ניתוח סוגי פיצוץ של סוללות ליתיום יון

ישנם שלושה סוגים של פיצוץ תאי סוללה: קצר חשמלי חיצוני, קצר חשמלי פנימי וטעינת יתר. החיצוני כאן מתייחס לחלק החיצוני של התא, כולל הקצר הנגרם מתכנון בידוד פנימי לקוי של ערכת הסוללות.

כאשר יש קצר חשמלי מחוץ לתא והרכיב האלקטרוני לא מצליח לנתק את המעגל, יווצר חום גבוה בתוך התא, שיגרום לאידוי חלק מהאלקטרוליט ולהרחיב את מעטפת הסוללה. כאשר הטמפרטורה הפנימית של הסוללה היא עד 135 מעלות, נייר הסרעפת האיכותי יסגור את הנקבוביות, יסתיים או כמעט יפסיק את התגובה האלקטרוכימית, יגרום לזרם לרדת בחדות ולצניחה איטית של הטמפרטורה, ובכך ימנע את הפיצוץ . עם זאת, אם קצב הסגירה של הנקבוביות ירוד מדי, או אם הנקבוביות אינן סגורות כלל, טמפרטורת הסוללה תמשיך לעלות, יותר אלקטרוליט יתאדה, ולבסוף מעטפת הסוללה תישבר, או אפילו טמפרטורת הסוללה. יורם כדי לגרום לחומר להישרף ולהתפוצץ. הקצר הפנימי נגרם בעיקר מהחדר של רדיד נחושת ואלומיניום שחודר לסרעפת, או מהגביש הדנדריטי של אטום הליתיום החודר לסרעפת. המתכות הזעירות האלה כמו מחט יגרמו לקצר מיקרו. מכיוון שהמחט דקה מאוד ובעלת ערך התנגדות מסוים, הזרם לא בהכרח גדול.

קוצי נייר אלומיניום נחושת נגרמים במהלך תהליך הייצור. התופעה הניתנת לצפייה היא שדליפת הסוללה מהירה מדי, ואת רובן ניתן לסנן על ידי מפעל התאים או מפעל ההרכבה. יתרה מכך, מכיוון שהחריץ קטן, הוא לפעמים ישרף, מה שיגרום לסוללה לחזור לקדמותה. לכן, ההסתברות לפיצוץ הנגרם על ידי קצר חשמלי במיקרו אינה גבוהה. אמירה כזו ניתן לראות מהעובדה שלעיתים קרובות יש סוללות גרועות עם מתח נמוך זמן קצר לאחר הטעינה בכל מפעל תאים, אבל יש פיצוצים מועטים, הנתמכים סטטיסטית. לכן, הפיצוץ הנגרם מקצר פנימי נגרם בעיקר מטעינת יתר. מכיוון שלאחר טעינת יתר, גבישי מתכת מחט כמו ליתיום נמצאים בכל מקום על החלק המוט, נקודות ניקוב נמצאות בכל מקום, וקצרים מיקרו מתרחשים בכל מקום. לכן, טמפרטורת הסוללה תגדל בהדרגה, ולבסוף הטמפרטורה הגבוהה תגרום לגז אלקטרוליט. במקרה זה, בין אם החומר נשרף ומתפוצץ בגלל טמפרטורה גבוהה, או שהקליפה נשברת לראשונה, מה שגורם לאוויר להיכנס ולגרום לחמצון עז עם מתכת ליתיום, הפיצוץ מסתיים.

עם זאת, הפיצוץ הנגרם מקצר פנימי שנגרם עקב טעינת יתר אינו מתרחש בהכרח בזמן הטעינה. ייתכן שכאשר טמפרטורת הסוללה אינה גבוהה מספיק כדי שהחומר יישרף והגז שנוצר אינו מספיק לשבור את מעטפת הסוללה, הצרכן יפסיק להטעין ויוציא את הטלפון הנייד מהדלת. בשלב זה, החום הנוצר ממספר רב של קצרי מיקרו מגביר לאט את טמפרטורת הסוללה. לאחר פרק זמן מתרחש הפיצוץ. התיאור הנפוץ של צרכנים הוא שכשהם מרימים את הטלפון הנייד, הם מוצאים אותו חם מאוד, וכשהם זורקים אותו הוא מתפוצץ.

בהתבסס על סוגי הפיצוץ הנ"ל, נוכל להתמקד במניעת טעינת יתר, מניעת קצר חשמלי חיצוני ושיפור בטיחות התא. ביניהם, מניעת טעינת יתר ומניעת קצר חשמלי חיצוני שייכים להגנה האלקטרונית, שיש לה קשר נהדר עם תכנון מערכת הסוללות והרכבת הסוללות. המפתח לשיפור בטיחות תאי הסוללה הוא הגנה כימית ומכאנית, הקשורה קשר הדוק ליצרן תאי הסוללה.