Βλάβη εκτόνωσης των μπαταριών λιθίου

Χαρακτηριστικά κελύφους
Το λίθιο, με ατομικό αριθμό 3 και ατομικό βάρος 6,941, είναι το ελαφρύτερο στοιχείο αλκαλιμετάλλου. Προκειμένου να βελτιώσουν την ασφάλεια και την τάση, οι επιστήμονες έχουν εφεύρει υλικά όπως ο γραφίτης και το οξείδιο του κοβαλτίου λιθίου για την αποθήκευση ατόμων λιθίου. Η μοριακή δομή αυτών των υλικών σχηματίζει μικρά πλέγματα αποθήκευσης νανοκλίμακας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση ατόμων λιθίου. Με αυτόν τον τρόπο, ακόμη και αν το περίβλημα της μπαταρίας σπάσει και εισέλθει οξυγόνο, λόγω του μεγάλου μεγέθους των μορίων οξυγόνου, δεν μπορούν να εισέλθουν σε αυτά τα μικρά διαμερίσματα αποθήκευσης, εμποδίζοντας τα άτομα λιθίου να έρθουν σε επαφή με το οξυγόνο και αποφεύγοντας τις εκρήξεις.
Προστατευτικά μέτρα
Μετά την υπερφόρτιση των στοιχείων της μπαταρίας λιθίου σε τάση μεγαλύτερη από 4,2 V, θα αρχίσουν να εμφανίζονται παρενέργειες. Όσο μεγαλύτερη είναι η τάση υπερφόρτισης, τόσο μεγαλύτερος είναι ο κίνδυνος. Όταν η τάση μιας κυψέλης μπαταρίας λιθίου υπερβαίνει τα 4,2 V, λιγότερα από τα μισά άτομα λιθίου παραμένουν στο υλικό του θετικού ηλεκτροδίου, προκαλώντας την κατάρρευση του χώρου αποθήκευσης και με αποτέλεσμα τη μόνιμη απώλεια χωρητικότητας της μπαταρίας. Εάν η φόρτιση συνεχιστεί, καθώς ο χώρος αποθήκευσης του αρνητικού ηλεκτροδίου είναι ήδη γεμάτος με άτομα λιθίου, το επόμενο μέταλλο λιθίου θα συσσωρευτεί στην επιφάνεια του υλικού του αρνητικού ηλεκτροδίου. Αυτά τα άτομα λιθίου θα αναπτύξουν δενδριτικούς κρυστάλλους από την επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου προς την κατεύθυνση των ιόντων λιθίου. Αυτοί οι κρύσταλλοι μετάλλου λιθίου θα περάσουν μέσα από τον διαχωριστή, προκαλώντας βραχυκύκλωμα μεταξύ του θετικού και του αρνητικού ηλεκτροδίου. Μερικές φορές η μπαταρία εκρήγνυται πριν συμβεί βραχυκύκλωμα, επειδή κατά τη διάρκεια της υπερφόρτισης, υλικά όπως ο ηλεκτρολύτης θα αποσυντεθούν και θα παράγουν αέριο, προκαλώντας διόγκωση και ρήξη του περιβλήματος της μπαταρίας ή της βαλβίδας πίεσης, επιτρέποντας στο οξυγόνο να εισέλθει και να αντιδράσει με άτομα λιθίου που συσσωρεύονται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο επιφάνεια, οδηγώντας σε έκρηξη.
Επομένως, κατά τη φόρτιση μπαταριών λιθίου, είναι απαραίτητο να ορίσετε ένα ανώτατο όριο τάσης, ώστε να λαμβάνεται υπόψη ταυτόχρονα η διάρκεια ζωής, η χωρητικότητα και η ασφάλεια της μπαταρίας. Το ιδανικό ανώτερο όριο τάσης φόρτισης είναι 4,2 V. Θα πρέπει επίσης να υπάρχει χαμηλότερο όριο τάσης κατά την αποφόρτιση των μπαταριών λιθίου. Όταν η τάση της μπαταρίας είναι κάτω από 2,4 V, ορισμένα υλικά θα αρχίσουν να καταστρέφονται. Λόγω της αυτοεκφόρτισης της μπαταρίας, η τάση θα μειωθεί με την πάροδο του χρόνου. Επομένως, είναι καλύτερο να μην το εκφορτίζετε στα 2,4 V πριν σταματήσετε. Κατά τη διάρκεια της περιόδου αποφόρτισης από 3,0V έως 2,4 V, η ενέργεια που απελευθερώνεται από τις μπαταρίες λιθίου αντιστοιχεί μόνο στο 3% περίπου της χωρητικότητας της μπαταρίας. Επομένως, το 3.0V είναι μια ιδανική τάση αποκοπής εκφόρτισης. Κατά τη διάρκεια της φόρτισης και της εκφόρτισης, εκτός από τους περιορισμούς τάσης, είναι απαραίτητοι και περιορισμοί ρεύματος. Όταν το ρεύμα είναι πολύ υψηλό, τα ιόντα λιθίου δεν μπορούν να εισέλθουν έγκαιρα στην κυψέλη αποθήκευσης και θα συσσωρευτούν στην επιφάνεια του υλικού.
Μετά τη λήψη ηλεκτρονίων, αυτά τα ιόντα λιθίου θα παράγουν κρυστάλλους ατόμων λιθίου στην επιφάνεια του υλικού, οι οποίοι, όπως η υπερφόρτιση, μπορούν να προκαλέσουν κίνδυνο. Εάν το περίβλημα της μπαταρίας σπάσει, θα εκραγεί. Επομένως, η προστασία των μπαταριών ιόντων λιθίου θα πρέπει να περιλαμβάνει τουλάχιστον τρία στοιχεία: ανώτερο όριο τάσης φόρτισης, κατώτερο όριο τάσης εκφόρτισης και ανώτερο όριο ρεύματος. Σε μια τυπική μπαταρία λιθίου, εκτός από τις κυψέλες της μπαταρίας λιθίου, υπάρχει μια προστατευτική πλάκα που παρέχει κυρίως αυτές τις τρεις προστασίες. Ωστόσο, αυτές οι τρεις προστασίες της προστατευτικής πλακέτας προφανώς δεν επαρκούν και τα παγκόσμια περιστατικά έκρηξης μπαταριών λιθίου εξακολουθούν να είναι συχνά. Για να διασφαλιστεί η ασφάλεια του συστήματος μπαταρίας, πρέπει να διεξαχθεί μια πιο προσεκτική ανάλυση των αιτιών των εκρήξεων της μπαταρίας.