Um problema sério com as baterias de íon-lítio é o perigo de explosão em situações críticas. Nesse sentido, é interessante entender por que isso acontece e quais efeitos são acompanhados. Também é importante entender o que precisa ser feito para reduzir o risco de incêndio em um dispositivo equipado com essa bateria (foto abaixo).
A essência do problema
Será mais fácil entender por que ocorreu um incêndio se o projeto da bateria for conhecido. Vamos começar com o fato de que as baterias de íon-lítio contêm um ânodo e um cátodo com um defletor separador poroso. Os metais do grupo de transição com íons de lítio incorporados são geralmente usados como cátodo. A função do ânodo é realizada pelo grafite.
Eletrólitos para baterias desta classe são feitos com base em sais de lítio em solução. Quando uma bateria é carregada pela primeira vez durante a produção, uma camada de íon livre (SEI) é formada no ânodo. A barreira química que eles formam protege os eletrodos da bateria do contato perigoso com o eletrólito.
Na maioria das situações conhecidas, a combustão espontânea ocorre devido a um curto-circuito acidental na célula da bateria.
O motivo do seu aparecimento pode ser:
- É possível deformação mecânica após deixar o telefone cair no chão ou bater em uma superfície dura.
- Defeitos de fabricação.
- Crescimento de dendritos.
O último fenômeno está associado a processos de descarga ou carregamento rápidos, por causa dos quais os íons de lítio simplesmente não têm tempo para se integrar aos cristais do ânodo de grafite. Como resultado, eles crescem a um tamanho que leva à falha do separador.
Características da combustão espontânea
Um curto-circuito dentro da bateria leva ao aquecimento de seus componentes e, ao atingir 70-90 graus, a barreira iônica é destruída na região do ânodo. Por conta disso, o lítio integrado passa a entrar em contato com o eletrólito, o que provoca a liberação de gases do grupo dos hidrocarbonetos (metano e semelhantes). Na presença de uma mistura explosiva, permanece com o principal componente necessário para a ignição - o oxigênio.
A mistura resultante começa a ferver dentro de uma carcaça bem fechada, o que inevitavelmente leva a um salto de temperatura e pressão nela. Quando a composição atinge um estado crítico (mais 180-200 graus), as partículas catódicas começam a suportar a reação com evolução abundante de oxigênio. Foi então que ocorreu uma explosão, acompanhada por um aumento repentino da temperatura (até 300-600 graus) e liberação de calor abundante.
Como se proteger de um processo explosivo
Os fabricantes de baterias fornecem vários níveis de proteção contra efeitos desagradáveis de acordo com o princípio: quanto mais potente o modelo, mais esses níveis são. Um deles inclui um separador, que cria uma barreira intransponível para desenvolver dendritos na seção da bateria em um salto brusco de temperatura. Porém, se ocorrer um processo semelhante a uma avalanche, o separador não terá tempo para "funcionar"; ele derrete instantaneamente.
Eles também têm válvulas e fusíveis especiais para proteger as baterias. O usuário poderá evitar os efeitos desagradáveis descritos se manuseá-lo com cuidado (não o deixe cair e carregue-o corretamente).