מדוע ואיך סוללות ליתיום מתפוצצות?

בעיה חמורה בסוללות ליתיום הינה סכנת התפוצצות במצבים קריטיים. בהקשר זה מעניין להבין מדוע זה קורה ובאילו תופעות נלוות. חשוב גם להבין מה צריך לעשות כדי להפחית את הסיכון לשריפה למכשיר המצויד בסוללה כזו (תמונה למטה).

מהות הבעיה

יהיה קל יותר להבין מדוע אירעה שריפה אם ידוע על עיצוב הסוללה. נתחיל בזה שסוללות ליתיום מכילות אנודה וקתודה עם מפריד מפריד נקבובי. מתכות מקבוצת המעבר עם יוני ליתיום מוטבעים משמשות בדרך כלל כקטודה. פונקציית האנודה מבוצעת על ידי גרפיט.

אלקטרוליטים לסוללות ממעמד זה מיוצרים על בסיס מלחי ליתיום בתמיסה. כאשר סוללה נטענת לראשונה במהלך הייצור, נוצרת שכבת יונים חופשית (SEI) על האנודה. המחסום הכימי שהם יוצרים מגן על אלקטרודות הסוללה מפני מגע מסוכן עם אלקטרוליטים.

ברוב המצבים הידועים, שריפה ספונטנית מתרחשת עקב קצר חשמלי בתא הסוללה.

הסיבה להופעתה עשויה להיות:

• דפורמציה מכנית אפשרית לאחר הטלת הטלפון לרצפה או מכה במשטח קשה.
• פגמים בייצור.
• גידול דנדריטים.

התופעה האחרונה קשורה לתהליכי פריקה מהירה או טעינה, שבגללם ליוני ליתיום פשוט אין זמן להשתלב בגבישים של אנודת הגרפיט. כתוצאה מכך הם גדלים לגודל שמוביל לכישלון המפריד.

תכונות של בעירה ספונטנית

מעגל קצר בתוך הסוללה מוביל לחימום רכיביו, וכשמגיעים ל- 70-90 מעלות, מחסום היונים נהרס באזור האנודה. מכיוון שכך, הליתיום המשולב מתחיל לבוא במגע עם האלקטרוליט, הגורם לשחרור גזים מקבוצת הפחמימנים (מתאן וכדומה). בנוכחות תערובת נפץ היא נשארת לרכיב העיקרי הדרוש להצתה - חמצן.

התערובת המתקבלת מתחילה לרתוח בתוך בית סגור היטב, מה שמוביל בהכרח לקפיצה בטמפרטורה ולחץ בו. כאשר הרכב מגיע למצב קריטי (פלוס 180-200 מעלות), חלקיקי הקתודה מתחילים לתמוך בתגובה בהתפתחות חמצן בשפע. זה היה אז שקורה פיצוץ, מלווה בעלייה פתאומית בטמפרטורה (עד 300-600 מעלות) ושחרור חום בשפע.

איך להגן על עצמך מפני תהליך נפץ

יצרני הסוללות מספקים כמה רמות הגנה מפני השפעה לא נעימה על פי העיקרון: ככל שהדגם חזק יותר, כך רמות אלו רבות יותר. אחד מהם כולל מפריד, היוצר מחסום בלתי עביר להתפתחות דנדריטים בגזרת הסוללה בקפיצת טמפרטורה חדה. אבל אם מתרחש תהליך דמוי מפולת, אז למפריד אין זמן "לעבוד"; זה נמס באופן מיידי.

יש להם גם שסתומים ונתיכים מיוחדים להגנה על הסוללות. המשתמש יוכל להימנע מההשפעות הלא נעימות המתוארות אם הוא מטפל בזהירות במכשיר שלו (אל תפיל אותו ותטעין אותו כהלכה).