Beskyttelsesforanstaltninger mod lithium-ion-batterier

Når lithiumbattericellen er overopladet til en spænding højere end 4.2V, begynder bivirkninger at forekomme. Jo højere overopladningsspænding, jo højere er risikoen. Når spændingen i lithiumbattericellen er højere end 4.2V, forbliver mindre end halvdelen af lithiumatomerne i katodematerialet. På dette tidspunkt kollapser lagercellen ofte, hvilket resulterer i et permanent fald i batterikapaciteten. Hvis opladningen fortsættes, da lagringscellen i den negative elektrode er fyldt med lithiumatomer, akkumuleres efterfølgende lithiummetal på overfladen af det negative elektrodemateriale. Disse lithiumatomer vil vokse dendritiske krystaller fra den negative overflade til retningen af lithiumioner. Disse lithiummetalkrystaller passerer gennem membranpapiret og kortslutter de positive og negative elektroder. Nogle gange eksploderer batteriet, før kortslutningen opstår. Dette skyldes, at elektrolyt og andre materialer under overopladningsprocessen vil blive revnet for at producere gas, hvilket får batteriskallen eller trykventilen til at bule og briste, så ilt kan komme ind og reagere med lithiumatomer akkumuleret på den negative overflade og derefter eksplodere. Derfor, når du oplader lithiumbatteriet, skal den øvre spændingsgrænse indstilles for at tage højde for batteriets levetid, kapacitet og sikkerhed. Den optimale øvre grænse for ladespænding er 4,2V. Der skal også være en lavere spændingsgrænse, når lithiumbattericellen aflades. Når cellespændingen er lavere end 2,4V, begynder nogle materialer at blive beskadiget. Da batteriet aflades selv, jo længere det aflades, jo lavere vil spændingen være. Derfor er det bedst ikke at stoppe ved 2,4V under udledning. I perioden fra 3.0V til 2.4V tegner den energi, der frigives af lithiumbatteriet, sig kun for ca. 3% af batterikapaciteten. Derfor er 3.0V en ideel afladningsafskæringsspænding.

Under opladning og afladning er det ud over spændingsbegrænsning også nødvendigt med strømbegrænsning. Når strømmen er for stor, har lithiumioner ikke tid til at komme ind i lagercellen og samles på overfladen af materialet. Efter at disse lithiumioner har erhvervet elektroner, vil lithiumatomer krystallisere på overfladen af materialet, hvilket er det samme som overopladning, hvilket vil forårsage fare. Hvis batterikassen går i stykker, eksploderer den.

Derfor bør beskyttelsen af lithium-ion-batterier mindst omfatte tre elementer: øvre grænse for opladningsspænding, nedre grænse for afladningsspænding og øvre grænse for strøm. Generelt vil der i lithiumbatteripakken, bortset fra lithiumbattericellen, være en beskyttelsesplade, som hovedsageligt giver disse tre beskyttelser. Disse tre beskyttelser af beskyttelsespladen er imidlertid naturligvis utilstrækkelige. Lithiumbatterieksplosioner er stadig hyppige rundt om i verden. For at sikre batterisystemets sikkerhed skal årsagen til batterieksplosion analyseres mere omhyggeligt.