Danni da espansione delle batterie al litio

Caratteristiche della conchiglia
Il litio, con un numero atomico di 3 e un peso atomico di 6,941, è l'elemento metallico alcalino più leggero. Per migliorare la sicurezza e la tensione, gli scienziati hanno inventato materiali come la grafite e l'ossido di litio e cobalto per immagazzinare gli atomi di litio. La struttura molecolare di questi materiali forma piccole griglie di stoccaggio su scala nanometrica che possono essere utilizzate per immagazzinare atomi di litio. In questo modo, anche se l'involucro della batteria si rompe ed entra ossigeno, a causa delle grandi dimensioni delle molecole di ossigeno, queste non possono entrare in questi piccoli vani portaoggetti, impedendo agli atomi di litio di entrare in contatto con l'ossigeno ed evitando esplosioni.
Misure protettive
Dopo aver sovraccaricato le celle della batteria al litio a una tensione superiore a 4,2 V, inizieranno a verificarsi effetti collaterali. Maggiore è la tensione di sovraccarico, maggiore è il pericolo. Quando la tensione di una cella della batteria al litio supera i 4,2 V, meno della metà degli atomi di litio rimangono nel materiale dell'elettrodo positivo, provocando il collasso del vano portaoggetti e la conseguente perdita permanente di capacità della batteria. Se la carica continua, poiché il vano portaoggetti dell'elettrodo negativo è già pieno di atomi di litio, sulla superficie del materiale dell'elettrodo negativo si accumulerà ulteriore litio metallico. Questi atomi di litio faranno crescere cristalli dendritici dalla superficie dell'elettrodo negativo verso la direzione degli ioni di litio. Questi cristalli di litio metallico passeranno attraverso il separatore, provocando un cortocircuito tra gli elettrodi positivo e negativo. A volte la batteria esplode prima che si verifichi un cortocircuito, perché durante il sovraccarico, materiali come l'elettrolito si decompongono e producono gas, provocando il rigonfiamento e la rottura dell'involucro della batteria o della valvola di pressione, consentendo all'ossigeno di entrare e reagire con gli atomi di litio accumulati sull'elettrodo negativo superficie, provocando un'esplosione.
Pertanto, quando si caricano le batterie al litio, è necessario impostare un limite superiore di tensione per considerare contemporaneamente la durata, la capacità e la sicurezza della batteria. Il limite superiore ideale della tensione di carica è 4,2 V. Dovrebbe esserci anche un limite di tensione inferiore quando si scaricano le batterie al litio. Quando la tensione della cella della batteria è inferiore a 2,4 V, alcuni materiali inizieranno a danneggiarsi. A causa dell'autoscarica della batteria, la tensione diminuirà nel tempo. Pertanto è meglio non scaricarlo a 2,4 V prima dell'arresto. Durante il periodo di scarica da 3,0V a 2,4V, l'energia rilasciata dalle batterie al litio rappresenta solo circa il 3% della capacità della batteria. Pertanto, 3,0V è la tensione di interruzione della scarica ideale. Durante la carica e la scarica, oltre alle limitazioni di tensione, sono necessarie anche limitazioni di corrente. Quando la corrente è troppo elevata, gli ioni di litio non riescono ad entrare in tempo nella cella di accumulo e si accumulano sulla superficie del materiale.
Dopo aver ottenuto gli elettroni, questi ioni di litio produrranno cristalli di atomi di litio sulla superficie del materiale che, come il sovraccarico, possono causare pericolo. Se l'involucro della batteria si rompe, esploderà. Pertanto, la protezione delle batterie agli ioni di litio dovrebbe includere almeno tre elementi: limite superiore della tensione di carica, limite inferiore della tensione di scarica e limite superiore della corrente. In un tipico pacco batteria al litio, oltre alle celle della batteria al litio, è presente una piastra protettiva che fornisce principalmente queste tre protezioni. Tuttavia, queste tre protezioni del pannello protettivo ovviamente non sono sufficienti e gli incidenti di esplosione di batterie al litio a livello globale sono ancora frequenti. Per garantire la sicurezza del sistema batteria è necessario condurre un'analisi più attenta delle cause di esplosione della batteria.