Expansionsskador på litiumbatterier

Skalets egenskaper
Litium, med ett atomnummer av 3 och en atomvikt av 6,941, är det lättaste alkalimetallelementet. För att förbättra säkerheten och spänningen har forskare uppfunnit material som grafit och litiumkoboltoxid för att lagra litiumatomer. Den molekylära strukturen hos dessa material bildar små lagringsnät i nanoskala som kan användas för att lagra litiumatomer. På detta sätt, även om batterihöljet går sönder och syre kommer in, på grund av den stora storleken på syremolekyler, kan de inte komma in i dessa små förvaringsfack, vilket förhindrar litiumatomer från att komma i kontakt med syre och undviker explosioner.
Skyddsåtgärder
Efter överladdning av litiumbattericeller till en spänning högre än 4,2V kommer biverkningar att börja uppstå. Ju högre överladdningsspänning, desto högre är faran. När spänningen i en litiumbattericell överstiger 4,2V, finns mindre än hälften av litiumatomerna kvar i det positiva elektrodmaterialet, vilket gör att förvaringsfacket kollapsar och resulterar i permanent kapacitetsförlust av batteriet. Om laddningen fortsätter, eftersom förvaringsfacket för den negativa elektroden redan är fyllt med litiumatomer, kommer efterföljande litiummetall att ansamlas på ytan av det negativa elektrodmaterialet. Dessa litiumatomer kommer att växa dendritiska kristaller från den negativa elektrodytan mot litiumjonernas riktning. Dessa litiummetallkristaller kommer att passera genom separatorn, vilket orsakar en kortslutning mellan de positiva och negativa elektroderna. Ibland exploderar batteriet innan en kortslutning inträffar, för under överladdning kommer material som elektrolyt att sönderdelas och producera gas, vilket gör att batterihöljet eller tryckventilen sväller och brister, vilket gör att syre kommer in och reagerar med litiumatomer som samlats på den negativa elektroden ytan, vilket leder till en explosion.
Därför, när du laddar litiumbatterier, är det nödvändigt att ställa in en övre spänningsgräns för att samtidigt ta hänsyn till batteriets livslängd, kapacitet och säkerhet. Den idealiska övre gränsen för laddningsspänning är 4,2V. Det bör också finnas en lägre spänningsgräns vid urladdning av litiumbatterier. När battericellens spänning är under 2,4V kommer vissa material att börja skadas. På grund av batteriets självurladdning kommer spänningen att minska med tiden. Därför är det bäst att inte ladda ur den till 2,4V innan du stoppar. Under urladdningsperioden från 3,0V till 2,4V står energin som frigörs av litiumbatterier endast för cirka 3 % av batterikapaciteten. Därför är 3.0V en idealisk urladdningsgränsspänning. Under laddning och urladdning är förutom spänningsbegränsningar även strömbegränsningar nödvändiga. När strömmen är för hög kan litiumjoner inte komma in i lagringscellen i tid och kommer att ackumuleras på ytan av materialet.
Efter att ha erhållit elektroner kommer dessa litiumjoner att producera litiumatomkristaller på materialets yta, vilket, liksom överladdning, kan orsaka fara. Om batterihöljet går sönder kommer det att explodera. Därför bör skyddet för litiumjonbatterier åtminstone omfatta tre punkter: övre gräns för laddningsspänning, nedre gräns för urladdningsspänning och övre gräns för ström. I ett typiskt litiumbatteripaket finns det förutom litiumbattericellerna en skyddsplatta som i huvudsak ger dessa tre skydd. Dessa tre skydd av skyddskortet är dock uppenbarligen inte tillräckligt, och globala litiumbatteriexplosionsincidenter är fortfarande frekventa. För att säkerställa batterisystemets säkerhet måste en noggrannare analys av orsakerna till batteriexplosioner utföras.