Uszkodzenie spowodowane rozszerzeniem baterii litowej

Charakterystyka skorupy
Lit o liczbie atomowej 3 i masie atomowej 6,941 jest najlżejszym pierwiastkiem metalu alkalicznego. Aby poprawić bezpieczeństwo i napięcie, naukowcy wynaleźli materiały takie jak grafit i tlenek litu i kobaltu, służące do przechowywania atomów litu. Struktura molekularna tych materiałów tworzy maleńkie siatki magazynujące w skali nano, które można wykorzystać do przechowywania atomów litu. W ten sposób, nawet jeśli obudowa akumulatora zostanie uszkodzona i tlen przedostanie się do wnętrza, cząsteczki tlenu będą zbyt duże, aby przedostać się do tych maleńkich siatek magazynujących, dzięki czemu atomy litu nie będą miały kontaktu z tlenem i unikną eksplozji.
Środki ochrony
Kiedy ogniwo akumulatora litowego zostanie przeładowane do napięcia wyższego niż 4,2 V, zaczną pojawiać się skutki uboczne. Im wyższe napięcie przeładowania, tym większe niebezpieczeństwo. Gdy napięcie ogniwa akumulatora litowego jest wyższe niż 4,2 V, liczba atomów litu pozostałych w materiale elektrody dodatniej jest mniejsza niż połowa, a siatka magazynująca często zapada się w tym momencie, powodując trwałą utratę pojemności akumulatora. Jeżeli ładowanie będzie kontynuowane, ponieważ siatka magazynująca elektrody ujemnej jest już pełna atomów litu, na powierzchni materiału elektrody ujemnej zgromadzi się kolejny lit metaliczny. Te atomy litu będą rosły dendryty od powierzchni elektrody ujemnej w kierunku jonów litu. Te kryształki litu przechodzą przez membranę i powodują zwarcie elektrod dodatnich i ujemnych. Czasami akumulator eksploduje, zanim nastąpi zwarcie. Dzieje się tak, ponieważ podczas procesu przeładowania elektrolit i inne materiały ulegną rozkładowi i wytworzy się gaz, powodując pęcznienie i pęknięcie obudowy akumulatora lub zaworu ciśnieniowego, umożliwiając przedostanie się tlenu i reakcję z atomami litu zgromadzonymi na powierzchni elektrody ujemnej, a następnie eksplodować.
Dlatego podczas ładowania akumulatorów litowych konieczne jest ustawienie górnego limitu napięcia, aby uwzględnić jednocześnie żywotność, pojemność i bezpieczeństwo akumulatora. Najbardziej idealna górna granica napięcia ładowania wynosi 4,2 V. Istnieje również niższy limit napięcia podczas rozładowywania akumulatorów litowych. Gdy napięcie akumulatora spadnie poniżej 2,4 V, niektóre materiały zaczną ulegać uszkodzeniu. Ponieważ akumulator ulega samorozładowaniu, im dłużej jest rozładowywany, tym niższe będzie napięcie. Dlatego najlepiej nie przerywać ładowania przy napięciu 2,4 V. W okresie rozładowywania baterii litowej od 3,0V do 2,4 V, uwolniona energia stanowi jedynie około 3% pojemności baterii. Dlatego 3,0V to idealne napięcie odcięcia rozładowania. Podczas ładowania i rozładowywania, oprócz ograniczeń napięcia, konieczne są również ograniczenia prądu. Gdy prąd będzie zbyt duży, jony litu nie będą miały czasu przedostać się do ogniwa magazynującego i będą gromadzić się na powierzchni materiału.
Gdy jony litu uzyskają elektrony, atomy litu ulegną skrystalizowaniu na powierzchni materiału, co jest niebezpieczne tak samo jak przeładowanie. Jeśli obudowa akumulatora zostanie uszkodzona, eksploduje. Dlatego zabezpieczenie akumulatorów litowo-jonowych musi obejmować co najmniej: górną granicę napięcia ładowania, dolną granicę napięcia rozładowania i górną granicę prądu. Ogólnie rzecz biorąc, oprócz ogniwa baterii litowej, w zestawie baterii litowej znajduje się płyta zabezpieczająca, która zapewnia głównie te trzy zabezpieczenia. Jednak te trzy zabezpieczenia płyty zabezpieczającej oczywiście nie wystarczą, a eksplozje baterii litowych są nadal częste na całym świecie. Aby zapewnić bezpieczeństwo układu akumulatorowego, należy przeprowadzić dokładniejszą analizę przyczyn eksplozji akumulatora.