Литий-ионный аккумулятор — с точки зрения регуляторов, это конструктивно маленький взрывоопасный контейнер.
Почему Li-Ion взрывоопасны?
В технологии уживаются активные окислитель (кобальтит лития) и восстановитель (графитид лития), разделённые тонким слоем сепаратора (в большинстве случаев пористая полимерная плёнка). Если чуть что идёт не так... Вот видео.
Производители должны создавать условия для максимальной безопасности аккумулятора Li-Ion. Для этого созданы регуляторы и конкретные требования, каким именно следовать условиям. Благодаря стандартам теперь в электронике ничего просто так не взрывается. Рассмотрим 8 наиболее распространённых и применяемых.
Литий-ионные аккумуляторы: «безопасность» или «опасность» в кармане?
В нештатной ситуации (прохудится/повредится сепаратор, случится короткое замыкание) в литий-ионном аккумуляторе мгновенно запустится увеличивающийся со временем тепловой разгон. Он разрушит и буквально подорвёт аккумулятор как взрывчатку.
В литий-ионной технологии для взрыва есть все компоненты: горючее, кислород и окислитель.
Другими словами, взрывоопасность литий-ионного аккумулятора повышают следующие факторы:
- • повреждение (падение телефона, сильный нагрев, сдавливание);
- • ускоренный износ (например, из-за плохой быстрой зарядки);
- • отсутствие должной защиты (брак, неудачная конструкция).
Химию процесса подробно изображена и исследована в этой научной работе [PDF], в частности на странице 675 журнала «Burn Care & Research» (опубликовано Оксфордской Академией) .
Литий-ионные аккумуляторы рассованы по карманам людей (телефон-звонилка, смартфон, планшет). Опасны ли они? Угроза, конечно, существует. Просто напомним о ситуации со смартфонами-убийцами* от Samsung (* - хочу знать, что там у них за убийцы).
И миниатюрные «бомбы» продолжают распространяться. У кого-то есть привычка носить в ушах (беспроводные наушники), на руке (смарт-часы). Кто-то постоянно использует в машине (видеорегистраторы неплохо взрываются). Иногда люди хранят такие «мини-бомбы» на балконе или в гараже (электросамокат, электровелосипед) и так далее.
8 стандартов литий-ионных аккумуляторов для безопасности
На литий-ионные аккумуляторные батареи распространяются несколько предписаний регуляторов. Это ключевые стандарты для контроля производительности, транспортировки, эксплуатации, испытаний.
Каждый из них направляет производителей и поставщиков литий-ионных (Li-ion) и литий-ионных полимерных (Li-Ion Polymer) аккумуляторных батарей в:
- • проектировании,
- • внедрении средств управления дизайном,
- • производстве,
- • тестировании.
1. UL1642 (UL 1642), Standard for Lithium Batteries
Официальная страница (PDF)
Стандарт для литий-ионных аккумуляторных батарей. В понимании этого документа они должны соответствовать требованиям уменьшения риска возгорания или взрыва при работе готовых изделий (продукции, внутри которых размещены ячейки).
2. IEC 62133, Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes
Официальная страница
Перезаряжаемые элементы и батареи, содержащие щелочные или другие некислотные электролиты. Стандарт выдвигает требования к переносным герметичным вторичным элементам и аккумуляторным блокам для использования в портативных устройствах (по-научному, «приложениях»).
3. IEC 62281, Safety of primary and secondary lithium batteries cells and batteries during transport
Официальная страница
Безопасность одноразовых и перезаряжаемых литиевых элементов и аккумуляторных батарей во время транспортировки. Эти требования покрывают процесс транспортировки, когда аккумуляторы и батарейки уже применены в качестве источников питания в продуктах.
4. UL2054 (UL 2054), Standard for Household and Commercial Batteries
Официальная страница (PDF)
Стандарт для домашнего и коммерческого применения аккумуляторных батарей. Требования выдвигаются в целях уменьшения риска возгорания, взрыва, саморазрушения при использовании элементов внутри потребительских изделий.
5. UN 38.3 (UN/DOT, Dept of Transportation)
Официальная страница
Руководство с подробным описанием критериев испытания и тестирования литиевых батарей. Регулярно обновляется и переиздаётся. Аккумуляторным батареям неизменно посвящён пункт 38.3.
6. IEEE 1625
Официальная страница
Стандарт IEEE, выдвигающий требования к перезаряжаемым аккумуляторным батареям с несколькими ячейками, которые используются в мобильных вычислительных устройствах. В основном этот стандарт распространяется на аккумуляторные батареи для мобильных компьютеров.
7. IEEE 1725
Официальная страница
Стандарт IEEE с требованиями к перезаряжаемым батареям в сотовых телефонах (к ним относятся: электрическая и механическая конструкция аккумуляторного блока, технологии упаковки, контроль заряда и разряда на уровне блока и элемента, а также общие системные соображения).
8. IEC 60950-1 (наш аналог UL 60950-1), Information Technology Equipment
Официальная страница (PDF)
Оборудование информационных технологий. Требования безопасности. Принят в качестве национального стандарта РФ с 1 сентября 2015-го года. Международный стандарт IEC 60950-1 был для этого переведён с английского языка.
В отношении литиевых аккумуляторных батарей действуют требования по разделу 2.5 (Таблица 2B) «Источник ограниченного питания». Среди ограничений нельзя превышать ток 8А в пределах 5 секунд. Спецификация применима к большинству батарей потребительских электронных устройств: ноутбуков, планшетов, смартфонов и так далее.
Есть и другие стандарты Li-Ion
Стандартов литий-ионных аккумуляторов намного больше. Полный их список по UL, IEC, IEEE и другим видам сертификации можно посмотреть в книге «Lithium-Ion Batteries Hazard and Use Assessment» (онлайн-версия на Google Books).
Цель всех этих стандартов безопасности — обеспечить литий-ионные аккумуляторы эффективными механизмами защиты от:
- • теплового разгона,
- • пожара,
- • взрыва,
- • разрыва,
- • вздутия.
Указанные события опасны. Они угрожают не только оборудованию, но и жизни, здоровью пользователей. Поэтому производители следуют правилам, указаниям и установкам регуляторов.
Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.
Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.
