Полный текст статьи (PDF) XML (JATS 1.2)
Авторы / Authors
  • Корнилов Денис Юрьевич (Kornilov Denis Yu.) доктор технических наук, заместитель генерального директора АО «АВЭКС», научный руководитель по направлению химических источников тока, АО «АВЭКС", Москва, Россия
    Dr.Sc., Deputy General Director of AVEX JSC, Scientific Supervisor for Chemical Power Sources, AVEX JSC     d.kornilov@avecs.ru
  • Морозов Алексей Николаевич (Morozov Alexey N.) начальник отдела, ФГБУ «16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт» Минобороны России, г. Мытищи, Россия
    Head of the Department of the 16th Central Research and Testing Institute of the Ministry of Defense of the Russian Federation     alexy.morozow@yandex.ru
  • Слепов Сергей Николаевич (Slepov Sergey N.) кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник, ФГБУ «16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт» Минобороны России, г. Мытищи, Россия
    Ph.D., Associate Professor, Senior Researcher of the 16th Central Research and Testing Institute of the Ministry of Defense of Russia     slepov69@mail.ru
  • Абрамкин Роман Викторович (Abramkin Roman V.) кандидат технических наук, заместитель начальника отдела, ФГБУ «16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт» Минобороны России, г. Мытищи, Россия
    Ph.D., Deputy Head of the Department of the Federal State Budgetary Institution "16th Central Research and Testing Institute" of the Ministry of Defense of Russia     avg62rus@rambler.ru
Ключевые слова
малогабаритные источники токапожаробезопасностьаварийные ситуациитепловой разгонвозгораниевзрывсепаратортокоотводыкатодный материалпроцесс горения
Keywords
small-sized power sourcesfire safetyemergenciesthermal runawayignitionexplosionseparatorcurrent collectorscathode materialcombustion process
Аннотация / Abstract
Русский

Метод исследования: анализа и синтеза, позволяющий комплексно оценить перспективы внедрения новых способов защиты литий-ионных аккумуляторов.

Цель исследования: изучение причин возгорания и взрыва литий-ионных аккумуляторов, а также новых способов их многоуровневой защиты, позволяющих обеспечить безопасную эксплуатацию.

Результат: в ходе исследования были изучены процессы, происходящие в литий-ионном аккумуляторе в процессе заряда и разряда. Проведен анализ причин пожаров и взрывов литий-ионных аккумуляторов на примере продукции народно-хозяйственного назначения. Установлено, что основной причиной является внутреннее короткое замыкание, возникающее вследствие разрыва сепаратора из-за роста дендритов при перезаряде. Определена важность и необходимость исследования вопроса безопасности аккумуляторов. Описана суть процесса возникновения теплового разгона, приводящего к возгоранию литий-ионного аккумулятора. Выработаны предложения, направленные на повышение безопасности эксплуатации литий-ионных аккумуляторов, заключающиеся в совершенствовании сепараторов, замене алюминиевой и медной фольги, применяемой в качестве токоотводов литий-ионных аккумуляторов на металлизированную медью или алюминием лавсановую пленку, а также использовании микрокапсул из низкоплавкого композитного полимера, внутри которых заключен огнетушащий агент.

Практическая ценность: комплексное использование предложенных способов защиты литий-ионных аккумуляторов позволяет существенно повысить безопасность их эксплуатации – минимизировать риск взрыва или пожара в случае возникновения теплового разгона.

English

Research method: analysis and synthesis, which allows a comprehensive assessment of the prospects for the introduction of new methods of protection of lithium-ion batteries.

The purpose of the study: to study the causes of fire and explosion of lithium-ion batteries, as well as new methods of their multi-level protection to ensure safe operation.

Result: In the course of the study, the processes occurring in a lithium-ion battery in the process of charging and discharging were studied. The analysis of the causes of fires and explosions of lithium-ion batteries was carried out on the example of products of national economic purpose. It was established that the main cause is an internal short circuit that occurs as a result of the rupture of the separator due to the growth of dendrites during overcharging. The essence of the process of thermal runaway, which leads to the ignition of a lithium-ion battery, is described. Proposals have been developed aimed at improving the safety of operation of lithium-ion batteries, consisting in the improvement of separators, the replacement of aluminum and copper foil used as current collectors of lithium-ion batteries with a lavsan film metallized with copper or aluminum, as well as the use of microcapsules made of low-melting composite polymer, inside which the extinguishing agent is contained.

Practical value: the comprehensive use of the proposed methods of protecting lithium-ion batteries can significantly increase the safety of their operation - minimize the risk of explosion or fire in the event of thermal runaway.

Финансирование / Funding

Источники финансирования не указаны.

No funding sources reported.

Идентификаторы / Identifiers
DOI10.21681/3034-4050-2025-3-70-79 ЖурналТелекоммуникации и связь Год2025 Номер№3 (06) Страницы70–79 ISSNПИ №ФС77-88069
Список литературы / References
  1. Kolly J. M., Panagiotou J.. The Investigation of a Lithium-Ion Battery Fire Onboard a Boeing 787 by the US National Transportation Safety Board // https://telegra.ph/Boeing-787-pdf-03-25. 2025.
    Kolly J. M., Panagiotou J.. The Investigation of a Lithium-Ion Battery Fire Onboard a Boeing 787 by the US National Transportation Safety Board // https://telegra.ph/Boeing-787-pdf-03-25. 2025.
  2. Loveridge M. J., Remy G., Kourra N., Genieser R., Barai A., Lain M. J., Guo Y., Amor-Segan M., Williams M. A., Amietszajew T. et al.. Looking Deeper into the Galaxy (Note 7) // Batteries. 2018. DOI: 10.3390/batteries4010003.
    Loveridge M. J., Remy G., Kourra N., Genieser R., Barai A., Lain M. J., Guo Y., Amor-Segan M., Williams M. A., Amietszajew T. et al.. Looking Deeper into the Galaxy (Note 7) // Batteries. 2018. DOI: 10.3390/batteries4010003.
  3. Ron Amadeo. Two different production problems from two different suppliers killed the Note 7 // Ars Technica. 2017.
    Ron Amadeo. Two different production problems from two different suppliers killed the Note 7 // Ars Technica. 2017.
  4. P. Arora, Z. J. Zhang. Battery separators // Chem. Rev.. 2004. Т. 104. С. 4419–4462.
    P. Arora, Z. J. Zhang. Battery separators // Chem. Rev.. 2004.
  5. Liu K., Zhuo D., Lee H.-W., Liu W., Lin D., Lu Y., Cui Y.. Extending the life of lithium-based rechargeable batteries by reaction of lithium dendrites with a novel silica nanoparticle sandwiched separator // Advanced Materials. Т. 29. № 4. С. 1603987–1603987. DOI: 10.1002/adma.201603987.
    Liu K., Zhuo D., Lee H.-W., Liu W., Lin D., Lu Y., Cui Y.. Extending the life of lithium-based rechargeable batteries by reaction of lithium dendrites with a novel silica nanoparticle sandwiched separator // Advanced Materials. DOI: 10.1002/adma.201603987.
  6. Darcy E. et al.. Metallized plastic current collectors // International Battery Safety Workshop (IBSW). 2019. № JSC-E-DAA-TN69168.
    Darcy E. et al.. Metallized plastic current collectors // International Battery Safety Workshop (IBSW). 2019.
  7. Darcy E.. Investigating Polymer Current Collectors for Isolating Internal Shorts in High Energy Cells // Advanced Automotive Battery Conference. 2024.
    Darcy E.. Investigating Polymer Current Collectors for Isolating Internal Shorts in High Energy Cells // Advanced Automotive Battery Conference. 2024.
  8. Jiang J., Dahn J. R.. ARC studies of the thermal stability of three different cathode materials: LiCoO2; Li[Ni0.1Co0.8Mn0.1]O2; and LiFePO4, in LiPF6 and LiBoB EC/DEC electrolytes // Electrochemistry Communications. Т. 6. № 1. С. 39–43. DOI: 10.1016/j.elecom.2003.10.011.
    Jiang J., Dahn J. R.. ARC studies of the thermal stability of three different cathode materials: LiCoO2; Li[Ni0.1Co0.8Mn0.1]O2; and LiFePO4, in LiPF6 and LiBoB EC/DEC electrolytes // Electrochemistry Communications. DOI: 10.1016/j.elecom.2003.10.011.
  9. Jung S., Jung H.-Y.. Charge/discharge characteristics of Li-ion batteries with two-phase active materials: a comparative study of LiFePO4 and LiCoO2 cells // International Journal of Energy Research. Т. 40. № 11. С. 1541–1555. DOI: 10.1002/er.3540.
    Jung S., Jung H.-Y.. Charge/discharge characteristics of Li-ion batteries with two-phase active materials: a comparative study of LiFePO4 and LiCoO2 cells // International Journal of Energy Research. DOI: 10.1002/er.3540.
  10. Feng X., Ouyang M., Liu X., Lu L., Xia Y., He X.. Thermal runaway mechanism of lithium-ion battery for electric vehicles: A review // Energy Storage Materials. Т. 10. С. 246–267. DOI: 10.1016/j.ensm.2020.05.013.
    Feng X., Ouyang M., Liu X., Lu L., Xia Y., He X.. Thermal runaway mechanism of lithium-ion battery for electric vehicles: A review // Energy Storage Materials. DOI: 10.1016/j.ensm.2020.05.013.
  11. Zhang W., Wu L., Du J., Tian J., Li Y., Zhao Y., Cheng S.. Fabrication of a microcapsule extinguishing agent with a core–shell structure for lithium-ion battery fire safety // Materials Advances. DOI: 10.1039/D1MA00343G.
    Zhang W., Wu L., Du J., Tian J., Li Y., Zhao Y., Cheng S.. Fabrication of a microcapsule extinguishing agent with a core–shell structure for lithium-ion battery fire safety // Materials Advances. DOI: 10.1039/D1MA00343G.