Uitbreidingsschade van lithiumbatterijen

Shell-kenmerken
Lithium, met een atoomnummer van 3 en een atoomgewicht van 6,941, is het lichtste alkalimetaalelement. Om de veiligheid en de spanning te verbeteren, hebben wetenschappers materialen zoals grafiet en lithiumkobaltoxide uitgevonden om lithiumatomen op te slaan. De moleculaire structuur van deze materialen vormt kleine opslagroosters op nanoschaal die kunnen worden gebruikt om lithiumatomen op te slaan. Op deze manier kunnen ze, zelfs als de behuizing van de batterij scheurt en er zuurstof binnendringt, vanwege de grote omvang van de zuurstofmoleculen deze kleine opslagcompartimenten niet binnendringen, waardoor wordt voorkomen dat lithiumatomen in contact komen met zuurstof en explosies worden vermeden.
Beschermende maatregelen
Na het overladen van lithiumbatterijcellen tot een spanning hoger dan 4,2 V zullen bijwerkingen optreden. Hoe hoger de overlaadspanning, hoe groter het gevaar. Wanneer de spanning van een lithiumbatterijcel de 4,2 V overschrijdt, blijft minder dan de helft van de lithiumatomen in het positieve elektrodemateriaal achter, waardoor het opslagcompartiment instort en permanent capaciteitsverlies van de batterij ontstaat. Als het opladen doorgaat, omdat het opslagcompartiment van de negatieve elektrode al gevuld is met lithiumatomen, zal het daaropvolgende lithiummetaal zich ophopen op het oppervlak van het negatieve elektrodemateriaal. Deze lithiumatomen zullen dendritische kristallen laten groeien vanaf het negatieve elektrodeoppervlak in de richting van lithiumionen. Deze lithiummetaalkristallen passeren de separator en veroorzaken kortsluiting tussen de positieve en negatieve elektroden. Soms ontploft de batterij voordat er kortsluiting optreedt, omdat tijdens het overladen materialen zoals elektrolyt zullen ontbinden en gas zullen produceren, waardoor de batterijbehuizing of het drukventiel zal opzwellen en scheuren, waardoor zuurstof kan binnendringen en reageren met lithiumatomen die zich ophopen op de negatieve elektrode oppervlak, wat tot een explosie leidt.
Daarom is het bij het opladen van lithiumbatterijen noodzakelijk om een ​​bovengrens voor de spanning in te stellen om tegelijkertijd rekening te houden met de levensduur, capaciteit en veiligheid van de batterij. De ideale bovengrens van de laadspanning is 4,2 V. Er moet ook een lagere spanningslimiet gelden bij het ontladen van lithiumbatterijen. Wanneer de spanning van de batterijcel lager is dan 2,4 V, zullen sommige materialen beschadigd raken. Door de zelfontlading van de accu zal de spanning na verloop van tijd afnemen. Daarom is het het beste om deze niet te ontladen tot 2,4 V voordat u stopt. Tijdens de ontladingsperiode van 3,0V naar 2,4V is de energie die vrijkomt door lithiumbatterijen slechts ongeveer 3% van de batterijcapaciteit. Daarom is 3.0V een ideale ontladingsafsnijspanning. Tijdens het laden en ontladen zijn naast spanningsbeperkingen ook stroombeperkingen nodig. Wanneer de stroom te hoog is, kunnen lithiumionen de opslagcel niet op tijd binnendringen en zullen ze zich ophopen op het oppervlak van het materiaal.
Na het verkrijgen van elektronen zullen deze lithiumionen lithiumatoomkristallen op het oppervlak van het materiaal produceren, die, net als overladen, gevaar kunnen veroorzaken. Als de batterijbehuizing scheurt, explodeert deze. Daarom moet de bescherming van lithium-ionbatterijen op zijn minst drie items omvatten: de bovengrens van de laadspanning, de ondergrens van de ontlaadspanning en de bovengrens van de stroom. In een typisch lithiumbatterijpakket bevindt zich, naast de lithiumbatterijcellen, een beschermplaat die voornamelijk deze drie beschermingen biedt. Deze drie beschermingen van de beschermende raad zijn echter duidelijk niet voldoende, en wereldwijde explosie-incidenten van lithiumbatterijen komen nog steeds vaak voor. Om de veiligheid van het batterijsysteem te garanderen, moet een zorgvuldiger analyse van de oorzaken van batterijexplosies worden uitgevoerd.