Schäden an der Erweiterung der Lithiumbatterie

Schaleneigenschaften
Lithium ist mit der Ordnungszahl 3 und dem Atomgewicht 6,941 das leichteste Alkalimetallelement. Um die Sicherheit und Spannung zu verbessern, haben Wissenschaftler Materialien wie Graphit und Lithiumkobaltoxid zur Speicherung von Lithiumatomen erfunden. Die molekulare Struktur dieser Materialien bildet nanoskalige winzige Speichergitter, die zur Speicherung von Lithiumatomen genutzt werden können. Selbst wenn das Batteriegehäuse zerbricht und Sauerstoff eindringt, sind die Sauerstoffmoleküle auf diese Weise zu groß, um in diese winzigen Speichergitter einzudringen, so dass die Lithiumatome nicht mit Sauerstoff in Kontakt kommen und eine Explosion vermieden werden.
Schutzmaßnahmen
Wenn die Lithiumbatteriezelle auf eine Spannung von mehr als 4,2 V überladen wird, treten Nebenwirkungen auf. Je höher die Überladespannung, desto höher die Gefahr. Wenn die Zellenspannung der Lithiumbatterie höher als 4,2 V ist, beträgt die Anzahl der im positiven Elektrodenmaterial verbleibenden Lithiumatome weniger als die Hälfte, und das Speichernetz bricht zu diesem Zeitpunkt häufig zusammen, was zu einem dauerhaften Kapazitätsverlust der Batterie führt. Wenn der Ladevorgang fortgesetzt wird, sammelt sich nachfolgendes Lithiummetall auf der Oberfläche des Materials der negativen Elektrode an, da das Speichergitter der negativen Elektrode bereits voller Lithiumatome ist. Diese Lithiumatome bilden Dendriten von der Oberfläche der negativen Elektrode in Richtung der Lithiumionen. Diese Lithiummetallkristalle passieren das Diaphragma und schließen die positiven und negativen Elektroden kurz. Manchmal explodiert die Batterie, bevor der Kurzschluss auftritt. Dies liegt daran, dass sich während des Überladevorgangs der Elektrolyt und andere Materialien zersetzen und Gas erzeugen, wodurch das Batteriegehäuse oder das Druckventil anschwillt und platzt, wodurch Sauerstoff eindringen und mit den auf der Oberfläche der negativen Elektrode angesammelten Lithiumatomen reagieren kann. und dann explodieren.
Daher ist es beim Laden von Lithiumbatterien erforderlich, eine Spannungsobergrenze festzulegen, um gleichzeitig die Batterielebensdauer, die Kapazität und die Sicherheit zu berücksichtigen. Die idealste Obergrenze der Ladespannung liegt bei 4,2 V. Auch beim Entladen von Lithiumbatterien gibt es eine untere Spannungsgrenze. Wenn die Batteriespannung unter 2,4 V liegt, werden einige Materialien beschädigt. Da sich der Akku selbst entlädt, ist die Spannung umso geringer, je länger er entladen wird. Daher ist es am besten, den Entladevorgang bei 2,4 V nicht zu beenden. Während des Zeitraums, in dem die Lithiumbatterie von 3,0V auf 2,4 V entladen wird, beträgt die freigesetzte Energie nur etwa 3 % der Batteriekapazität. Daher ist 3,0V eine ideale Entlade-Abschaltspannung. Beim Laden und Entladen sind neben Spannungsbeschränkungen auch Strombeschränkungen notwendig. Wenn der Strom zu groß ist, haben Lithium-Ionen keine Zeit, in die Speicherzelle einzudringen, und sammeln sich auf der Oberfläche des Materials.
Nachdem diese Lithiumionen Elektronen erhalten haben, kristallisieren Lithiumatome auf der Oberfläche des Materials, was ebenso gefährlich ist wie eine Überladung. Wenn das Batteriegehäuse zerbricht, explodiert es. Daher muss der Schutz von Lithium-Ionen-Batterien mindestens Folgendes umfassen: Obergrenze der Ladespannung, Untergrenze der Entladespannung und Obergrenze des Stroms. Im Allgemeinen gibt es zusätzlich zur Lithiumbatteriezelle eine Schutzplatine im Lithiumbatteriepaket, die hauptsächlich diese drei Schutzfunktionen bietet. Allerdings reichen diese drei Schutzmaßnahmen der Schutzplatine offensichtlich nicht aus und es kommt weltweit immer noch häufig zu Explosionen von Lithiumbatterien. Um die Sicherheit des Batteriesystems zu gewährleisten, ist eine genauere Analyse der Ursachen von Batterieexplosionen erforderlich.