Расширение литиевых батарей

Характеристики оболочки
Литий с атомным номером 3 и атомным весом 6,941 является самым легким элементом щелочного металла. Чтобы повысить безопасность и напряжение, ученые изобрели такие материалы, как графит и оксид лития-кобальта, для хранения атомов лития. Молекулярная структура этих материалов образует небольшие наноразмерные накопительные решетки, которые можно использовать для хранения атомов лития. Таким образом, даже если корпус батареи разорвется и попадет кислород, из-за большого размера молекул кислорода они не смогут попасть в эти небольшие отсеки для хранения, предотвращая контакт атомов лития с кислородом и предотвращая взрывы.
Защитные меры
После перезарядки элементов литиевой батареи до напряжения выше 4,2 В начнут проявляться побочные эффекты. Чем выше напряжение перезаряда, тем выше опасность. Когда напряжение элемента литиевой батареи превышает 4,2 В, менее половины атомов лития остается в материале положительного электрода, что приводит к разрушению отсека для хранения и необратимой потере емкости батареи. Если зарядка продолжается, поскольку отсек для хранения отрицательного электрода уже заполнен атомами лития, последующий металлический литий будет накапливаться на поверхности материала отрицательного электрода. Эти атомы лития будут выращивать дендритные кристаллы от поверхности отрицательного электрода в направлении ионов лития. Эти кристаллы металлического лития пройдут через сепаратор, вызывая короткое замыкание между положительным и отрицательным электродами. Иногда батарея взрывается до того, как произойдет короткое замыкание, поскольку во время перезарядки такие материалы, как электролит, разлагаются и выделяют газ, в результате чего корпус батареи или клапан давления разбухает и разрывается, позволяя кислороду проникнуть внутрь и вступить в реакцию с атомами лития, скопившимися на отрицательном электроде. поверхности, что привело к взрыву.
Поэтому при зарядке литиевых батарей необходимо установить верхний предел напряжения, чтобы одновременно учитывать срок службы, емкость и безопасность батареи. Идеальный верхний предел зарядного напряжения составляет 4,2 В. Также должен быть установлен нижний предел напряжения при разряде литиевых батарей. Когда напряжение аккумуляторной батареи ниже 2,4 В, некоторые материалы начнут повреждаться. Из-за саморазряда аккумулятора напряжение со временем будет снижаться. Поэтому лучше не разряжать его до 2,4В перед остановкой. В период разряда от 3,0В до 2,4В энергия, выделяемая литиевыми батареями, составляет лишь около 3% емкости батареи. Следовательно, 3,0В — идеальное напряжение отсечки разряда. При зарядке и разрядке помимо ограничения по напряжению необходимы и ограничения по току. Когда ток слишком велик, ионы лития не могут вовремя попасть в аккумуляторную ячейку и будут накапливаться на поверхности материала.
После получения электронов эти ионы лития будут образовывать кристаллы атомов лития на поверхности материала, что, как и перезарядка, может вызвать опасность. Если корпус аккумулятора разорвется, он взорвется. Поэтому защита литий-ионных аккумуляторов должна включать как минимум три пункта: верхний предел зарядного напряжения, нижний предел разрядного напряжения и верхний предел тока. В типичном литиевом аккумуляторном блоке помимо литиевых элементов имеется защитная пластина, которая в основном обеспечивает эти три защиты. Однако этих трех средств защиты защитной платы явно недостаточно, и в мире по-прежнему часто происходят взрывы литиевых батарей. Для обеспечения безопасности аккумуляторной системы необходимо провести более тщательный анализ причин взрывов аккумуляторов.