Пошкодження літієвих батарей від розширення

Характеристики оболонки
Літій з атомним номером 3 і атомною масою 6,941 є найлегшим елементом лужного металу. Щоб підвищити безпеку та напругу, вчені винайшли такі матеріали, як графіт і оксид кобальту літію, для зберігання атомів літію. Молекулярна структура цих матеріалів утворює нанорозмірні малі накопичувальні сітки, які можна використовувати для зберігання атомів літію. Таким чином, навіть якщо корпус батареї розривається і всередину потрапляє кисень, через великий розмір молекул кисню вони не можуть потрапити в ці маленькі відсіки для зберігання, запобігаючи контакту атомів літію з киснем і уникаючи вибухів.
Захисні заходи
Після перезарядки елементів літієвої батареї до напруги вище 4,2 В почнуть виникати побічні ефекти. Чим вище напруга перезаряду, тим вище небезпека. Коли напруга елемента літієвої батареї перевищує 4,2 В, менше половини атомів літію залишається в матеріалі позитивного електрода, що спричиняє руйнування відсіку для зберігання та призводить до остаточної втрати ємності батареї. Якщо заряджання продовжується, оскільки відсік для зберігання негативного електрода вже заповнений атомами літію, наступний металевий літій буде накопичуватися на поверхні матеріалу негативного електрода. Ці атоми літію виростуть дендритні кристали від поверхні негативного електрода в напрямку іонів літію. Ці кристали металевого літію проходитимуть через сепаратор, викликаючи коротке замикання між позитивним і негативним електродами. Іноді батарея вибухає до того, як станеться коротке замикання, тому що під час надмірного заряджання такі матеріали, як електроліт, розкладаються та виробляють газ, спричиняючи здуття та розрив корпусу батареї або напірного клапана, дозволяючи кисню проникнути та реагувати з атомами літію, накопиченими на негативному електроді. поверхні, що призведе до вибуху.
Тому, заряджаючи літієві батареї, необхідно встановити верхню межу напруги, щоб одночасно враховувати термін служби батареї, ємність і безпеку. Ідеальна верхня межа зарядної напруги становить 4,2 В. Також має бути нижня межа напруги під час розрядки літієвих батарей. Коли напруга елемента батареї нижче 2,4 В, деякі матеріали почнуть пошкоджуватися. Через саморозряд акумулятора напруга з часом буде знижуватися. Тому краще не розряджати його до 2,4 В перед зупинкою. Під час періоду розряду від 30В до 2,4 В енергія, що виділяється літієвими батареями, становить лише близько 3% ємності батареї. Отже, 3.0V є ідеальною напругою відсікання розряду. Під час заряджання та розряджання, крім обмежень напруги, також необхідні обмеження струму. Коли струм занадто високий, іони літію не можуть вчасно потрапити в накопичувальну комірку і будуть накопичуватися на поверхні матеріалу.
Після отримання електронів ці іони літію вироблятимуть кристали атома літію на поверхні матеріалу, що, як і перезаряд, може спричинити небезпеку. Якщо корпус акумулятора розірветься, він вибухне. Тому захист літій-іонних акумуляторів має включати принаймні три пункти: верхню межу напруги зарядки, нижню межу напруги розряду та верхню межу струму. У типовій літієвій батареї, на додаток до елементів літієвої батареї, є захисна пластина, яка в основному забезпечує ці три види захисту. Однак цих трьох захистів захисної плати явно недостатньо, і глобальні випадки вибуху літієвої батареї все ще часті. Щоб забезпечити безпеку акумуляторної системи, необхідно провести більш ретельний аналіз причин вибуху батареї.