Повреда при разширяване на литиеви батерии

Характеристики на черупката
Литият, с атомно число 3 и атомно тегло 6,941, е най-лекият алкален метален елемент. За да подобрят безопасността и напрежението, учените са изобретили материали като графит и литиев кобалтов оксид за съхранение на литиеви атоми. Молекулярната структура на тези материали образува наномащабни малки решетки за съхранение, които могат да се използват за съхраняване на литиеви атоми. По този начин, дори ако корпусът на батерията се спука и влезе кислород, поради големия размер на кислородните молекули, те не могат да влязат в тези малки отделения за съхранение, предотвратявайки контакта на литиевите атоми с кислорода и избягвайки експлозии.
Защитни мерки
След презареждане на клетките на литиевата батерия до напрежение, по-високо от 4,2 V, ще започнат да се появяват странични ефекти. Колкото по-високо е напрежението на презареждане, толкова по-голяма е опасността. Когато напрежението на клетка от литиева батерия надвиши 4,2 V, по-малко от половината от литиевите атоми остават в материала на положителния електрод, което води до свиване на отделението за съхранение и в резултат на постоянна загуба на капацитет на батерията. Ако зареждането продължи, тъй като отделението за съхранение на отрицателния електрод вече е запълнено с литиеви атоми, последващият литиев метал ще се натрупа върху повърхността на материала на отрицателния електрод. Тези литиеви атоми ще развият дендритни кристали от повърхността на отрицателния електрод към посоката на литиевите йони. Тези метални литиеви кристали ще преминат през сепаратора, причинявайки късо съединение между положителните и отрицателните електроди. Понякога батерията експлодира, преди да възникне късо съединение, тъй като по време на презареждане, материали като електролит ще се разложат и ще произведат газ, причинявайки подуване и разкъсване на корпуса на батерията или клапана за налягане, което позволява на кислорода да навлезе и да реагира с литиевите атоми, натрупани върху отрицателния електрод повърхност, което води до експлозия.
Следователно, когато зареждате литиеви батерии, е необходимо да зададете горна граница на напрежението, за да вземете предвид едновременно живота, капацитета и безопасността на батерията. Идеалната горна граница на напрежението на зареждане е 4,2 V. Трябва да има и по-ниска граница на напрежението при разреждане на литиеви батерии. Когато напрежението на клетката на батерията е под 2,4 V, някои материали ще започнат да се повреждат. Поради саморазреждането на батерията, напрежението ще намалее с времето. Затова е най-добре да не го разреждате до 2.4V преди да спрете. По време на периода на разреждане от 3.0V до 2,4V, енергията, освободена от литиевите батерии, представлява само около 3% от капацитета на батерията. Следователно 3.0V е идеалното напрежение на прекъсване на разряда. По време на зареждане и разреждане, в допълнение към ограниченията на напрежението, са необходими и ограничения на тока. Когато токът е твърде висок, литиевите йони не могат да влязат в клетката за съхранение навреме и ще се натрупат на повърхността на материала.
След получаване на електрони, тези литиеви йони ще произведат кристали на литиев атом върху повърхността на материала, което, подобно на презареждането, може да причини опасност. Ако корпусът на батерията се спука, тя ще експлодира. Следователно защитата на литиево-йонните батерии трябва да включва най-малко три елемента: горна граница на напрежението на зареждане, долна граница на напрежението на разреждане и горна граница на тока. В типичния пакет литиева батерия, в допълнение към клетките на литиева батерия, има защитна плоча, която основно осигурява тези три защити. Въпреки това, тези три защити на защитната платка очевидно не са достатъчни и глобалните инциденти с експлозия на литиева батерия все още са чести. За да се гарантира безопасността на акумулаторната система, трябва да се извърши по-внимателен анализ на причините за експлозията на батерията.