Misure protettive per batterie al litio

Dopo aver sovraccaricato la cella della batteria al litio a una tensione superiore a 4,2 V, inizierà ad avere 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 rimane nel materiale dell'elettrodo positivo. In questo momento, la cella di accumulo spesso collassa, causando una perdita permanente di capacità nella batteria. Se la carica continua, poiché la cella di accumulo dell'elettrodo negativo è già piena di atomi di litio, il successivo litio metallico si accumulerà sulla superficie del materiale dell'elettrodo negativo. 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 diaframma, provocando un cortocircuito tra i poli positivo e negativo. A volte la batteria esplode prima che si verifichi un cortocircuito, perché durante il processo di sovraccarico, materiali come l'elettrolito si decompongono per produrre 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 sul superficie dell'elettrodo negativo, provocando un'esplosione.
Pertanto, quando si caricano batterie agli ioni di litio, è necessario impostare un limite di tensione per considerare contemporaneamente la durata, la capacità e la sicurezza della batteria. Il limite di tensione di carica ottimale è 4,2 V. Quando si scaricano le batterie al litio, dovrebbe esserci anche un limite di tensione inferiore. Quando la tensione della cella della batteria è inferiore a 2,4 V, alcuni materiali inizieranno a danneggiarsi. Inoltre, poiché la batteria si autoscarica, più a lungo viene scaricata, minore sarà la tensione. Pertanto, è meglio non scaricarlo a 2,4 V prima che si fermi. Durante il periodo di scarica da 3.0V a 2.4V, l'energia rilasciata dalle batterie al litio rappresenta solo il 3% circa della capacità della batteria. Pertanto, 3.0V è una tensione di interruzione della scarica ideale. Durante la carica e la scarica, oltre alla limitazione della tensione, è necessaria anche la limitazione della corrente. Quando la corrente è troppo alta, gli ioni di litio non possono entrare nella cella di accumulo in tempo e si raccolgono sulla superficie del materiale.
Dopo che questi ioni di litio acquisiscono elettroni, genereranno cristalli di atomi di litio sulla superficie del materiale che, come il sovraccarico, possono causare pericoli. Se l'involucro della batteria si rompe, esploderà. Pertanto, la protezione delle batterie agli ioni di litio dovrebbe includere almeno: il limite superiore della tensione di carica, il limite inferiore della tensione di scarica e il limite superiore della corrente. In generale, un pacco batteria al litio, oltre alle celle della batteria al litio, avrà una piastra protettiva, che fornisce principalmente queste tre protezioni. Tuttavia, queste tre protezioni del pannello protettivo non sono ovviamente sufficienti e le esplosioni globali della batteria al litio sono ancora frequenti. Per garantire la sicurezza del sistema di batterie, è necessario condurre un'analisi più dettagliata delle cause delle esplosioni delle batterie.