リチウム電池の膨張による損傷

シェルの特性
原子番号 3、原子量 6.941 のリチウムは、最も軽いアルカリ金属元素です。安全性と電圧を向上させるために、科学者はリチウム原子を貯蔵するグラファイトやコバルト酸リチウムなどの材料を発明しました。これらの材料の分子構造は、リチウム原子の貯蔵に使用できるナノスケールの小さな貯蔵グリッドを形成します。このようにして、たとえ電池シェルが壊れて酸素が侵入したとしても、酸素分子は大きすぎてこれらの小さな貯蔵グリッドに入ることができないため、リチウム原子は酸素と接触せず、爆発を回避します。
保護措置
リチウム電池セルが 4.2V を超える電圧まで過充電されると、副作用が発生し始めます。過充電電圧が高いほど危険性が高くなります。リチウム電池のセル電圧が4.2Vより高い場合、正極材料に残存するリチウム原子の数は半分未満になり、この時点で蓄電グリッドが崩壊することが多く、電池の永久容量損失が発生します。充電が続くと、負極の貯蔵グリッドはすでにリチウム原子で満たされているため、その後のリチウム金属が負極材料の表面に蓄積します。このリチウム原子は、負極表面からリチウムイオンの方向に向かって樹枝状結晶を成長させます。これらのリチウム金属結晶はダイヤフラムを通過し、正極と負極を短絡させます。場合によっては、ショートが発生する前にバッテリーが爆発することがあります。これは、過充電プロセス中に電解液やその他の材料が分解してガスが発生し、バッテリーシェルや圧力バルブが膨張して破裂し、酸素が侵入して負極の表面に蓄積されたリチウム原子と反応するためです。そして爆発します。
したがって、リチウム電池を充電する場合は、電池の寿命、容量、安全性を同時に考慮して電圧の上限を設定する必要があります。最も理想的な充電電圧の上限は4.2Vです。リチウム電池を放電する場合には、下限電圧もあります。バッテリー電圧が 2.4V より低いと、一部の材料が損傷し始めます。バッテリーは自己放電するため、放電時間が長くなるほど電圧は低下します。したがって、2.4V で放電を停止しないことが最善です。リチウム電池が 3.0V から 2.4V に放電される間に、放出されるエネルギーは電池容量の約 3% にすぎません。したがって、3.0V が理想的な放電終止電圧となります。充放電時には電圧の制限に加えて電流の制限も必要です。電流が大きすぎると、リチウムイオンが蓄電池に入る時間がなくなり、材料の表面に集まります。
このリチウムイオンが電子を受け取った後、材料表面にリチウム原子が結晶化してしまうため、過充電と同様に危険です。バッテリーシェルが破損すると爆発する可能性があります。したがって、リチウムイオン電池の保護には、少なくとも充電電圧の上限、放電電圧の下限、電流の上限を含める必要があります。一般に、リチウム電池パックには、リチウム電池セルに加えて保護基板があり、主にこれら 3 つの保護を提供します。しかし、保護基板のこれら 3 つの保護だけでは明らかに十分ではなく、リチウム電池の爆発は依然として世界中で頻繁に発生しています。バッテリーシステムの安全性を確保するには、バッテリーの爆発の原因をより注意深く分析する必要があります。