Пошкодження від розширення літієвої батареї

Характеристики оболонки
Літій з атомним номером 3 і атомною масою 6,941 є найлегшим елементом лужного металу. Щоб підвищити безпеку та напругу, вчені винайшли такі матеріали, як графіт і оксид кобальту літію, для зберігання атомів літію. Молекулярна структура цих матеріалів утворює нанорозмірні крихітні сітки для зберігання, які можна використовувати для зберігання атомів літію. Таким чином, навіть якщо оболонка батареї зламана і всередину потрапить кисень, молекули кисню занадто великі, щоб потрапити в ці крихітні накопичувальні сітки, тому атоми літію не контактуватимуть з киснем і уникнуть вибуху.
Заходи захисту
Коли елемент літієвої батареї перезаряджається до напруги вище 4,2 В, почнуть виникати побічні ефекти. Чим вище напруга перезаряду, тим вище небезпека. Коли напруга елемента літієвої батареї перевищує 4,2 В, кількість атомів літію, що залишилися в матеріалі позитивного електрода, становить менше половини, і сітка накопичувача в цей час часто руйнується, що призводить до постійної втрати ємності акумулятора. Якщо заряджання продовжується, оскільки накопичувальна сітка негативного електрода вже заповнена атомами літію, наступний металевий літій буде накопичуватися на поверхні матеріалу негативного електрода. Ці атоми літію будуть рости дендрити від поверхні негативного електрода в напрямку іонів літію. Ці кристали металевого літію проходитимуть через діафрагму та замикають позитивний і негативний електроди. Іноді батарея вибухає ще до короткого замикання. Це пояснюється тим, що під час процесу надмірного заряджання електроліт та інші матеріали розкладаються та виробляють газ, спричиняючи здуття та розрив корпусу батареї або напірного клапана, дозволяючи кисню проникати та реагувати з атомами літію, накопиченими на поверхні негативного електрода, а потім вибухнути.
Тому, заряджаючи літієві батареї, необхідно встановлювати верхню межу напруги, щоб врахувати термін служби батареї, ємність і безпеку одночасно. Найідеальніша верхня межа зарядної напруги становить 4,2 В. Існує також нижня межа напруги при розрядці літієвих батарей. Коли напруга батареї нижча за 2,4 В, деякі матеріали почнуть пошкоджуватися. Оскільки батарея саморозряджається, чим довше вона розряджається, тим нижчою буде напруга. Тому краще не зупиняти розрядку на 2,4 В. Протягом періоду, коли літієва батарея розряджається від 3.{8}}В до 2,4 В, вивільнена енергія становить лише близько 3% ємності батареї. Отже, 3.0V є ідеальною напругою відсікання розряду. При зарядці і розрядці, крім обмежень напруги, необхідні також обмеження струму. Коли струм занадто великий, іони літію не встигнуть увійти в накопичувальну комірку і будуть збиратися на поверхні матеріалу.
Після того, як ці іони літію отримають електрони, атоми літію будуть кристалізуватися на поверхні матеріалу, що небезпечно, як і перезаряд. Якщо оболонка батареї зламана, вона вибухне. Таким чином, захист літій-іонних акумуляторів повинен принаймні включати: верхню межу напруги заряджання, нижню межу напруги розряду та верхню межу струму. Загалом, на додаток до елемента літієвої батареї, у комплекті літієвої батареї буде захисна плата, яка в основному забезпечує ці три види захисту. Однак цих трьох захистів захисної плати явно недостатньо, і вибухи літієвої батареї все ще часті у всьому світі. Для забезпечення безпеки акумуляторної системи необхідно провести більш ретельний аналіз причин вибуху батареї.