Ekspansjonsskade på litiumbatterier

Skallegenskaper
Litium, med et atomnummer på 3 og en atomvekt på 6,941, er det letteste alkalimetallelementet. For å forbedre sikkerhet og spenning har forskere oppfunnet materialer som grafitt og litiumkoboltoksid for å lagre litiumatomer. Den molekylære strukturen til disse materialene danner små lagringsnett i nanoskala som kan brukes til å lagre litiumatomer. På denne måten, selv om batterihuset sprekker og oksygen kommer inn, på grunn av den store størrelsen på oksygenmolekylene, kan de ikke komme inn i disse små lagringsrommene, noe som forhindrer litiumatomer i å komme i kontakt med oksygen og unngår eksplosjoner.
Beskyttende tiltak
Etter overlading av litiumbattericeller til en spenning høyere enn 4,2V, vil bivirkninger begynne å oppstå. Jo høyere overladingsspenning, jo høyere er faren. Når spenningen til en litiumbattericelle overstiger 4,2V, forblir mindre enn halvparten av litiumatomene i det positive elektrodematerialet, noe som får oppbevaringsrommet til å kollapse og resultere i permanent kapasitetstap av batteriet. Hvis ladingen fortsetter, ettersom lagringsrommet til den negative elektroden allerede er fylt med litiumatomer, vil påfølgende litiummetall samle seg på overflaten av det negative elektrodematerialet. Disse litiumatomene vil vokse dendrittiske krystaller fra den negative elektrodeoverflaten i retning av litiumioner. Disse litiummetallkrystallene vil passere gjennom separatoren, og forårsake kortslutning mellom de positive og negative elektrodene. Noen ganger eksploderer batteriet før en kortslutning oppstår, fordi under overlading vil materialer som elektrolytt brytes ned og produsere gass, noe som får batterihuset eller trykkventilen til å svelle og briste, slik at oksygen kommer inn og reagerer med litiumatomer som samles på den negative elektroden. overflaten, noe som fører til en eksplosjon.
Derfor, når du lader litiumbatterier, er det nødvendig å sette en øvre spenningsgrense for samtidig å vurdere batteriets levetid, kapasitet og sikkerhet. Den ideelle øvre grensen for ladespenning er 4,2V. Det bør også være en lavere spenningsgrense ved utlading av litiumbatterier. Når spenningen til battericellen er under 2,4V, vil noen materialer begynne å bli skadet. På grunn av selvutladingen av batteriet, vil spenningen reduseres over tid. Derfor er det best å ikke lade den ut til 2,4V før du stopper. I løpet av utladingsperioden fra 3.0V til 2.4V, utgjør energien som frigjøres av litiumbatterier bare omtrent 3 % av batterikapasiteten. Derfor er 3.0V en ideell utladningssperrespenning. Under lading og utlading er det i tillegg til spenningsbegrensninger også nødvendig med strømbegrensninger. Når strømmen er for høy, kan ikke litiumioner komme inn i lagringscellen i tide og vil samle seg på overflaten av materialet.
Etter å ha fått elektroner vil disse litiumionene produsere litiumatomkrystaller på overflaten av materialet, som i likhet med overlading kan forårsake fare. Hvis batteridekselet sprekker, vil det eksplodere. Derfor bør beskyttelsen av litiumion-batterier minst omfatte tre elementer: øvre grense for ladespenning, nedre grense for utladningsspenning og øvre grense for strøm. I en typisk litiumbatteripakke er det i tillegg til litiumbattericellene en beskyttelsesplate som hovedsakelig gir disse tre beskyttelsene. Imidlertid er disse tre beskyttelsene til beskyttelsesplaten åpenbart ikke nok, og globale eksplosjonshendelser med litiumbatterier er fortsatt hyppige. For å sikre sikkerheten til batterisystemet, må det utføres en mer nøye analyse av årsakene til batterieksplosjoner.