Оштећење од експанзије литијумских батерија

Карактеристике шкољке
Литијум, са атомским бројем 3 и атомском тежином од 6,941, је најлакши елемент алкалног метала. Да би побољшали сигурност и напон, научници су измислили материјале као што су графит и литијум кобалт оксид за складиштење атома литијума. Молекуларна структура ових материјала формира мале решетке за складиштење наноразмера које се могу користити за складиштење атома литијума. На овај начин, чак и ако кућиште батерије пукне и уђе кисеоник, због велике величине молекула кисеоника, они не могу да уђу у ове мале одељке за складиштење, спречавајући атоме литијума да дођу у контакт са кисеоником и избегавајући експлозије.
Заштитне мере
Након прекомерног пуњења ћелија литијумске батерије до напона већег од 4,2В, нежељени ефекти ће почети да се јављају. Што је већи напон препуњавања, већа је опасност. Када напон ћелије литијумске батерије пређе 4,2 В, мање од половине литијумових атома остаје у материјалу позитивне електроде, што доводи до колапса одељка за складиштење и до трајног губитка капацитета батерије. Ако се пуњење настави, пошто је одељак за складиштење негативне електроде већ испуњен атомима литијума, накнадни метал литијума ће се акумулирати на површини материјала негативне електроде. Ови атоми литијума ће расти дендритичне кристале са површине негативне електроде у правцу литијум јона. Ови литијум метални кристали ће проћи кроз сепаратор, узрокујући кратак спој између позитивне и негативне електроде. Понекад батерија експлодира пре него што дође до кратког споја, јер ће се током прекомерног пуњења материјали као што је електролит разградити и произвести гас, узрокујући да кућиште батерије или вентил за притисак набрекне и пукне, дозвољавајући кисеонику да уђе и реагује са атомима литијума акумулираних на негативној електроди површине, што доводи до експлозије.
Због тога је приликом пуњења литијумских батерија потребно поставити горњу границу напона како би се истовремено узео у обзир животни век, капацитет и безбедност батерије. Идеална горња граница напона пуњења је 4,2В. Такође би требало да постоји нижа граница напона приликом пражњења литијумских батерија. Када је напон ћелије батерије испод 2,4 В, неки материјали ће почети да се оштећују. Због самопражњења батерије, напон ће се временом смањивати. Због тога је најбоље да га не испразните на 2,4В пре заустављања. Током периода пражњења од 3.0В до 2,4В, енергија коју ослобађају литијумске батерије чини само око 3% капацитета батерије. Према томе, 3.0В је идеалан напон прекида пражњења. Током пуњења и пражњења, поред ограничења напона, неопходна су и струјна ограничења. Када је струја превисока, литијум јони не могу на време ући у ћелију за складиштење и акумулирати ће се на површини материјала.
Након добијања електрона, ови литијум-јони ће произвести кристале атома литијума на површини материјала, који, као и прекомерно пуњење, могу изазвати опасност. Ако кућиште батерије пукне, експлодираће. Дакле, заштита литијум-јонских батерија треба да садржи најмање три ставке: горњу границу напона пуњења, доњу границу напона пражњења и горњу границу струје. У типичној литијумској батерији, поред ћелија литијумске батерије, постоји и заштитна плоча која углавном пружа ове три заштите. Међутим, ове три заштите заштитне плоче очигледно нису довољне, а глобални инциденти експлозије литијумских батерија су и даље чести. Да би се осигурала сигурност система батерија, мора се извршити пажљивија анализа узрока експлозије батерија.