Danni all'espansione della batteria al litio

Caratteristiche della conchiglia
Il litio, con numero atomico 3 e peso atomico di 6.941, è l'elemento metallico alcalino più leggero. Per migliorare la sicurezza e la tensione, gli scienziati hanno inventato materiali come la grafite e l'ossido di litio e cobalto per immagazzinare gli atomi di litio. La struttura molecolare di questi materiali forma minuscole griglie di stoccaggio su scala nanometrica che possono essere utilizzate per immagazzinare atomi di litio. In questo modo, anche se l'involucro della batteria si rompe e entra ossigeno, le molecole di ossigeno sono troppo grandi per entrare in queste minuscole griglie di stoccaggio, in modo che gli atomi di litio non entrino in contatto con l'ossigeno ed evitino l'esplosione.
Misure di protezione
Quando la cella della batteria al litio viene sovraccaricata a una tensione superiore a 4,2 V, inizieranno a verificarsi effetti collaterali. Maggiore è la tensione di sovraccarico, maggiore è il pericolo. Quando la tensione delle celle della batteria al litio è superiore a 4,2 V, il numero di atomi di litio rimanenti nel materiale dell'elettrodo positivo è inferiore alla metà e la griglia di stoccaggio spesso collassa in questo momento, causando una perdita permanente di capacità della batteria. Se la carica continua, poiché la griglia di accumulo dell'elettrodo negativo è già piena di atomi di litio, sulla superficie del materiale dell'elettrodo negativo si accumulerà ulteriore litio metallico. Questi atomi di litio faranno crescere i dendriti dalla superficie dell'elettrodo negativo verso la direzione degli ioni di litio. Questi cristalli di litio metallico passeranno attraverso il diaframma e cortocircuiteranno gli elettrodi positivo e negativo. A volte la batteria esplode prima che si verifichi il cortocircuito. Questo perché durante il processo di sovraccarico, l'elettrolita e altri materiali si decompongono e producono gas, provocando il rigonfiamento e la rottura del guscio della batteria o della valvola di pressione, consentendo all'ossigeno di entrare e reagire con gli atomi di litio accumulati sulla superficie dell'elettrodo negativo, e poi esplodere.
Pertanto, quando si caricano le batterie al litio, è necessario impostare un limite di tensione superiore per tenere conto allo stesso tempo della durata, della capacità e della sicurezza della batteria. Il limite superiore ideale della tensione di carica è 4,2 V. Esiste anche un limite di tensione inferiore durante la scarica delle batterie al litio. Quando la tensione della batteria è inferiore a 2,4 V, alcuni materiali inizieranno a danneggiarsi. Poiché la batteria si scarica automaticamente, più a lungo rimane scarica, minore sarà la tensione. Pertanto è meglio non interrompere la scarica a 2,4 V. Durante il periodo in cui la batteria al litio viene scaricata da 3,0V a 2,4 V, l'energia rilasciata rappresenta solo circa il 3% della capacità della batteria. Pertanto, 3,0V è la tensione di interruzione della scarica ideale. Durante la carica e la scarica, oltre alle limitazioni di tensione, sono necessarie anche limitazioni di corrente. Quando la corrente è troppo grande, gli ioni di litio non avranno il tempo di entrare nella cella di accumulo e si accumuleranno sulla superficie del materiale.
Dopo che questi ioni di litio ottengono elettroni, gli atomi di litio verranno cristallizzati sulla superficie del materiale, il che è pericoloso proprio come il sovraccarico. Se il guscio della batteria è rotto, esploderà. Pertanto, la protezione delle batterie agli ioni di litio deve includere almeno: limite superiore della tensione di carica, limite inferiore della tensione di scarica e limite superiore della corrente. In generale, oltre alla cella della batteria al litio, nel pacco batteria al litio sarà presente una scheda di protezione, che fornisce principalmente queste tre protezioni. Tuttavia, queste tre protezioni del pannello di protezione ovviamente non sono sufficienti e le esplosioni delle batterie al litio sono ancora frequenti in tutto il mondo. Per garantire la sicurezza del sistema batteria, è necessario condurre un'analisi più attenta delle cause delle esplosioni delle batterie.