Ионно-литиевые батареи приводят к риску взрыва мобильных устройств

Конструкция электродов ионно-литиевых батарей ведёт к риску неуправляемого нагрева и разрыва секций с возгоранием, как это произошло в известном инциденте с Боингом 787. Для снижения вероятности таких событий предусмотрены различные испытания. В ионно-литиевых батареях должен быть соблюдён баланс между плотностью электролита в секциях и их возможным нагревом.

Ионно-литиевые батареи вошли в нашу современную жизнь. Сотовые телефоны, ноутбуки, камеры, планшеты и многое другое – везде удобно применять именно такой тип аккумуляторных батарей. Однако постоянно поступают тревожные новости о взрывах или возгорании подобных компонентов.

Каждая секция аккумулятора состоит из пары электродов, один из которых выполнен из лития. Электрод разделён полимером, другим материалом либо электролитом. При определённых условиях эта потенциально летучая смесь может перегреться и даже загореться. Риск взрыва появляется при процессах перезарядки, перегрева, декомпрессии, ударов и смятия, короткого замыкания или глубокой разрядки. Определённые опасения вызывает разность плотности электролита в секциях. Широкий диапазон потенциальных опасностей ведёт к необходимости принятия ряда мер для предотвращения рисков.

Существует несколько стандартов для ионно-литиевых батарей: UL, IEEE, IEC и ряд других. При использовании батарей в воздушных судах предусмотрен стандарт IEEE, описывающий защиту компонентов от декомпрессии. Некоторые ноутбуки и сотовые телефоны оборудованы батареями, соответствующими данному стандарту. Но многие батареи этим спецификациям не соответствуют либо не проходили соответствующие испытания. Поведение таких компонентов непредсказуемо.

Производители полупроводниковых компонентов разработали ряд специальных интегральных схем для управления и зарядки ионно-литиевых батарей. Некоторые обеспечивают температурный контроль, но не работают с балансировкой плотности секций. Другие предлагают балансировку, но не обеспечивают температурное управление. Отсутствие балансировки плотности может привести к тому, что некоторые секции батареи будут перезаряжены, а другие – недостаточно заряжены. Температурное управление важно потому, что в некоторых типах ноутбуков высокопроизводительные процессоры и графические ускорители работают при высоких температурах (70°C).

Если взять подобный ноутбук и работать с ним в автономном режиме (с питанием только от батареи) при внутренних температурах порядка 70°C, затем оставить его на ночь выключенным при комнатной температуре 25°C с подзарядкой батареи от сети, тогда может возникнуть большое расхождение между энергией разряда и заряда. Это может привести к перезарядке либо чрезмерной разрядке секций с риском разбухания либо протечки батареи.