Środki ochrony baterii litowo-jonowej

Po przeładowaniu ogniwa baterii litowej do napięcia wyższego niż 4,2 V zaczną pojawiać się efekty uboczne. Im wyższe napięcie przeładowania, tym większe ryzyko. Gdy napięcie ogniwa baterii litowej jest wyższe niż 4,2 V, mniej niż połowa atomów litu pozostaje w materiale katody. W tym czasie ogniwo magazynujące często się zapada, powodując trwały spadek pojemności baterii. Jeśli ładowanie jest kontynuowane, ponieważ ogniwo magazynujące elektrody ujemnej zostało wypełnione atomami litu, później metaliczny lit będzie gromadził się na powierzchni materiału elektrody ujemnej. Te atomy litu będą rosły kryształy dendrytyczne od ujemnej powierzchni w kierunku jonów litu. Te kryształy litu metalicznego przejdą przez papier membrany i zwierają elektrody dodatnie i ujemne. Czasami bateria eksploduje przed wystąpieniem zwarcia. Dzieje się tak, ponieważ podczas procesu przeładowania elektrolit i inne materiały ulegną pęknięciu, aby wytworzyć gaz, co powoduje wybrzuszenie i pęknięcie powłoki akumulatora lub zaworu ciśnieniowego, umożliwiając tlenowi wejście i reakcję z atomami litu nagromadzonymi na ujemnej powierzchni, a następnie eksplodowanie. Dlatego podczas ładowania baterii litowej należy ustawić górną granicę napięcia, aby uwzględnić żywotność, pojemność i bezpieczeństwo baterii. Optymalna górna granica napięcia ładowania to 4,2V. Powinna również istnieć dolna granica napięcia, gdy ogniwo baterii litowej jest rozładowane. Gdy napięcie ogniwa jest niższe niż 2,4 V, niektóre materiały zaczną ulegać uszkodzeniu. Ponieważ akumulator sam się rozładowuje, im dłużej jest rozładowany, tym niższe będzie napięcie. Dlatego najlepiej nie zatrzymywać się na 2.4V podczas rozładowania. W okresie od 3.0V do 2,4 V energia uwalniana przez baterię litową stanowi tylko około 3 procent pojemności baterii. Dlatego 3.0V jest idealnym napięciem odcięcia rozładowania.

Podczas ładowania i rozładowywania oprócz ograniczenia napięcia konieczne jest również ograniczenie prądu. Gdy prąd jest zbyt duży, jony litu nie mają czasu na dostanie się do ogniwa magazynującego i gromadzą się na powierzchni materiału. Po tym, jak te jony litu przejmą elektrony, atomy litu skrystalizują się na powierzchni materiału, co jest równoznaczne z przeładowaniem, co spowoduje niebezpieczeństwo. Jeśli obudowa baterii pęknie, wybuchnie.

Dlatego ochrona akumulatorów litowo-jonowych powinna obejmować co najmniej trzy elementy: górną granicę napięcia ładowania, dolną granicę napięcia rozładowania i górną granicę prądu. Ogólnie rzecz biorąc, w akumulatorze litowym, z wyjątkiem ogniwa litowego, znajduje się płyta ochronna, która zapewnia głównie te trzy zabezpieczenia. Jednak te trzy zabezpieczenia płyty ochronnej są oczywiście niewystarczające. Eksplozje baterii litowych są nadal częste na całym świecie. Aby zapewnić bezpieczeństwo systemu baterii, należy dokładniej przeanalizować przyczynę wybuchu baterii.