أضرار توسعة بطاريات الليثيوم

خصائص القشرة
الليثيوم، عدده الذري 3 ووزنه الذري 6.941، هو أخف عنصر فلز قلوي. ومن أجل تحسين السلامة والجهد، اخترع العلماء مواد مثل الجرافيت وأكسيد كوبالت الليثيوم لتخزين ذرات الليثيوم. يشكل التركيب الجزيئي لهذه المواد شبكات تخزين صغيرة نانوية يمكن استخدامها لتخزين ذرات الليثيوم. وبهذه الطريقة، حتى لو تمزق غلاف البطارية ودخل الأكسجين، بسبب الحجم الكبير لجزيئات الأكسجين، فإنها لا تستطيع الدخول إلى حجرات التخزين الصغيرة هذه، مما يمنع ذرات الليثيوم من ملامسة الأكسجين وتجنب الانفجارات.
تدابير وقائية
بعد الشحن الزائد لخلايا بطارية الليثيوم بجهد أعلى من 4.2 فولت، ستبدأ الآثار الجانبية في الظهور. كلما ارتفع جهد الشحن الزائد، كلما زاد الخطر. عندما يتجاوز جهد خلية بطارية الليثيوم 4.2 فولت، يبقى أقل من نصف ذرات الليثيوم في مادة القطب الموجب، مما يتسبب في انهيار حجرة التخزين ويؤدي إلى فقدان سعة البطارية بشكل دائم. إذا استمر الشحن، حيث إن حجرة تخزين القطب السالب مملوءة بالفعل بذرات الليثيوم، فسوف يتراكم معدن الليثيوم اللاحق على سطح مادة القطب السالب. سوف تنمو ذرات الليثيوم هذه بلورات شجرية من سطح القطب السالب باتجاه أيونات الليثيوم. سوف تمر بلورات معدن الليثيوم هذه عبر الفاصل، مما يتسبب في حدوث ماس كهربائي بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة. في بعض الأحيان تنفجر البطارية قبل حدوث ماس كهربائي، لأنه أثناء الشحن الزائد، تتحلل مواد مثل الإلكتروليت وتنتج غازًا، مما يتسبب في انتفاخ وتمزق غلاف البطارية أو صمام الضغط، مما يسمح للأكسجين بالدخول والتفاعل مع ذرات الليثيوم المتراكمة على القطب السالب. السطح مما أدى إلى حدوث انفجار.
لذلك، عند شحن بطاريات الليثيوم، من الضروري تعيين حد أعلى للجهد من أجل مراعاة عمر البطارية وقدرتها وسلامتها في نفس الوقت. الحد الأعلى المثالي لجهد الشحن هو 4.2 فولت. يجب أن يكون هناك أيضًا حد جهد أقل عند تفريغ بطاريات الليثيوم. عندما يكون جهد خلية البطارية أقل من 2.4 فولت، ستبدأ بعض المواد في التلف. بسبب التفريغ الذاتي للبطارية، سينخفض ​​الجهد مع مرور الوقت. ولذلك فمن الأفضل عدم تفريغه إلى 2.4 فولت قبل التوقف. خلال فترة التفريغ من 3.0V إلى 2.4V، تمثل الطاقة المنطلقة من بطاريات الليثيوم حوالي 3% فقط من سعة البطارية. لذلك، 3.0V هو جهد قطع التفريغ المثالي. أثناء الشحن والتفريغ، بالإضافة إلى قيود الجهد، تعتبر القيود الحالية ضرورية أيضًا. عندما يكون التيار مرتفعًا جدًا، لا يمكن لأيونات الليثيوم الدخول إلى خلية التخزين في الوقت المناسب وسوف تتراكم على سطح المادة.
بعد الحصول على الإلكترونات، ستنتج أيونات الليثيوم هذه بلورات ذرات الليثيوم على سطح المادة، والتي، مثل الشحن الزائد، يمكن أن تسبب خطرًا. إذا تمزق غلاف البطارية، فسوف تنفجر. لذلك، يجب أن تشمل حماية بطاريات الليثيوم أيون على الأقل ثلاثة عناصر: الحد الأعلى لجهد الشحن، والحد الأدنى لجهد التفريغ، والحد الأعلى للتيار. في حزمة بطارية الليثيوم النموذجية، بالإضافة إلى خلايا بطارية الليثيوم، توجد لوحة واقية توفر بشكل أساسي هذه الحماية الثلاثة. ومع ذلك، من الواضح أن هذه الحماية الثلاثة للوحة الحماية ليست كافية، ولا تزال حوادث انفجار بطارية الليثيوم العالمية متكررة. لضمان سلامة نظام البطارية، يجب إجراء تحليل أكثر دقة لأسباب انفجارات البطارية.