Er litium-ion-kraftbanker trygge?

For å forstå sikkerhetsfarene ved kraftbanker, må vi først fordype oss i kjernen deres – verden av litium-ion-batterier. Fra mobiltelefoner og bærbare datamaskiner til strømbanker, batterilevetiden til moderne elektroniske enheter er avhengig av denne intrikate, men energiintensive enheten. Opprettelsen var en revolusjon innen batteriteknologi, men dens iboende egenskaper sådde også frøene til risiko.

1. De tre kjernekomponentene til litium-ion-batterier

Strukturen til et litium-ionbatteri er ikke kompleks. Dens kjerne består av tre deler: den positive elektroden, den negative elektroden og elektrolytten, sammen med en separator og foringsrør, som danner et lukket "energisyklussystem."

Den positive elektroden er "reservoaret" for litiumioner, og spiller en avgjørende rolle i lagring og frigjøring av dem. For tiden er de to vanligste positive elektrodematerialene på markedet litiumkoboltoksid og litiumjernfosfat. Litiumkoboltoksid har en høyere energitetthet, slik at kraftbankene kan være mindre og lettere, og er derfor mye brukt i forbrukerelektronikk; dens termiske stabilitet er imidlertid relativt dårlig, og den er utsatt for nedbrytning under høye temperaturer eller unormale forhold. Litiumjernfosfat (LFP)-materialer, derimot, viser ekstremt høy termisk stabilitet og en høyere sikkerhetsfaktor, men har lavere energitetthet og krever større volum for samme kapasitet. De brukes først og fremst i applikasjoner med ekstremt høye sikkerhetskrav, for eksempel nye energikjøretøyer og store-energilagringsenheter.

Den negative elektroden, den "midlertidige residensen" for litiumioner, er hovedsakelig laget av grafitt. Grafitt har en lagdelt struktur, som pent arrangerte "celler". Under lading kan litiumioner enkelt bygge seg inn i disse "cellene" for lagring; under utlading kan de løsne seg fra "cellene" og gå tilbake til den positive elektroden. Men hvis lademetoden er feil, kan litiumioner avsettes unormalt på grafittoverflaten, og danne dendrittiske litiummetallkrystaller, eller "dendritter", som utgjør en betydelig sikkerhetsrisiko.

Elektrolytten, "skyttelkanalen" for litiumioner, er vanligvis et organisk løsningsmiddel, for eksempel karbonatforbindelser. Dens funksjon er å la litiumioner bevege seg fritt mellom de positive og negative elektrodene, og fullføre konverteringen av elektrisk energi til kjemisk energi. Imidlertid er dette organiske løsningsmidlet svært brannfarlig. Når den er utsatt for høye temperaturer eller åpne flammer, vil den brenne raskt og kan til og med brytes ned og produsere store mengder brennbare gasser. Dette er en nøkkelårsak til at litiumbatterier brenner så intenst.

Videre, inne i batteriet er en separator kun mikrometer tykk, som fungerer som en "brannmur" mellom de positive og negative elektrodene, og forhindrer direkte kontakt. Separatoren er vanligvis laget av polypropylen eller polyetylen, med en mikroporøs struktur som lar litiumioner passere gjennom, men blokkerer elektroner. Denne "brannmuren" er imidlertid svært skjør og kan miste sin isolerende funksjon hvis den utsettes for fysisk skade eller høye temperaturer.

2. Energitetthet: Et tveegget-sverd av bekvemmelighet og risiko

Kjernefordelen med litium-ionbatterier som den foretrukne strømkilden for moderne elektroniske enheter ligger i deres ultra-høye energitetthet-evnen til å lagre langt mer elektrisk energi per volum- eller vektenhet enn tradisjonelle batterier. For eksempel kan en strømbank i håndflate-størrelse ha en kapasitet på 10 000 mAh, nok til å lade en mobiltelefon 2-3 ganger, mens et nikkel-kadmiumbatteri med samme kapasitet kan være mer enn tre ganger større og tyngre.

Bekvemmeligheten med denne høye energitettheten er selv-innlysende: det er ingen grunn til å bære store kraftbanker når du går ut; Powerbanker kan enkelt legges ned i en ryggsekk eller lomme, slik at du kan fylle på enhetene dine når som helst og hvor som helst. Men jo mer konsentrert energien er, jo høyere er risikoen. I likhet med eksplosiver er en liten mengde eksplosiv relativt trygt, men hvis den er svært konsentrert, kan selv en liten gnist utløse en voldsom eksplosjon. Den høye energitettheten til litium-ionbatterier komprimerer i hovedsak en stor mengde kjemisk energi til et lite rom. Når denne kjemiske energien utløses ved et uhell, vil den frigjøres i en ekstremt rask hastighet, noe som skaper en ukontrollerbar katastrofe.

3. Battery Management System (BMS): En sikker "Smart Manager"

Anerkjente produsenters litiumbatterikraftbanker er utstyrt med et Battery Management System (BMS), som fungerer som strømbankens "smart manager", som overvåker og beskytter batteriets driftsstatus.

Kjernefunksjonene til BMS inkluderer overladingsbeskyttelse, over-utladningsbeskyttelse, kort-beskyttelse og over-temperaturbeskyttelse. Under lading, når batteriet er fulladet, kutter BMS automatisk av ladekretsen for å forhindre for mye litiumioner i å bygge seg inn i den negative elektroden. Under utlading, når ladenivået faller under en sikker terskel, stopper den utladingen for å forhindre at den positive elektrodematerialstrukturen kollapser. Hvis det oppdages en kortslutning mellom de positive og negative elektrodene, kutter den umiddelbart strømmen. Når batteritemperaturen overskrider det sikre området, starter det et kjøleprogram eller slutter å fungere.

Den høye risikoen for substandard powerbanker skyldes i stor grad utelatelsen av en BMS eller bruken av en BMS av svært dårlig-kvalitet. Uten overvåking av denne "smarte manageren" er batteriet som en løpsk hest; Når en anomali først oppstår, kan ikke beskyttelsestiltak iverksettes i tide, noe som lett fører til termisk løping.

ACEY-BMS-1BMS tester maskinbrukes i sikkerhetstesten av litiumbatteribeskyttelseskortet, for å oppdage om funksjonsindikatorene til beskyttelseskortet er innenfor rimelige parametere, for å gi et sett med teststandarder til personalet, som bidrar til å forbedre produksjonseffektiviteten og lette kvalitetskontrollen.

Den spontane forbrenningen og eksplosjonen av litium-ionbatterier er i hovedsak kjedereaksjoner utløst av «termisk løping». Thermal runaway refererer til kontinuerlig akkumulering av varme inne i batteriet, noe som får temperaturen til å stige kontinuerlig, noe som igjen utløser en rekke eksoterme reaksjoner, som til slutt fører til en irreversibel forbrennings- og eksplosjonsprosess. Denne prosessen varer vanligvis bare noen få sekunder til titalls sekunder, er ekstremt rask og er vanskelig å avbryte manuelt.

1. Intern kortslutning: En "tidsbombe" skjult inne i batteriet

Interne kortslutninger er en av hovedårsakene til termisk løping, og refererer til den direkte kontakten mellom de positive og negative elektroder på batteriet gjennom interne urenheter eller dendritter, og danner en strømsløyfe.

Dannelsen av interne kortslutninger har hovedsakelig to årsaker: For det første defekter i produksjonsprosessen. Hvis urenheter som metallrester blandes inn i den positive elektroden, den negative elektroden eller separatoren under batteriproduksjon, kan disse urenhetene bli "broer" mellom de positive og negative elektrodene, noe som fører til kortslutning. For det andre dannes dendritter under lang-bruk. Under lading legger litiumioner seg inn i den lagdelte strukturen til grafitten i den negative elektroden. Imidlertid, hvis ladestrømmen er for høy, antallet ladesykluser er for mange, eller en inkompatibel lader brukes, vil noen litiumioner mislykkes i å legge seg inn og i stedet avsettes på overflaten av den negative elektroden, og danner dendritiske litiummetallkrystaller (dendritter). Over tid vokser disse dendrittene og gjennomborer til slutt separatoren på mikron-størrelse, kobler de positive og negative elektrodene og forårsaker kortslutning.

Når en intern kortslutning oppstår, genereres det øyeblikkelig en enorm strøm inne i batteriet. I følge Joules lov genererer strømmen som flyter gjennom en motstand en stor mengde varme. I løpet av sekunder kan den interne temperaturen i batteriet stige til hundrevis av grader Celsius. Denne høye temperaturen får elektrolytten til å brenne raskt og brytes ned til brennbare gasser som hydrogen og karbonmonoksid. Det interne trykket i batteriet øker dramatisk, noe som til slutt fører til at dekselet sprekker. De lekkende gassene blandes med luft og, ved kontakt med den høye temperaturen, antennes en deflagrasjon.

I en hendelse fra 2024 som involverte et bestemt merke av kraftbank som spontanforbrennes, viste testing at tilstedeværelsen av metalliske urenheter inne i batteriet, etter langvarig bruk, forårsaket en intern kortslutning, noe som førte til termisk løping.

2. Ekstern kortslutning: Den lettest oversett risikoen i daglig bruk

En ekstern kortslutning oppstår når de positive og negative polene til et batteri er direkte koblet gjennom en ekstern metallgjenstand, danner en strømsløyfe og genererer høye temperaturer umiddelbart.

Årsakene til eksterne kortslutninger er svært vanlige, hovedsakelig på grunn av dårlige bruksvaner. Hvis du for eksempel plasserer en strømbank i samme lomme eller ryggsekkrom som nøkler, mynter eller datakabler, kan det føre til at disse metallgjenstandene ved et uhell kommer i kontakt med strømbankens positive og negative terminaler, og skaper en kortslutning. Risikoen er enda høyere for kraftbanker uten beskyttende deksler på portene-den skarpe enden av en nøkkel kan lett settes inn i porten, samtidig som den kommer i kontakt med de positive og negative metallkontaktene.

Dessuten kan skadede strømbankporter eller ødelagt datakabelisolasjon også føre til ekstern kortslutning. For eksempel kan eksponerte metallledninger i en datakabel komme i kontakt med strømbankporten, og potensielt forårsake kortslutning. De høye temperaturene som genereres av en ekstern kortslutning kan direkte antenne strømbankens kabinett eller omkringliggende brennbare materialer, og potensielt forårsake brann.

I 2023 plasserte en student en powerbank og nøkler i sidelommen på ryggsekken. Mens de gikk, satte nøklene ved et uhell fast strømbankens port, noe som forårsaket en ekstern kortslutning. Noen minutter senere begynte sekken å ryke. Heldigvis ble det oppdaget i tide og slukket med et brannslukningsapparat, noe som forhindret alvorlige konsekvenser.

3. Overlading og over-utlading: skjulte farer ved uriktige ladevaner

Overlading og over-utlading refererer til et batteri som overskrider den nominelle kapasiteten under lading eller faller under den minste sikre kapasiteten under utlading. Begge situasjoner skader batteristrukturen og kan føre til termisk løping.

Overlading er spesielt farlig. Når et batteri er fulladet, hvis ladingen fortsetter, blir overflødige litiumioner innebygd med makt i grafitten til den negative elektroden, noe som får grafittens lagdelte struktur til å kollapse og briste. Samtidig utfeller overskudd av litiumioner metallisk litium på overflaten av den negative elektroden, reagerer voldsomt med elektrolytten og frigjør en stor mengde varme. Videre kan overlading øke det interne trykket i batteriet, noe som får separatoren til å krympe eller til og med briste, noe som fører til kortslutning mellom de positive og negative elektrodene.

Hovedårsaken til overlading er bruken av dårligere eller inkompatible ladere. For eksempel å bruke en lader med for høy utgangsstrøm for å lade en strømbank, eller å bruke en lader som ikke er standard uten overladingsbeskyttelse. Noen brukere lader vanligvis strømbankene sine over natten. Selv om en lovlig strømbanks BMS vil koble fra strømmen når den er fulladet, kan en funksjonsfeil BMS eller en lader av dårlig-kvalitet føre til overlading.

Over{0}}utlading er like farlig. Når et batteri er over-utladet, gjennomgår krystallstrukturen til det positive elektrodematerialet irreversibel skade, noe som fører til en reduksjon i batterikapasitet og generering av store mengder varme og ustabile stoffer. Hvis du lar en powerbank være helt oppbrukt og uvirksom i lengre perioder, kan det utløse risikoen for over-utladning.

4. Høye-temperaturmiljøer: en katalysator for akselererte risikoeksplosjoner

Høye temperaturer er "fienden" til litiumbatterier, noe som øker sannsynligheten for termisk løping betydelig. Høye-temperaturmiljøer akselererer interne kjemiske sidereaksjoner, reduserer stabiliteten til separatoren og gjør elektrolytten mer utsatt for nedbrytning og gassutvikling.

Høye-temperaturmiljøer er vanlige i dagliglivet: Vinduskarmer som utsettes for direkte sollys om sommeren kan nå temperaturer over 50 grader ; interiøret i en bil parkert utendørs kan til og med overstige 60 grader; Plassering av en kraftbank i nærheten av varmekilder som radiatorer eller mikrobølger vil også føre til at temperaturen stiger.

I miljøer med høye- temperaturer akselererer de kjemiske reaksjonene inne i batteriet betydelig, og bevegelsen av litiumioner blir unormalt kraftig, noe som lett fører til dendrittvekst og separatorskade. Samtidig øker brennbarheten til elektrolytten med temperaturen, og den vil antennes umiddelbart ved kontakt med selv en liten gnist eller den høye temperaturen som genereres av en kortslutning.

Sommeren 2024 plasserte en bileier en powerbank på dashbordet inne i bilen sin. Etter en halv dag med direkte sollys eksploderte strømbanken og knuste bilvinduet. Testing viste at temperaturen inne i bilen nådde 65 grader, langt over den sikre driftstemperaturen til kraftbanken (vanligvis 0 grader -45 grader).

5. Hele kjedereaksjonsprosessen med termisk runaway

Når termisk løping utløses, danner det en irreversibel kjedereaksjon. Hele prosessen kan deles inn i fire stadier:

Trinn 1:Varmeakkumulering. Enten det er en intern kortslutning, ekstern kortslutning, overlading/over-utlading eller et miljø med høye-temperaturer, vil alt føre til at batteriets interne temperatur øker. På dette tidspunktet kan batteriet vise lett overoppheting, utbuling osv., som er advarselstegn på termisk løping.

Trinn 2:Elektrolyttforbrenning. Når temperaturen når elektrolyttens flammepunkt (vanligvis mellom 130 grader og 200 grader), vil elektrolytten begynne å brenne, og frigjøre en stor mengde varme og brennbar gass. Batteritemperaturen vil stige raskt til over 500 grader.

Trinn 3:Trykkeksplosjon. Brannfarlig gass samler seg kontinuerlig inne i det forseglede batterihuset, og trykket fortsetter å øke. Når trykket overskrider foringsrørets toleransegrense, vil foringsrøret sprekke, og gassen vil bli kastet ut øyeblikkelig.

Trinn 4:Deflagrasjon og forplantning. Når den utkastede brennbare gassen blander seg grundig med luft, vil den eksplodere voldsomt når den møter de høye temperaturene inne i batteriet eller en åpen flamme, og produserer store mengder røyk og flammer. Flammetemperaturen kan nå over 1000 grader, og giftige gasser produseres under forbrenningsprosessen, noe som gjør det ekstremt farlig.

Risikoen ved litiumbatterier er ikke uunngåelig. Ved å mestre vitenskapelige bruksmetoder kan disse risikoene effektivt reduseres. Fra valg og bruk til lagring og vedlikehold har hvert trinn klare sikkerhetsgrenser. Å overholde disse grensene sikrer at kraftbanken forblir en trygg «energiblokk».

1. Utvalg: Eliminering av risikoer ved kilden

Valg er det første og mest avgjørende trinnet for sikker bruk. Substandard kraftbanker har sikkerhetsfarer helt fra begynnelsen av produksjonen.

• Se etter 3C-sertifisering. 3C-sertifisering er en obligatorisk produktsertifisering i Kina. Som elektriske produkter må kraftbanker bestå 3C-sertifisering for å bli solgt på markedet. Når du kjøper, se etter et tydelig og gyldig 3C-sertifiseringsmerke på strømbankens kabinett. Merket skal inneholde sertifiseringsnummer, produsentinformasjon osv. Kjøp aldri produkter uten 3C-merke, med uskarpt merke eller de som er tilbakekalt.
• Velg anerkjente merker. Prioriter kjøpekraftbanker fra kjente-merker som Huawei, Xiaomi, Apple og Ugreen, siden disse merkene har mer standardiserte produksjonsprosesser. Prioriter også kjøpekraftbanker som bruker batterier fra ledende selskaper som ATI, EVE Energy, Changhong Energy og Zijian Electronics, da disse produsentene strengt kontrollerer råvarekvaliteten og utstyrer produktene sine med omfattende BMS-systemer. Unngå å kjøpe «tre-no»-produkter (produkter uten produsentens navn, adresse eller produksjonsdato), siden disse vanligvis er billige, bruker dårlige batterier og rudimentære produksjonsprosesser, og tilbyr ingen sikkerhetsgarantier.

• Vær oppmerksom på kapasitet og spesifikasjoner. Velg en powerbank med en kapasitet som passer dine behov. Vanligvis er en strømbank på 10000mAh-20000mAh tilstrekkelig for daglige reiser. Sjekk også produktspesifikasjonene for å sikre at utgangsspenningen og strømmen samsvarer med dine elektroniske enheter for å unngå ladeavvik på grunn av uoverensstemmelser.

• Inspiser utseende og utførelse. Når du kjøper, sjekk nøye om strømbankens kabinett er glatt og uskadet, om grensesnittene er sikre og ikke løse, og om knappene reagerer. Hvis foringsrøret har tydelige grader, hull eller løse grensesnitt, indikerer det dårlig utførelse og anbefales ikke å kjøpe.

2. Bruk: Utvikle gode vaner

Riktige bruksvaner er nøkkelen til å unngå risiko. Mange sikkerhetsulykker skyldes feil bruk.

• Bruk originalt eller kvalifisert tilbehør. Når du lader, bruk den originale laderen og datakabelen fra strømbanken, eller velg tilbehør fra anerkjente merker som matcher strømbankens spesifikasjoner. Unngå å bruke dårlige datakabler eller universalladere, da disse kan ha ustabil strøm eller skadet isolasjon, noe som lett kan føre til overlading eller kortslutning.

• Unngå overlading og over{0}}utlading. Ikke lad strømbanken over natten. Det anbefales å koble fra strømkilden umiddelbart etter at batteriet er fulladet. Under daglig bruk, ikke vent til strømbanken er helt tom før du lader opp. Det anbefales å lade opp når batterinivået er mellom 20 % og 30 % for å unngå over-utlading.

• Hold deg unna ekstreme miljøer. Unngå å bruke strømbanken i høye-temperaturer, lave-temperaturer eller fuktige omgivelser. Ikke bruk eller lad den i direkte sollys, i varme biler eller på bad. I miljøer med lav-temperatur vil batterikapasiteten reduseres. ikke tving lading under slike forhold for å unngå å skade batteriet.

• Forhindre fysisk skade. Unngå fysisk skade på kraftbanken under bruk, som å miste, klemme, punktere eller bøye seg. Ikke plasser strømbanken under tunge gjenstander, ikke demonter den, og ikke punkter strømbankens kabinett med skarpe gjenstander.

• Håndter unormale situasjoner umiddelbart. Hvis du merker at strømbanken blir varm, buler opp, ryker eller avgir en uvanlig lukt under bruk, må du slutte å bruke den umiddelbart, koble den fra og plassere den på et åpent, ikke-brennbart sted for naturlig avkjøling. Ikke bruk den igjen.

3. Lagring og vedlikehold: Forlengelse av levetid + Reduser risiko

Riktig lagring og vedlikehold forlenger ikke bare levetiden til kraftbanken, men reduserer også sikkerhetsrisikoen ytterligere.

• Oppretthold et passende oppbevaringsmiljø. Kraftbanker som ikke brukes over lengre perioder, bør oppbevares på et tørt, ventilert og kjølig sted, med en temperatur på mellom 10 grader og 30 grader. Ikke oppbevar kraftbanker med brennbare, eksplosive eller metallgjenstander for å unngå kortslutning eller brann.

• Lad opp strømbanken regelmessig. Hvis strømbanken ikke brukes over en lengre periode, anbefales det å fylle på ladingen hver 1-2. måned, og holde den på rundt 50–70 %. Dette beskytter effektivt batteriet og forhindrer overutlading som kan skade det.

• Kontroller tilstanden regelmessig. Inspiser regelmessig kraftbankens utseende, porter og kabler. Hvis du finner skade på dekselet, løse porter eller aldrende kabler, må du slutte å bruke det umiddelbart og kontakte produsenten for reparasjon eller utskifting.

• Ikke modifiser det selv. Aldri demonter eller modifiser strømbanken for å oppnå høyere kapasitet eller raskere ladehastighet. Modifikasjoner vil skade batteristrukturen og BMS, noe som øker sikkerhetsrisikoen betydelig.

Oppfinnelsen av kraftbanker for litiumbatterier har lettet livene våre betydelig, og frigjort oss fra angsten for å gå tom for strøm mens vi reiser, jobber eller studerer. Men bak denne bekvemmeligheten ligger en dyp respekt for sikkerhetsgrenser. Det er både en «kraftkilde» i våre hender og en potensiell «kruttfat». Nøkkelen ligger i om vi kan forstå sikkerhetsprotokollene og overholde sikkerhetsgrensene for bruken.

ACEY-MLW-200TLaser punktsveisemaskinanvendt av tappsveising for kraftbanker og mobil strømforsyning.

Ta kontakt nå