Um eine Tiefentladung oder Überladung des Akkus durch unsachgemäßen Gebrauch zu vermeiden, ist im einzelnen Lithium-Ionen-Akku ein dreifacher Schutzmechanismus eingebaut. Zunächst wird ein Schaltelement verwendet. Wenn die Temperatur im Inneren der Batterie steigt, erhöht sich auch ihr Widerstandswert. Wenn die Temperatur zu hoch ist, wird die Stromversorgung automatisch unterbrochen. Zweitens wird ein geeignetes Separatormaterial ausgewählt. Wenn die Temperatur auf einen bestimmten Wert ansteigt, lösen sich die Mikroporen im Mikrometerbereich des Separators automatisch auf, so dass Lithiumionen nicht passieren können und die interne Reaktion der Batterie stoppt; Drittens wird ein Sicherheitsventil (das Entlüftungsloch an der Oberseite der Batterie) angebracht. Wenn der Innendruck der Batterie auf einen bestimmten Wert ansteigt, öffnet sich das Sicherheitsventil automatisch, um die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten.
Obwohl die Batterie selbst über Sicherheitskontrollmaßnahmen verfügt, kann es vorkommen, dass die Steuerung aus irgendeinem Grund ausfällt, das Sicherheitsventil fehlt oder das Gas nicht rechtzeitig durch das Sicherheitsventil abgelassen wird und der Innendruck der Batterie stark ansteigt und eine Explosion verursacht .
Im Allgemeinen ist die in einer Lithium-Ionen-Batterie gespeicherte Gesamtenergie umgekehrt proportional zu ihrer Sicherheit. Mit zunehmender Batteriekapazität nimmt auch das Batterievolumen zu, die Wärmeableitungsleistung nimmt ab und die Unfallgefahr nimmt deutlich zu. Für Lithium-Ionen-Batterien, die in Mobiltelefonen verwendet werden, gilt als Grundvoraussetzung, dass die Wahrscheinlichkeit eines Sicherheitsunfalls weniger als eins zu einer Million beträgt, was auch der für die Öffentlichkeit akzeptable Mindeststandard ist. Bei Lithium-Ionen-Batterien mit großer Kapazität, insbesondere für Automobile, ist es besonders wichtig, eine forcierte Wärmeableitung zu nutzen.
Wählen Sie sicherere Elektrodenmaterialien, z. B. Lithiummanganatmaterialien. Bezüglich der Molekülstruktur ist gewährleistet, dass die Lithiumionen der positiven Elektrode bei voller Ladung vollständig in den Kohlenstoffporen der negativen Elektrode eingebettet sind, wodurch eine Dendritenbildung grundsätzlich vermieden wird. Gleichzeitig ist die Oxidationsleistung von Lithiummanganat aufgrund der stabilen Struktur viel geringer als die von Lithiumkobaltoxid und seine Zersetzungstemperatur übersteigt die von Lithiumkobaltoxid um 100 Grad. Selbst wenn durch äußere Gewalteinwirkung ein innerer Kurzschluss (Nadeleinstich) oder ein äußerer Kurzschluss auftritt, kann die Gefahr einer Verbrennung und Explosion durch die Ausfällung von metallischem Lithium beim Überladen vollständig vermieden werden.
Darüber hinaus können durch den Einsatz von Lithiummanganat-Materialien auch die Kosten deutlich gesenkt werden.
Um die Leistung bestehender Sicherheitssteuerungstechnologien zu verbessern, muss zunächst die Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batteriezellen verbessert werden, was insbesondere für Batterien mit großer Kapazität wichtig ist. Wählen Sie eine Membran mit guter thermischer Abschaltleistung. Die Funktion der Membran besteht darin, den Durchgang von Lithiumionen zu ermöglichen und gleichzeitig die positiven und negativen Elektroden der Batterie zu isolieren. Bei steigender Temperatur wird es geschlossen, bevor die Membran schmilzt, sodass der Innenwiderstand auf 2000 Ohm ansteigt und die innere Reaktion gestoppt wird.
Wenn der Innendruck oder die Innentemperatur den voreingestellten Standard erreicht, öffnet sich das explosionsgeschützte Ventil und beginnt, den Druck abzulassen, um eine übermäßige interne Gasansammlung und Verformung zu verhindern und schließlich zum Platzen der Hülle zu führen.
Verbessern Sie die Steuerungsempfindlichkeit, wählen Sie empfindlichere Steuerungsparameter und nutzen Sie die gemeinsame Steuerung mehrerer Parameter (dies ist besonders wichtig für Batterien mit großer Kapazität). Lithium-Ionen-Akkus mit großer Kapazität bestehen aus mehreren in Reihe/parallel geschalteten Zellen. Beispielsweise liegt die Spannung eines Laptop-Computers über 10 V und die Kapazität ist groß. Im Allgemeinen können 3 bis 4 Einzelzellen in Reihe die Spannungsanforderungen erfüllen, und dann werden 2 bis 3 Batteriepakete in Reihe parallel geschaltet, um eine größere Kapazität zu gewährleisten.
Akkus mit großer Kapazität selbst müssen mit umfassenderen Schutzfunktionen ausgestattet sein, und es sollten auch zwei Schaltungsträgermodule in Betracht gezogen werden: das Schutzschaltungsträgermodul (Protection Board PCB) und das Smart Battery Gauge Board-Modul. Das komplette Batterieschutzdesign umfasst: Schutz-IC der ersten Ebene (um Überladung, Tiefentladung und Kurzschluss der Batterie zu verhindern), Schutz-IC der zweiten Ebene (um die zweite Überspannung zu verhindern), Sicherung, LED-Anzeige, Temperatureinstellung und andere Komponenten.
Durch den mehrstufigen Schutzmechanismus kann der Laptop-Akku nur in den automatischen Schutzzustand wechseln, selbst wenn das Ladegerät oder der Laptop-Computer eine Anomalie aufweist. Wenn die Situation nicht ernst ist, funktioniert es nach dem erneuten Einstecken häufig normal und explodiert nicht.
Die den Lithium-Ionen-Batterien in Laptops und Mobiltelefonen zugrunde liegende Technologie ist unsicher und es muss über eine sicherere Struktur nachgedacht werden.
Kurz gesagt: Mit der Weiterentwicklung der Materialtechnologie und dem zunehmenden Verständnis der Menschen für die Anforderungen an das Design, die Herstellung, die Prüfung und den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien werden Lithium-Ionen-Batterien in Zukunft sicherer.