آسیب انبساط باتری های لیتیومی

ویژگی های پوسته
لیتیوم با عدد اتمی 3 و وزن اتمی 6.941 سبک ترین عنصر فلز قلیایی است. به منظور بهبود ایمنی و ولتاژ، دانشمندان موادی مانند گرافیت و اکسید لیتیوم کبالت را برای ذخیره اتم های لیتیوم اختراع کرده اند. ساختار مولکولی این مواد شبکه های ذخیره سازی کوچکی در مقیاس نانو را تشکیل می دهد که می توان از آنها برای ذخیره اتم های لیتیوم استفاده کرد. به این ترتیب حتی اگر پوشش باتری پاره شود و اکسیژن وارد شود، به دلیل اندازه بزرگ مولکول های اکسیژن، نمی توانند وارد این محفظه های کوچک ذخیره شوند و از تماس اتم های لیتیوم با اکسیژن و جلوگیری از انفجار جلوگیری می کنند.
اقدامات حفاظتی
پس از شارژ بیش از حد سلول های باتری لیتیوم به ولتاژ بالاتر از 4.2 ولت، عوارض جانبی شروع می شود. هر چه ولتاژ اضافه شارژ بیشتر باشد، خطر بیشتر است. هنگامی که ولتاژ یک سلول باتری لیتیومی از 4.2 ولت بیشتر می شود، کمتر از نیمی از اتم های لیتیوم در مواد الکترود مثبت باقی می مانند که باعث فروپاشی محفظه ذخیره سازی و در نتیجه از دست دادن ظرفیت دائمی باتری می شود. اگر شارژ ادامه یابد، زیرا محفظه ذخیره الکترود منفی از قبل با اتم‌های لیتیوم پر شده است، فلز لیتیوم بعدی روی سطح ماده الکترود منفی جمع می‌شود. این اتم‌های لیتیوم کریستال‌های دندریتی را از سطح الکترود منفی به سمت یون‌های لیتیوم رشد می‌دهند. این کریستال های فلزی لیتیوم از جداکننده عبور می کنند و باعث اتصال کوتاه بین الکترودهای مثبت و منفی می شوند. گاهی اوقات باتری قبل از وقوع یک اتصال کوتاه منفجر می شود، زیرا در هنگام شارژ بیش از حد، موادی مانند الکترولیت تجزیه می شوند و گاز تولید می کنند که باعث می شود محفظه باتری یا دریچه فشار متورم و پاره شود و به اکسیژن اجازه ورود و واکنش با اتم های لیتیوم انباشته شده روی الکترود منفی را بدهد. سطح، منجر به انفجار می شود.
بنابراین، هنگام شارژ باتری‌های لیتیومی، لازم است یک حد بالای ولتاژ تنظیم شود تا به طور همزمان طول عمر، ظرفیت و ایمنی باتری در نظر گرفته شود. حد بالایی ایده آل ولتاژ شارژ 4.2 ولت است. همچنین هنگام تخلیه باتری های لیتیومی باید حد ولتاژ کمتری وجود داشته باشد. هنگامی که ولتاژ سلول باتری زیر 2.4 ولت باشد، برخی از مواد شروع به آسیب می‌کنند. با توجه به خود تخلیه باتری، ولتاژ به مرور زمان کاهش می یابد. بنابراین، بهتر است قبل از توقف آن را تا 2.4 ولت تخلیه نکنید. در طول دوره تخلیه از 3.{7}} ولت تا 2.4 ولت، انرژی آزاد شده توسط باتری های لیتیومی تنها حدود 3 درصد از ظرفیت باتری را تشکیل می دهد. بنابراین، 3.{12}}V یک ولتاژ قطع تخلیه ایده‌آل است. در هنگام شارژ و دشارژ، علاوه بر محدودیت ولتاژ، محدودیت جریان نیز ضروری است. وقتی جریان خیلی زیاد باشد، یون های لیتیوم نمی توانند به موقع وارد سلول ذخیره شوند و روی سطح ماده تجمع می یابند.
این یون های لیتیوم پس از به دست آوردن الکترون ها، کریستال های اتم لیتیوم را در سطح ماده تولید می کنند که مانند شارژ بیش از حد، می تواند باعث ایجاد خطر شود. اگر محفظه باتری پاره شود، منفجر می شود. بنابراین، حفاظت از باتری‌های لیتیوم یونی باید حداقل شامل سه مورد باشد: حد بالای ولتاژ شارژ، حد پایین ولتاژ تخلیه و حد بالایی جریان. در یک بسته باتری لیتیومی معمولی، علاوه بر سلول‌های باتری لیتیومی، یک صفحه محافظ نیز وجود دارد که عمدتاً این سه محافظ را ارائه می‌کند. با این حال، واضح است که این سه محافظ برد محافظ کافی نیست و حوادث انفجار باتری لیتیومی جهانی همچنان مکرر است. برای اطمینان از ایمنی سیستم باتری، تجزیه و تحلیل دقیق تری از علل انفجار باتری باید انجام شود.