باتری‌های لیتیومی با ظرفیت تقلبی؛ ریسک فرار حرارتی و انهدام تجهیزات (توضیح اجمالی)

سلول‌های باتری لیتیوم-یون (Lithium-ion Cells) و لیتیوم آهن فسفات (LiFePO4) به عنوان منبع انرژی اصلی در سیستم‌های UPS، خودروهای برقی، ابزارآلات شارژی و پک‌های ذخیره‌سازی خورشیدی شناخته می‌شوند.

با این حال، افزایش تقاضا منجر به ورود گسترده سلول‌های ری‌برند شده، دست‌دوم، و دارای ظرفیت اسمی کاذب (Fake Capacity) به بازار شده است. روی بسیار از این سلول‌های فیک (مانند سلول‌های ۱۸۶۵۰ یا ۲۱۷۰۰) اعداد غیرواقعی نظیر 5000mAh یا 9800mAh چاپ می‌شود، در حالی که ظرفیت واقعی آن‌ها کمتر از 1000mAh است.

بر اساس استانداردهای بازرسی ایمنی باتری در سال ۲۰۲۶، خطر اصلی سلول‌های لیتیومی فیک تنها کم بودن شارژدهی نیست؛ بلکه مقاومت داخلی بسیار بالا ($ESR$)، عدم وجود سپراتور (Separator) استاندارد و حذف مدار حفاظت (BMS) است.

این سلول‌ها در هنگام دشارژ با جریان‌های بالا یا شارژ مجدد، به سرعت دچار افزایش دما شده و پدیده مرگبار فرار حرارتی (Thermal Runaway) را تجربه می‌کنند که منجر به تولید گازهای آتش‌زا، آتش‌سوزی شدید و انفجار می‌شود.

مکانیزم شیمیایی فرار حرارتی و متدهای تخصصی تشخیص باتری فیک (توضیح عمیق)

الف) چرخه ایجاد فرار حرارتی (Thermal Runaway) در سلول‌های تقلبی

۱. بالارفتن مقاومت داخلی و تلفات $I^2R$: در باتری‌های تقلبی به جای الکترودهای مس و آلومینیوم با خلوص بالا، از آلیاژهای ارزان استفاده می‌شود. این موضوع باعث افزایش شدید مقاومت داخلی ($m\Omega$) شده و طبق قانون ژول، تحت شارژ یا دشارژ جریان بالا، حرارت شدیدی تولید می‌کند.

۲. تجزيه لایه SEI و نازک بودن سپراتور: با رسیدن دمای سلول به حدود ۸۰ تا ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد، لایه عایق Solid Electrolyte Interphase (SEI) تجزیه می‌شود. نازک و غیراستاندارد بودن جداکننده (Separator) در سلول‌های فیک باعث اتصال کوتاه مستقیم آند و کاتد درون سلول می‌گردد.

۳. آزادسازی گازهای اشتعال‌زا و انفجار: تجزيه الکترولیت آلی منجر به آزادسازی گازهای هیدروژن، متان و اکسیژن درون محفظه فلزی بسته سلول می‌شود. با افزایش فشار داخلی و نرسیدن سوپاپ اطمینان (Safety Vent)، فشار ناگهانی آزاد شده و همراه با شراره‌های آتش منفجر می‌شود.

۴. استفاده از ماسه یا آرد برای سنگین کردن سلول: سودجویان درون سلول‌های ۱۸۶۵۰ فیک، یک سلول بسیار کوچک ۵۰۰ میلی‌آمپری قرار داده و فضای خالی اطراف آن را با شن، آرد یا ملات آلومینیوم پر می‌کنند تا وزن آن به سلول اصلی نزدیک شود!

ب) روش‌های کارگاهی و آزمایشگاهی برای تشخیص باتری لیتیوم فیک

برای سنجش اصالت و ایمنی سلول‌های لیتیومی پیش از مونتاژ در پک، تست‌های زیر الزامی است:

1. تست اندازه گیری مقاومت داخلی ($AC IR$ در فرکانس $1kHz$): سلول‌های استاندارد ۱۸۶۵۰ با ظرفیت 2500mAh مقاومت داخلی زیر $۲۰m\Omega$ دارند. اگر مقاومت داخلی بالای $۵۰m\Omega$ باشد، سلول مستعد فرار حرارتی است.
2. تست دشارژ با جریان ثابت (Capacity Discharge Test): قرار دادن سلول روی دستگاه تستر باتری (مانند DL24 یا LiitoKala) و دشارژ با جریان $0.5C$ یا $1C$ تا ولتاژ قطع $2.5V$ برای ثبت ظرفیت واقعی میلی‌آمپرساعت.
3. بررسی کد لیزری ماتریکسی و عایق سر سلول: سلول‌های اصلی پاناسونیک، سامسونگ، ال‌جی و سونی دارای کد لیزری دوخطی تمیز روی بدنه فلزی زیر روکش (PVC) هستند. چاپ‌های روی روکش بیرونی قابل اعتماد نیستند.

جدول مقایسه پارامترهای فنی سلول لیتیومی اصلی و نمونه‌های با ظرفیت فیک

تفاوت‌های کلیدی در مشخصات الکتریکی و ساختار ایمنی:

گراف تحلیلی: ۶ گام تست و مونتاژ ایمن پک‌های باتری لیتیومی صنعتی

پروتکل استاندارد مهندسی برای جلوگیری از آتش‌سوزی در پک‌سازی باتری:

• گام ۱ (تست وزن و ظاهر اولیه): جداسازی سلول‌های دارای وزن ناهمگون (خارج از محدوده ۴۴-۴۸ گرم) یا دارای تو رفتگی در بدنه.
• گام ۲ (اندازه‌گیری مقاومت داخلی $IR$): هم‌ولتاژ کردن سلول‌ها و تست مقاومت داخلی با تستر ۴ سیمه $1kHz$؛ حذف سلول‌های بالای $30m\Omega$.
• گام ۳ (تست چرخه ظرفیت کامل): شارژ تا ۴.۲ ولت و دشارژ تا ۲.۵ ولت روی دستگاه تستر جهت تطبیق دقیق ظرفیت سلول‌ها (Capacity Matching).
• گام ۴ (نصب برد مدیریت باتری استاندارد – BMS): استفاده از BMS با قابلیت بالانس اکتیو/پسیو و سنسور دمای NTC روی سلول‌ها.
• گام ۵ (جو ش‌کاری نقطه با ورق نیکل خالص): عدم استفاده از لحیم‌کاری مستقیم (به دلیل آسیب حرارتی) و جوش نقطه با نیکل ۹۹.۹٪.
• گام ۶ (عایق‌بندی با کاغذ جوش و پد نسوز): استفاده از کاغذ نسوز (Barley Paper) بین قطب‌های مثبت و پوشش شیرینک با کیفیت.

نکات تجربی کارگاهی و مرجع خرید سلول‌های لیتیومی باکیفیت

سوالات متداول مهندسان و مصرف‌کنندگان باتری‌های لیتیومی

۱. چرا باتری‌های لیتیومی فیک هنگام شارژ شدن باد می‌کنند یا داغ می‌شوند؟

به دلیل مقاومت داخلی بالای سلول و تجزیه الکترولیت ناخالص در اثر حرارت، گازهایی مانند دی‌اکسید کربن و متان تولید می‌شوند که موجب باد کردن پوشش فلزی یا لاستیکی سلول می‌گردند.

۲. آیا نصب برد حفاظت (BMS) می‌تواند جلوی انفجار باتری فیک را بگیرد؟

برد BMS جلوی اضافه ولتاژ و دشارژ بیش از حد بیرونی را می‌گیرد، اما اگر فرار حرارتی ناشی از اتصال کوتاه داخلی یا کیفیت بد شیمی سلول رخ دهد، BMS نمی‌تواند جلوی واکنش شیمیایی درون سلول را بگیرد.

۳. بهترین نوع باتری لیتیومی از نظر ایمنی و عدم انفجار برای کاربردهای صنعتی چیست؟

باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (LiFePO4) به دلیل پیوند قوی فسفات-اکسیژن، پایداری حرارتی تا ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد دارند و حتی در صورت سوراخ شدن یا اتصال کوتاه دچار آتش‌سوزی یا انفجار نمی‌شوند.

نتیجه‌گیری و جمع‌بندی مهندسی ادبینو

خرید و استفاده از باتری‌های لیتیومی با ظرفیت فیک، قمار بر سر سلامت تجهیزات و ایمنی جانی است. تنها راهکار اطمینان از اصالت سلول‌ها، سنجش وزن، تست مقاومت داخلی ($IR$) و آنالیز منحنی دشارژ با دستگاه‌های دقیق است. با به‌کارگیری سلول‌های اورجینال، بردهای BMS هوشمند و رعایت الزامات مونتاژ، ریسک فرار حرارتی را به صفر برسانید.

برای مطالعه مقالات آموزش تخصصی ذخیره‌سازی انرژی و تست باتری، به **پورتال تخصصی ادبینو (adbino.ir)** مراجعه کنید.