Особенности горения литий-ионных аккумуляторов

Основные причины и схема развития пожароопасной ситуации в литий-ионных батареях представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема возможных причин возгорания литий-ионных аккумуляторов 

Как видно из схемы дефекты производства и внешние механические повреждения, а также образование дендритов (ионы лития, осаждаемые на аноде и образующие древовидные структуры) приводят к внутреннему короткому замыканию.

В результате перезаряда или внешнего нагрева происходит тепловой разгон аккумулятора.

Процесс теплового разгона литий-ионных аккумуляторов схематично представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Процесс теплового разгона литий-ионных аккумуляторов 

Ряд исследований, основанных на измерениях тепловой стабильности катодных материалов с электролитом в условиях полного напряжения заряда показал, что катодные материалы начинают вступать в экзотермическую реакцию с электролитом при температурах от 130 до 250 °C. Однако анод начинает реагировать экзотермически при более низких температурах, кроме этого существует большая вероятность возникновения короткого замыкания в элементе из-за его строения и внутренних производственных дефектов.

Наиболее легковоспламеняющимся компонентом литий-ионного элемента является электролит на основе углеводородов. При этом даже полностью разряженные литий-ионные элементы содержат ощутимую химическую энергию, которая может высвобождаться в результате сгорания электролита. Разгерметизация литий-ионных элементов высвобождает легковоспламеняющиеся пары и приводит к высвобождению легковоспламеняющегося электролита, что увеличивает общее тепловыделение пожара. 

Другие горючие компоненты литий-ионного элемента включают полимерный сепаратор, а также различные связующие вещества, используемые в электродах, и графит анода. Некоторые из этих компонентов разлагаются, если элемент подвергается термическому разгону и из него выделяются легковоспламеняющиеся газы. Литий-ионные элементы не содержат металлического лития в каком-либо значительном количестве; в литий-ионных элементах ионы Li+ функционируют просто как носители электрического заряда.

В результате анализа общедоступных случаев пожаров по причине воспламенения литий-ионных аккумуляторных батарей можно сделать следующие выводы:

− причиной возгорания литий-ионных аккумуляторных батарей может являться тепловой разгон ЛИАБ в результате повреждения, перегрева или перезаряда;

− значительное количество пожаров происходит в процессе заряда ЛИАБ;

− при воспламенении ЛИАБ может происходить выброс форса пламени, искр, капель расплавленного металла на расстояние значительно превышающее размеры самой ЛИАБ;

− при перегреве ЛИАБ выделяется газ, который повышает давление внутри ее, также выделяются летучие легковоспламеняющиеся органические вещества, которые могут вызвать взрыв или разгерметизацию аккумуляторного элемента с последующим горением.