Är litium-jonkraftbanker säkra?

För att förstå säkerhetsriskerna med powerbanks måste vi först fördjupa oss i deras kärna – världen av litium-jonbatterier. Från mobiltelefoner och bärbara datorer till powerbanks, batteritiden för moderna elektroniska enheter förlitar sig på denna komplicerade men energiintensiva enhet. Dess skapelse var en revolution inom batteriteknik, men dess inneboende egenskaper sådde också frön till risk.

1. De tre kärnkomponenterna i litium-jonbatterier

Strukturen hos ett litium-jonbatteri är inte komplex. Dess kärna består av tre delar: den positiva elektroden, den negativa elektroden och elektrolyten, tillsammans med en separator och hölje, som bildar ett slutet "energicykelsystem".

Den positiva elektroden är "reservoaren" för litiumjoner, och spelar en avgörande roll för att lagra och frigöra dem. För närvarande är de två vanligaste positiva elektrodmaterialen på marknaden litiumkoboltoxid och litiumjärnfosfat. Litiumkoboltoxid har en högre energitäthet, vilket gör att kraftbankerna kan vara mindre och lättare, och används därför i stor utsträckning inom konsumentelektronik; Dess termiska stabilitet är emellertid relativt dålig och den är benägen att sönderfalla under höga temperaturer eller onormala förhållanden. Litiumjärnfosfatmaterial (LFP) uppvisar å andra sidan extremt hög termisk stabilitet och en högre säkerhetsfaktor, men har lägre energitäthet och kräver en större volym för samma kapacitet. De används främst i applikationer med extremt höga säkerhetskrav, som nya energifordon och storskaliga energilagringsenheter.

Den negativa elektroden, den "tillfälliga residensen" för litiumjoner, är huvudsakligen gjord av grafit. Grafit har en skiktad struktur, som prydligt arrangerade "celler". Under laddning kan litiumjoner enkelt bädda in sig i dessa "celler" för lagring; under urladdningen kan de på ordning lossna från "cellerna" och återgå till den positiva elektroden. Men om laddningsmetoden är felaktig kan litiumjoner avsättas onormalt på grafitytan och bilda dendritiska litiummetallkristaller eller "dendriter", vilket utgör en betydande säkerhetsrisk.

Elektrolyten, "skyttelkanalen" för litiumjoner, är vanligtvis ett organiskt lösningsmedel, såsom karbonatföreningar. Dess funktion är att tillåta litiumjoner att röra sig fritt mellan de positiva och negativa elektroderna, vilket slutför omvandlingen av elektrisk energi till kemisk energi. Detta organiska lösningsmedel är dock mycket brandfarligt. När den väl utsätts för höga temperaturer eller öppna lågor kommer den att brinna snabbt och kan till och med sönderdelas för att producera stora mängder brandfarliga gaser. Detta är en viktig orsak till att litiumbatterier brinner så intensivt.

Dessutom, inuti batteriet finns en separator endast mikrometer tjock, som fungerar som en "brandvägg" mellan de positiva och negativa elektroderna, vilket förhindrar direktkontakt. Separatorn är vanligtvis gjord av polypropen eller polyeten, med en mikroporös struktur som tillåter litiumjoner att passera men blockerar elektroner. Denna "brandvägg" är dock mycket ömtålig och kan förlora sin isolerande funktion om den utsätts för fysisk skada eller höga temperaturer.

2. Energitäthet: ett-dubbeleggat svärd av bekvämlighet och risk

Kärnfördelen med litium-jonbatterier som den föredragna strömkällan för moderna elektroniska enheter ligger i deras ultra-höga energidensitet-förmågan att lagra mycket mer elektrisk energi per volym- eller viktenhet än traditionella batterier. Till exempel kan en powerbank i palmstorlek- ha en kapacitet på 10 000 mAh, tillräckligt för att ladda en mobiltelefon 2-3 gånger, medan ett nickel-kadmiumbatteri med samma kapacitet kan vara mer än tre gånger större och tyngre.

Bekvämligheten med denna höga energitäthet är självklar-: det finns inget behov av att bära skrymmande kraftbanker när du går ut; Powerbanks kan enkelt läggas i en ryggsäck eller ficka, så att du kan fylla på dina enheter när som helst och var som helst. Men ju mer koncentrerad energi, desto högre är risken. Precis som sprängämnen är en liten mängd sprängämnen relativt säker, men om den är högkoncentrerad kan även en liten gnista utlösa en våldsam explosion. Den höga energitätheten hos litium-jonbatterier komprimerar i huvudsak en stor mängd kemisk energi till ett litet utrymme. När denna kemiska energi av misstag utlöses kommer den att frigöras i en extremt snabb takt, vilket skapar en okontrollerbar katastrof.

3. Batterihanteringssystem (BMS): En säker "Smart Manager"

Ansedda tillverkares litiumbatteri-kraftbanker är utrustade med ett Battery Management System (BMS), som fungerar som powerbankens "smart manager", som övervakar och skyddar batteriets driftstatus.

BMS:s kärnfunktioner inkluderar överladdningsskydd,-överladdningsskydd, kortslutningsskydd-och över-temperaturskydd. Under laddning, när batteriet är fulladdat, stänger BMS automatiskt av laddningskretsen för att förhindra att för mycket litiumjoner bäddas in i den negativa elektroden. Under urladdning, när laddningsnivån faller under en säker tröskel, slutar den urladdningen för att förhindra att den positiva elektrodens materialstruktur kollapsar. Om en kortslutning upptäcks mellan de positiva och negativa elektroderna, bryter den omedelbart strömmen. När batteritemperaturen överskrider det säkra intervallet startar det ett kylprogram eller slutar fungera.

Den höga risken för undermåliga powerbanks beror till stor del på utelämnandet av en BMS eller användningen av en BMS av mycket dålig-kvalitet. Utan övervakningen av denna "smarta chef" är batteriet som en skenande häst; När en anomali väl inträffar kan skyddsåtgärder inte vidtas i tid, vilket lätt leder till termisk flykt.

ACEY-BMS-1BMS testmaskinanvänds i säkerhetstestet av litiumbatteriskyddskort, för att upptäcka om skyddskortets funktionella indikatorer ligger inom rimliga parametrar, för att tillhandahålla en uppsättning teststandarder till personalen, vilket bidrar till att förbättra produktionseffektiviteten och underlätta kvalitetskontroll.

Den spontana förbränningen och explosionen av litium-jonbatterier är i huvudsak kedjereaktioner som utlöses av "termisk runaway". Termisk runaway hänvisar till den kontinuerliga ackumuleringen av värme inuti batteriet, vilket gör att temperaturen stiger kontinuerligt, vilket i sin tur utlöser en serie exoterma reaktioner, som i slutändan leder till en irreversibel förbrännings- och explosionsprocess. Denna process varar vanligtvis bara några sekunder till tiotals sekunder, är extremt snabb och är svår att avbryta manuellt.

1. Intern kortslutning: En "tidsbomb" gömd inuti batteriet

Interna kortslutningar är en av huvudorsakerna till termisk runaway, och hänvisar till den direkta kontakten mellan batteriets positiva och negativa elektroder genom inre föroreningar eller dendriter, som bildar en strömslinga.

Bildandet av interna kortslutningar har huvudsakligen två orsaker: För det första, defekter i tillverkningsprocessen. Om föroreningar som metallskräp blandas in i den positiva elektroden, negativa elektroden eller separatorn under batteriproduktion, kan dessa föroreningar bli "bryggor" mellan de positiva och negativa elektroderna, vilket leder till en kortslutning. För det andra bildas dendriter under lång-användning. Under laddning bäddar litiumjoner in sig i grafitens skiktade struktur i den negativa elektroden. Men om laddningsströmmen är för hög, antalet laddningscykler är för många eller en inkompatibel laddare används, kommer vissa litiumjoner att misslyckas med att bädda in framgångsrikt och istället avsättas på ytan av den negativa elektroden och bilda dendritiska litiummetallkristaller (dendriter). Med tiden växer dessa dendriter och tränger så småningom igenom separatorn i mikron-storlek, kopplar ihop de positiva och negativa elektroderna och orsakar en kortslutning.

När en intern kortslutning inträffar genereras en enorm ström omedelbart inuti batteriet. Enligt Joules lag genererar ström som flyter genom ett motstånd en stor mängd värme. Inom några sekunder kan batteriets inre temperatur stiga till hundratals grader Celsius. Denna höga temperatur gör att elektrolyten brinner snabbt och sönderfaller till brandfarliga gaser som väte och kolmonoxid. Batteriets inre tryck ökar dramatiskt, vilket så småningom gör att höljet går sönder. De läckande gaserna blandas med luft och antänder vid kontakt med den höga temperaturen en deflagration.

I en incident 2024 som involverade ett visst märke av powerbank som självantändes, visade tester att närvaron av metalliska föroreningar inuti batteriet, efter långvarig användning, orsakade en intern kortslutning, vilket ledde till termisk flykt.

2. Extern kortslutning: Den risk som är lättast att förbise vid daglig användning

En extern kortslutning uppstår när de positiva och negativa polerna på ett batteri är direkt anslutna genom ett externt metallföremål, bildar en strömslinga och genererar omedelbart höga temperaturer.

Orsakerna till externa kortslutningar är mycket vanliga, främst på grund av dåliga användningsvanor. Om du till exempel placerar en powerbank i samma ficka eller ryggsäcksfack som nycklar, mynt eller datakablar kan dessa metallföremål av misstag komma i kontakt med powerbankens positiva och negativa poler, vilket skapar en kortslutning. Risken är ännu högre för powerbanks utan skyddshöljen på portarna-den vassa änden av en nyckel kan enkelt föras in i porten och samtidigt komma i kontakt med de positiva och negativa metallkontakterna.

Dessutom kan skadade powerbank-portar eller trasig datakabelisolering också leda till externa kortslutningar. Till exempel kan exponerade metalltrådar i en datakabel komma i kontakt med powerbank-porten, vilket potentiellt kan orsaka kortslutning. De höga temperaturerna som genereras av en extern kortslutning kan direkt antända powerbank-höljet eller omgivande brandfarliga material, vilket potentiellt kan orsaka brand.

2023 placerade en universitetsstudent en powerbank och nycklar i sidfickan på sin ryggsäck. När de gick, fastnade nycklarna av misstag i powerbankens port, vilket orsakade en extern kortslutning. Några minuter senare började ryggsäcken ryka. Lyckligtvis upptäcktes den i tid och släcktes med en brandsläckare, vilket förhindrade allvarliga konsekvenser.

3. Överladdning och över-urladdning: dolda faror med felaktiga laddningsvanor

Överladdning och över-urladdning avser ett batteri som överskrider sin nominella kapacitet under laddning eller faller under sin lägsta säkra kapacitet under urladdning. Båda situationerna skadar batteristrukturen och kan leda till termisk rusning.

Överladdning är särskilt farligt. När ett batteri är fulladdat, om laddningen fortsätter, inbäddas överskott av litiumjoner med våld i grafiten på den negativa elektroden, vilket gör att grafitens skiktade struktur kollapsar och brister. Samtidigt fäller överskott av litiumjoner ut metalliskt litium på ytan av den negativa elektroden, reagerar häftigt med elektrolyten och avger en stor mängd värme. Dessutom kan överladdning öka batteriets inre tryck, vilket gör att separatorn krymper eller till och med går sönder, vilket leder till en kortslutning mellan de positiva och negativa elektroderna.

Den främsta orsaken till överladdning är användningen av sämre eller inkompatibla laddare. Till exempel att använda en laddare med för hög utström för att ladda en powerbank, eller använda en undermålig laddare utan överladdningsskydd. Vissa användare laddar vanligtvis sina powerbanks över natten. Även om en legitim powerbanks BMS kopplar från strömmen när den är fulladdad, kan ett felaktigt BMS eller en laddare av dålig-kvalitet leda till överladdning.

Över-urladdning är lika farligt. När ett batteri är över-urladdat, genomgår kristallstrukturen i det positiva elektrodmaterialet irreversibel skada, vilket leder till en minskning av batterikapaciteten och generering av en stor mängd värme och instabila ämnen. Att lämna en powerbank helt uttömd och inaktiv under längre perioder kan utlösa risken för över-urladdning.

4. Hög-temperaturmiljöer: en katalysator för accelererade riskexplosioner

Höga temperaturer är "fienden" till litiumbatterier, vilket avsevärt ökar sannolikheten för termisk flykt. Höga-temperaturmiljöer accelererar interna kemiska sidoreaktioner, minskar stabiliteten hos separatorn och gör elektrolyten mer benägen att sönderfalla och generera gas.

Miljöer med hög-temperatur är vanliga i det dagliga livet: Fönsterbrädor som utsätts för direkt solljus på sommaren kan nå temperaturer över 50 grader ; insidan av en bil som är parkerad utomhus kan till och med överstiga 60 grader; Att placera en powerbank nära värmekällor som radiatorer eller mikrovågor kommer också att få dess temperatur att stiga.

I miljöer med hög- temperatur accelererar de kemiska reaktionerna inuti batteriet avsevärt, och litiumjonernas rörelse blir onormalt kraftig, vilket lätt leder till dendrittillväxt och separatorskador. Samtidigt ökar elektrolytens brandfarlighet med temperaturen, och den kommer att antändas omedelbart vid kontakt med till och med en liten gnista eller den höga temperaturen som genereras av en kortslutning.

Sommaren 2024 placerade en bilägare en powerbank på instrumentbrädan inuti sin bil. Efter en halv dags exponering för direkt solljus exploderade elbanken och krossade bilrutan. Tester visade att temperaturen inuti bilen nådde 65 grader, vilket vida översteg den säkra driftstemperaturen för powerbanken (vanligtvis 0 grader -45 grader).

5. Hela kedjereaktionsprocessen av termisk runaway

När termisk runaway utlöses, bildar den en irreversibel kedjereaktion. Hela processen kan delas in i fyra steg:

Steg 1:Värmeackumulering. Oavsett om det är en intern kortslutning, extern kortslutning, överladdning/över-urladdning eller en miljö med hög-temperatur kommer allt att få batteriets inre temperatur att stiga. Vid denna tidpunkt kan batteriet uppvisa lätt överhettning, utbuktning, etc., vilket är varningstecken på termisk rusning.

Steg 2:Elektrolytförbränning. När temperaturen når elektrolytens flampunkt (vanligtvis mellan 130 grader och 200 grader), kommer elektrolyten att börja brinna och frigöra en stor mängd värme och brandfarlig gas. Batteritemperaturen stiger snabbt till över 500 grader.

Steg 3:Tryckexplosion. Brandfarlig gas ackumuleras kontinuerligt inuti det förseglade batterihöljet och trycket fortsätter att öka. När trycket överstiger höljets toleransgräns kommer höljet att brista och gasen sprutas ut omedelbart.

Steg 4:Deflagration och förökning. När den utstötta brandfarliga gasen blandas ordentligt med luft, kommer den att explodera våldsamt när den möter de höga temperaturerna inuti batteriet eller en öppen låga, vilket skapar en stor mängd rök och lågor. Flamtemperaturen kan nå över 1000 grader, och giftiga gaser produceras under förbränningsprocessen, vilket gör det extremt farligt.

Riskerna med litiumbatterier är inte oundvikliga. Genom att behärska vetenskapliga användningsmetoder kan dessa risker effektivt reduceras. Från val och användning till förvaring och underhåll, varje steg har tydliga säkerhetsgränser. Att hålla sig till dessa gränser säkerställer att kraftbanken förblir ett säkert "energiblock".

1. Urval: Eliminera risker vid källan

Valet är det första och mest avgörande steget för säker användning. Undermåliga kraftbanker har säkerhetsrisker redan från början av sin produktion.

• Leta efter 3C-certifiering. 3C-certifiering är en obligatorisk produktcertifiering i Kina. Som elektriska produkter måste powerbanks klara 3C-certifiering för att säljas på marknaden. När du köper, kontrollera att det finns ett tydligt och giltigt 3C-certifieringsmärke på powerbankens hölje. Märket ska innehålla certifieringsnummer, tillverkarinformation etc. Köp aldrig produkter utan 3C-märke, med suddigt märke eller sådana som har återkallats.
• Välj välrenommerade märken. Prioritera köpkraftsbanker från välkända-märken som Huawei, Xiaomi, Apple och Ugreen, eftersom dessa märken har mer standardiserade tillverkningsprocesser. Prioritera även köpkraftbanker som använder batterier från ledande företag som ATI, EVE Energy, Changhong Energy och Zijian Electronics, eftersom dessa tillverkare strikt kontrollerar råvarukvaliteten och utrustar sina produkter med omfattande BMS-system. Undvik att köpa "tre-nej"-produkter (produkter utan tillverkarens namn, adress eller tillverkningsdatum), eftersom dessa vanligtvis är billiga, använder sämre batterier och rudimentära tillverkningsprocesser och erbjuder inga säkerhetsgarantier.

• Var uppmärksam på kapacitet och specifikationer. Välj en powerbank med en kapacitet som passar dina behov. I allmänhet räcker en 10000mAh-20000mAh powerbank för dagliga resor. Kontrollera också produktspecifikationerna för att säkerställa att utspänningen och strömmen matchar dina elektroniska enheter för att undvika laddningsavvikelser på grund av felaktigheter.

• Inspektera utseendet och utförande. När du köper, kontrollera noga om powerbankens hölje är slätt och oskadat, om gränssnitten är säkra och inte lösa och om knapparna är känsliga. Om höljet har tydliga grader, springor eller lösa gränssnitt, indikerar det dåligt utförande och rekommenderas inte att köpa.

2. Användning: Utveckla goda vanor

Korrekta användningsvanor är nyckeln till att undvika risker. Många säkerhetsolyckor beror på felaktig användning.

• Använd original eller kvalificerade tillbehör. Vid laddning, använd originalladdaren och datakabeln från powerbanken, eller välj tillbehör från välrenommerade märken som matchar powerbankens specifikationer. Undvik att använda sämre datakablar eller universalladdare, eftersom dessa kan ha instabil ström eller skadad isolering, vilket lätt kan leda till överladdning eller kortslutning.

• Undvik överladdning och överladdning-. Ladda inte powerbanken över natten. Vi rekommenderar att du drar ur strömkällan omedelbart efter att batteriet är fulladdat. Under daglig användning, vänta inte tills powerbanken är helt urladdad innan du laddar om. Det rekommenderas att ladda om när batterinivån är mellan 20 % och 30 % för att undvika över-urladdning.

• Håll dig borta från extrema miljöer. Undvik att använda powerbanken i hög-temperatur, låg-temperatur eller fuktiga miljöer. Använd eller ladda den inte i direkt solljus, i varma bilar eller i badrum. I miljöer med låg-temperatur kommer batterikapaciteten att minska. forcera inte laddning under sådana förhållanden för att undvika att skada batteriet.

• Förhindra fysisk skada. Undvik fysisk skada på powerbanken under användning, som att tappa, klämma, punktera eller böja sig. Placera inte powerbanken under tunga föremål, plocka inte isär den och punktera inte powerbankens hölje med vassa föremål.

• Hantera omedelbart onormala situationer. Om du märker att powerbanken blir varm, buktar ut, ryker eller avger en ovanlig lukt under användning, sluta använda den omedelbart, koppla ur den och placera den på en öppen, icke{1}}antändlig plats för att svalna naturligt. Använd den inte igen.

3. Förvaring och underhåll: Förlänga livslängden + minska risken

Korrekt förvaring och underhåll förlänger inte bara livslängden på powerbanken utan minskar också säkerhetsriskerna ytterligare.

• Upprätthåll en lämplig förvaringsmiljö. Powerbanks som inte används under längre perioder bör förvaras på en torr, ventilerad och sval plats, med temperaturen mellan 10 grader och 30 grader. Förvara inte powerbanks med brandfarliga, explosiva eller metallföremål för att undvika kortslutning eller bränder.

• Ladda om powerbanken regelbundet. Om powerbanken inte används under en längre period, rekommenderas det att ladda upp laddningen var 1-2 månad, och bibehålla den på cirka 50 %–70 %. Detta skyddar effektivt batteriet och förhindrar överladdning som kan skada det.

• Kontrollera regelbundet dess skick. Inspektera regelbundet powerbankens utseende, portar och kablar. Om du hittar några skador på höljet, lösa portar eller åldrande kablar, sluta använda det omedelbart och kontakta tillverkaren för reparation eller utbyte.

• Ändra det inte själv. Ta aldrig isär eller modifiera powerbanken för att uppnå högre kapacitet eller snabbare laddningshastigheter. Modifieringar kommer att skada batteristrukturen och BMS, vilket avsevärt ökar säkerhetsriskerna.

Uppfinningen av kraftbanker för litiumbatterier har avsevärt underlättat våra liv och befriat oss från ångesten att ta slut på ström när vi reser, arbetar eller studerar. Men bakom denna bekvämlighet ligger en djup respekt för säkerhetsgränser. Det är både en "kraftkälla" i våra händer och en potentiell "krutfat". Nyckeln ligger i huruvida vi kan förstå dess säkerhetsprotokoll och hålla oss till säkerhetsgränserna för dess användning.

ACEY-MLW-200TLaser punktsvetsmaskintillämpas av fliksvetsning för kraftbanker och mobil strömförsörjning.

Kontakta nu