Poškodenie rozšírenia lítiovej batérie

Charakteristika škrupiny
Lítium s atómovým číslom 3 a atómovou hmotnosťou 6,941 je najľahším prvkom alkalického kovu. Aby sa zlepšila bezpečnosť a napätie, vedci vynašli materiály, ako je grafit a oxid lítno-kobaltnatý na ukladanie atómov lítia. Molekulárna štruktúra týchto materiálov tvorí drobné úložné mriežky v nanoúrovni, ktoré možno použiť na ukladanie atómov lítia. Týmto spôsobom, aj keď sa obal batérie rozbije a vnikne kyslík, molekuly kyslíka sú príliš veľké na to, aby sa dostali do týchto malých skladovacích mriežok, takže atómy lítia sa nedostanú do kontaktu s kyslíkom a vyhnú sa výbuchu.
Ochranné opatrenia
Keď sa článok lítiovej batérie prebije na napätie vyššie ako 4,2 V, začnú sa objavovať vedľajšie účinky. Čím vyššie je prebíjacie napätie, tým vyššie je nebezpečenstvo. Keď je napätie článku lítiovej batérie vyššie ako 4,2 V, počet atómov lítia zostávajúcich v materiáli kladnej elektródy je menší ako polovica a skladovacia mriežka sa v tomto čase často zrúti, čo spôsobí trvalú stratu kapacity batérie. Ak nabíjanie pokračuje, pretože skladovacia mriežka zápornej elektródy je už plná atómov lítia, na povrchu materiálu zápornej elektródy sa bude hromadiť ďalší kov lítia. Tieto atómy lítia budú rásť dendrity z povrchu zápornej elektródy smerom k lítiovým iónom. Tieto kryštály lítiového kovu prejdú cez membránu a skratujú kladné a záporné elektródy. Niekedy batéria exploduje skôr, ako dôjde ku skratu. Je to preto, že počas procesu prebíjania sa elektrolyt a iné materiály rozložia a produkujú plyn, čo spôsobí napučiavanie a prasknutie puzdra batérie alebo tlakového ventilu, čo umožní kyslíku vstúpiť a reagovať s atómami lítia nahromadenými na povrchu zápornej elektródy, a potom vybuchnúť.
Preto pri nabíjaní lítiových batérií je potrebné nastaviť hornú hranicu napätia, aby sa zohľadnila životnosť batérie, kapacita a zároveň bezpečnosť. Najideálnejšia horná hranica nabíjacieho napätia je 4,2V. Pri vybíjaní lítiových batérií existuje aj nižšia hranica napätia. Keď je napätie batérie nižšie ako 2,4 V, niektoré materiály sa začnú poškodzovať. Pretože sa batéria samovybíja, čím dlhšie sa vybíja, tým nižšie bude napätie. Preto je najlepšie neprestať vybíjať pri 2,4V. Počas obdobia, keď sa lítiová batéria vybije z 3.{8}}V na 2,4 V, predstavuje uvoľnená energia len asi 3 % kapacity batérie. Preto 3.{13}}V je ideálne vypínacie napätie. Pri nabíjaní a vybíjaní sú okrem obmedzenia napätia nevyhnutné aj obmedzenia prúdu. Keď je prúd príliš veľký, lítiové ióny nebudú mať čas vstúpiť do skladovacej bunky a budú sa zhromažďovať na povrchu materiálu.
Potom, čo tieto lítiové ióny získajú elektróny, budú na povrchu materiálu kryštalizovať atómy lítia, čo je nebezpečné rovnako ako prebíjanie. Ak sa obal batérie rozbije, exploduje. Preto ochrana lítium-iónových batérií musí zahŕňať minimálne: hornú hranicu nabíjacieho napätia, spodnú hranicu vybíjacieho napätia a hornú hranicu prúdu. Vo všeobecnosti, okrem článku lítiovej batérie bude v lítiovej batérii ochranná doska, ktorá poskytuje hlavne tieto tri ochrany. Tieto tri ochrany ochrannej dosky však očividne nestačia a výbuchy lítiových batérií sú stále časté po celom svete. Na zaistenie bezpečnosti batériového systému je potrebné vykonať starostlivejšiu analýzu príčin výbuchu batérie.