Deteriorări de expansiune ale bateriilor cu litiu

Caracteristicile cochiliei
Litiul, cu un număr atomic de 3 și o greutate atomică de 6,941, este cel mai ușor element de metal alcalin. Pentru a îmbunătăți siguranța și tensiunea, oamenii de știință au inventat materiale precum grafitul și oxidul de litiu-cobalt pentru a stoca atomii de litiu. Structura moleculară a acestor materiale formează mici grile de stocare la scară nanometrică care pot fi folosite pentru a stoca atomii de litiu. În acest fel, chiar dacă carcasa bateriei se rupe și intră oxigenul, din cauza dimensiunilor mari a moleculelor de oxigen, acestea nu pot pătrunde în aceste mici compartimente de depozitare, împiedicând atomii de litiu să intre în contact cu oxigenul și evitând exploziile.
Măsuri de protecție
După supraîncărcarea celulelor bateriei cu litiu la o tensiune mai mare de 4,2 V, vor începe să apară efecte secundare. Cu cât tensiunea de supraîncărcare este mai mare, cu atât pericolul este mai mare. Când tensiunea bateriei cu litiu depășește 4,2 V, mai puțin de jumătate din atomii de litiu rămân în materialul electrodului pozitiv, provocând colapsul compartimentului de depozitare și ducând la pierderea permanentă a capacității bateriei. Dacă încărcarea continuă, deoarece compartimentul de depozitare al electrodului negativ este deja umplut cu atomi de litiu, metalul de litiu se va acumula pe suprafața materialului electrodului negativ. Acești atomi de litiu vor crește cristale dendritice de la suprafața electrodului negativ spre direcția ionilor de litiu. Aceste cristale de litiu metalic vor trece prin separator, provocând un scurtcircuit între electrozii pozitivi și negativi. Uneori, bateria explodează înainte de a avea loc un scurtcircuit, deoarece în timpul supraîncărcării, materiale precum electrolitul se vor descompune și vor produce gaz, determinând umflarea și ruperea carcasei bateriei sau supapei de presiune, permițând oxigenului să intre și să reacționeze cu atomii de litiu acumulați pe electrodul negativ. suprafață, ceea ce duce la o explozie.
Prin urmare, atunci când încărcați bateriile cu litiu, este necesar să setați o limită superioară de tensiune pentru a lua în considerare simultan durata de viață, capacitatea și siguranța bateriei. Limita superioară ideală a tensiunii de încărcare este 4,2 V. De asemenea, ar trebui să existe o limită de tensiune mai mică atunci când se descarcă bateriile cu litiu. Când tensiunea celulei bateriei este sub 2,4 V, unele materiale vor începe să fie deteriorate. Datorită autodescărcării bateriei, tensiunea va scădea în timp. Prin urmare, este mai bine să nu-l descărcați la 2,4 V înainte de a vă opri. În timpul perioadei de descărcare de la 3,0V la 2,4V, energia eliberată de bateriile cu litiu reprezintă doar aproximativ 3% din capacitatea bateriei. Prin urmare, 3.0V este o tensiune de întrerupere a descărcării ideală. În timpul încărcării și descărcării, pe lângă limitările de tensiune, sunt necesare și limitări de curent. Când curentul este prea mare, ionii de litiu nu pot intra în timp în celula de stocare și se vor acumula pe suprafața materialului.
După obținerea electronilor, acești ioni de litiu vor produce cristale de atomi de litiu pe suprafața materialului, care, la fel ca supraîncărcarea, pot provoca pericol. Dacă carcasa bateriei se rupe, aceasta va exploda. Prin urmare, protecția bateriilor litiu-ion ar trebui să includă cel puțin trei elemente: limita superioară a tensiunii de încărcare, limita inferioară a tensiunii de descărcare și limita superioară a curentului. Într-un pachet obișnuit de baterii cu litiu, pe lângă celulele bateriei cu litiu, există o placă de protecție care oferă în principal aceste trei protecție. Cu toate acestea, aceste trei protecții ale plăcii de protecție nu sunt în mod evident suficiente, iar incidentele globale de explozie a bateriei cu litiu sunt încă frecvente. Pentru a asigura siguranța sistemului de baterii, trebuie efectuată o analiză mai atentă a cauzelor exploziilor bateriei.