositivo dotato di tale batteria (foto sotto).
L'essenza del problema
Sarà più facile capire perché si è verificato un incendio se si conosce il design della batteria. Partiamo dal fatto che le batterie agli ioni di litio contengono un anodo e un catodo con un deflettore separatore poroso. I metalli del gruppo di transizione con ioni di litio incorporati vengono solitamente utilizzati come catodo. La funzione dell'anodo è svolta dalla grafite.
Gli elettroliti per batterie di questa classe sono realizzati sulla base di sali di litio in soluzione. Quando una batteria viene caricata per la prima volta durante la produzione, sull'anodo si forma uno strato di ioni liberi (SEI). La barriera chimica che formano protegge gli elettrodi della batteria dal contatto pericoloso con l'elettrolito.
Nella maggior parte delle situazioni note, la combustione spontanea si verifica a causa di un cortocircuito accidentale nella cella della batteria.
La ragione del suo aspetto potrebbe essere:
- Possibile deformazione meccanica dopo aver lasciato cadere il telefono sul pavimento o aver urtato una superficie dura.
- Difetti di fabbricazione.
- Crescita dei dendriti.
Quest'ultimo fenomeno è associato a processi di scarica o carica rapidi, a causa dei quali gli ioni di litio semplicemente non hanno il tempo di integrarsi nei cristalli dell'anodo di grafite. Di conseguenza, crescono a una dimensione che porta al guasto del separatore.
Caratteristiche della combustione spontanea
Un cortocircuito all'interno della batteria porta al riscaldamento dei suoi componenti e, raggiunti i 70-90 gradi, la barriera di ioni viene distrutta nella regione dell'anodo. Per questo motivo il litio integrato inizia a entrare in contatto con l'elettrolita, provocando il rilascio di gas dal gruppo degli idrocarburi (metano e simili). In presenza di una miscela esplosiva, rimane con il componente principale richiesto per l'accensione: l'ossigeno.
La miscela risultante inizia a bollire all'interno di un alloggiamento ben chiuso, il che porta inevitabilmente a un salto di temperatura e pressione al suo interno. Quando la composizione raggiunge uno stato critico (più 180-200 gradi), le particelle catodiche iniziano a supportare la reazione con abbondante evoluzione di ossigeno. Fu allora che si verificò un'esplosione, accompagnata da un improvviso aumento della temperatura (fino a 300-600 gradi) e da un abbondante rilascio di calore.
Come proteggersi da un processo esplosivo
I produttori di batterie forniscono diversi livelli di protezione contro un effetto sgradevole secondo il principio: più potente è il modello, più questi livelli sono. Uno di questi include un separatore, che crea una barriera insormontabile allo sviluppo di dendriti nella sezione della batteria a un forte salto di temperatura. Ma se si verifica un processo simile a una valanga, il separatore non ha il tempo di "funzionare"; si scioglie all'istante.
Hanno anche valvole e fusibili speciali per proteggere le batterie. L'utente potrà evitare gli effetti spiacevoli descritti se maneggia con cura il proprio dispositivo (non lasciarlo cadere e caricarlo correttamente).