Litiumparistojen laajenemisvauriot

Kuoren ominaisuudet
Litium, jonka atomiluku on 3 ja atomipaino 6,941, on kevyin alkalimetallialkuaine. Turvallisuuden ja jännitteen parantamiseksi tutkijat ovat keksineet materiaaleja, kuten grafiittia ja litiumkobolttioksidia litiumatomien varastointiin. Näiden materiaalien molekyylirakenne muodostaa nanomittakaavan pieniä varastoverkkoja, joita voidaan käyttää litiumatomien varastointiin. Tällä tavalla, vaikka akun kotelo repeytyisi ja happi pääsisi sisään, happimolekyylien suuren koon vuoksi ne eivät pääse sisään näihin pieniin säilytyslokeroihin, mikä estää litiumatomien joutumisen kosketuksiin hapen kanssa ja välttää räjähdyksiä.
Suojatoimenpiteet
Kun litiumakkukennoja on ladattu yli 4,2 V:n jännitteeseen, sivuvaikutuksia alkaa esiintyä. Mitä suurempi ylilatausjännite, sitä suurempi on vaara. Kun litiumakkukennon jännite ylittää 4,2 V, alle puolet litiumatomeista jää positiiviseen elektrodimateriaaliin, mikä aiheuttaa säilytyslokeron romahtamisen ja akun kapasiteetin pysyvän menettämisen. Jos lataus jatkuu, koska negatiivisen elektrodin säilytyslokero on jo täynnä litiumatomeja, seuraava litiummetalli kerääntyy negatiivisen elektrodin materiaalin pinnalle. Nämä litiumatomit kasvattavat dendriittikiteitä negatiivisen elektrodin pinnalta litiumionien suuntaan. Nämä litiummetallikiteet kulkevat erottimen läpi aiheuttaen oikosulun positiivisen ja negatiivisen elektrodin välille. Joskus akku räjähtää ennen oikosulkua, koska ylilatauksen aikana materiaalit, kuten elektrolyytti, hajoavat ja tuottavat kaasua, mikä aiheuttaa akun kotelon tai paineventtiilin turpoamisen ja repeytymisen, jolloin happi pääsee sisään ja reagoi negatiiviseen elektrodille kerääntyneiden litiumatomien kanssa. pintaan, mikä johtaa räjähdykseen.
Siksi litiumakkuja ladattaessa on tarpeen asettaa jännitteen yläraja, jotta voidaan samanaikaisesti ottaa huomioon akun käyttöikä, kapasiteetti ja turvallisuus. Latausjännitteen ihanteellinen yläraja on 4,2 V. Myös litiumakkuja purettaessa tulee olla alempi jänniteraja. Kun akkukennon jännite on alle 2,4 V, jotkut materiaalit alkavat vaurioitua. Akun itsepurkautumisesta johtuen jännite laskee ajan myötä. Siksi on parasta olla purkamatta sitä 2,4 V:iin ennen pysäyttämistä. Purkausjakson aikana 30V - 2,4 V litiumakkujen vapauttama energia on vain noin 3 % akun kapasiteetista. Siksi 3.{12}}V on ihanteellinen purkauksen katkaisujännite. Latauksen ja purkamisen aikana tarvitaan jänniterajoitusten lisäksi myös virtarajoituksia. Kun virta on liian suuri, litiumionit eivät pääse ajoissa varastokennoon ja kerääntyvät materiaalin pinnalle.
Saatuaan elektroneja nämä litiumionit tuottavat materiaalin pinnalle litiumatomikiteitä, jotka, kuten ylilatautuminen, voivat aiheuttaa vaaraa. Jos akun kotelo repeää, se räjähtää. Siksi litiumioniakkujen suojaukseen tulee sisältyä vähintään kolme kohtaa: latausjännitteen yläraja, purkausjännitteen alaraja ja virran yläraja. Tyypillisessä litiumakussa on litiumakkukennojen lisäksi suojalevy, joka tarjoaa pääasiassa nämä kolme suojaa. Nämä kolme suojalevyn suojausta eivät kuitenkaan selvästikään riitä, ja maailmanlaajuiset litiumakun räjähdystapahtumat ovat edelleen yleisiä. Akkujärjestelmän turvallisuuden varmistamiseksi on akkujen räjähdysten syitä analysoitava tarkemmin.