גורמים לפיצוץ סוללת ליתיום
ככל שטווח היישומים של סוללות ליתיום הופך רחב יותר ויותר, מתרחשים מדי פעם פיצוצים של סוללות ליתיום. כדי להבטיח את בטיחות מערכת הסוללות, יש לנתח את הסיבות לפיצוץ הסוללה בזהירות רבה יותר. הסיבות לפיצוץ של סוללות ליתיום הן כנראה כדלקמן:
1. חלקי הקוטב של סוללת הליתיום הפנימית מקוטבים מאוד, מה שגורם לקצר פנימי של סוללת הליתיום לגרום לפיצוץ;
2. חתיכת הקוטב של סוללת הליתיום סופגת מים ומגיבה עם האלקטרוליט. תוף הגז גורם לקצר פנימי של סוללת הליתיום וגורם לפיצוץ;
3. האיכות והביצועים של האלקטרוליט עצמו גורמים לקצר הפנימי של סוללת הליתיום לגרום לפיצוץ;
4. כמות הנוזל המוזרקת אינה יכולה לעמוד בדרישות הטכנולוגיות בעת הזרקת נוזל;
5. בתהליך ההרכבה, לריתוך בלייזר ביצועי איטום גרועים, ונזילת אוויר בעת מדידת דליפת אוויר;
6. אבק ואבק חלקי קוטב עלולים לגרום תחילה למיקרו קצרים;
7. הלוחות החיוביים והשליליים עבים יותר מטווח התהליך, מה שמקשה על הכניסה לקליפה;
8. הבעיה של איטום הזרקת נוזלים, ביצועי איטום גרועים של כדור הפלדה מובילים לבליטות אוויר;
9. קיר הקליפה עבה מדי בחומר הקליפה הנכנס, ועיוות הקליפה משפיע על העובי;
10. פיצוץ שנגרם על ידי קצר חשמלי חיצוני;
11. טמפרטורת סביבה מוגזמת בחוץ היא גם הסיבה העיקרית לפיצוץ.
סוג פיצוץ של סוללת ליתיום
ניתוח סוג פיצוץ ניתן לסכם את סוגי פיצוץ תאי הסוללה לשלושה סוגים: קצר חשמלי חיצוני, קצר חשמלי פנימי וטעינת יתר. החיצוני כאן מתייחס לחלק החיצוני של תא הסוללה, כולל קצרים הנגרמים מתכנון בידוד פנימי לקוי של ערכת הסוללות. כאשר נוצר קצר חשמלי בחלק החיצוני של התא והרכיבים האלקטרוניים לא מצליחים לנתק את המעגל, יווצר חום גבוה בתוך התא, שיגרום לאידוי חלק מהאלקטרוליט ולהרחיב את מעטפת הסוללה. כאשר הטמפרטורה הפנימית של הסוללה מגיעה ל-135 מעלות צלזיוס, נייר דיאפרגמה באיכות טובה יסגור את הנקבוביות, התגובה האלקטרוכימית תופסק או כמעט תופסק, הזרם יירד בחדות, והטמפרטורה תרד לאט ובכך תמנע פיצוץ. עם זאת, קצב סגירת הנקבוביות ירוד מדי, או שהנקבוביות אינן סגורות כלל, טמפרטורת הסוללה תמשיך לעלות, יותר אלקטרוליט יתאדה, ולבסוף מעטפת הסוללה תישבר, וטמפרטורת הסוללה אף תעלה. החומר נשרף ומתפוצץ. הקצר הפנימי נגרם בעיקר על ידי חריצים של רדיד הנחושת ורדיד האלומיניום החודרים את הסרעפת, או הגבישים הדנדריטים של אטומי הליתיום החודרים את הסרעפת.
מתכות זעירות דמויות מחט אלו עלולות לגרום לקצר חשמלי מיקרו. מכיוון שהמחט דקה מאוד ובעלת ערך התנגדות מסוים, הזרם אינו בהכרח גדול. פצפוצי הנחושת והרדיד אלומיניום נגרמים מתהליך הייצור. התופעה הנצפית היא שהסוללה דולפת מהר מדי, את רובה ניתן לסנן על ידי מפעל תאי הסוללה או מפעל ההרכבה. יתרה מכך, בשל השורות הקטנות, הם נשרפים לעיתים, מה שגורם לסוללה לחזור לקדמותה. לכן, ההסתברות לפיצוץ הנגרם על ידי קוצר מיקרו אינה גבוהה. ניתן לראות את ההצהרה הזו מהעובדה שלעיתים קרובות יש סוללות גרועות במתח נמוך זמן קצר לאחר הטעינה במפעלי תאי סוללה שונים, אך יש מעט פיצוצים, הנתמכים בסטטיסטיקה. לכן, הפיצוץ הנגרם מקצר פנימי נגרם בעיקר מטעינת יתר.
מכיוון שלאחר טעינת יתר, ישנם גבישי מתכת ליתיום דמויי מחט בכל מקום על עמוד הקוטב, נקודות הניקוב נמצאות בכל מקום, וקצרי מיקרו מתרחשים בכל מקום. לכן, טמפרטורת הסוללה תעלה בהדרגה, ולבסוף הטמפרטורה הגבוהה תגרום לאלקטרוליט לגזים. במקרה זה, בין אם הטמפרטורה גבוהה מדי כדי לגרום לחומר להישרף ולהתפוצץ, או שהקליפה נשברת לראשונה, מה שגורם לאוויר להיכנס ולחמצן את מתכת הליתיום, מדובר בפיצוץ. עם זאת, הפיצוץ הנגרם מקצר פנימי הנגרם מטעינת יתר אינו מתרחש בהכרח בזמן הטעינה. ייתכן שכאשר טמפרטורת הסוללה אינה גבוהה מספיק כדי לשרוף את החומר והגז שנוצר אינו מספיק לשבור את מעטפת הסוללה, הצרכן יפסיק להטעין ויוציא את הטלפון הנייד. בשלב זה, החום שנוצר על ידי מספר רב של מיקרו קצרים מעלה לאט את טמפרטורת הסוללה, והיא מתפוצצת לאחר פרק זמן. התיאור הנפוץ של צרכנים הוא שכשהם מרימים את הטלפון, הם מגלים שהטלפון חם מאוד ומתפוצץ לאחר השלכתו.
בהתבסס על סוגי הפיצוצים לעיל, אנו יכולים להתמקד בשלושה היבטים של הגנה מפני פיצוץ: מניעת טעינת יתר, מניעת קצרים חיצוניים ושיפור בטיחות התא. ביניהם, מניעת טעינת יתר ומניעת קצר חשמלי חיצוני שייכים להגנה אלקטרונית, שיש לה קשר רב יותר עם תכנון מערכת הסוללה והרכבת הסוללות. המוקד של שיפור בטיחות תאי הסוללה הוא הגנה כימית ומכאנית, שיש לה קשר רב יותר עם יצרני תאי סוללה.
