Lityum pillerin genleşme hasarı

Kabuk özellikleri
Lityum, atom numarası 3 ve atom ağırlığı 6,941 olan, en hafif alkali metal elementidir. Güvenliği ve voltajı artırmak amacıyla bilim insanları, lityum atomlarını depolayacak grafit ve lityum kobalt oksit gibi malzemeler icat etti. Bu malzemelerin moleküler yapısı, lityum atomlarını depolamak için kullanılabilecek nano ölçekli küçük depolama ızgaraları oluşturur. Bu sayede pil muhafazası kırılıp içeri oksijen girse bile oksijen moleküllerinin büyüklüğü nedeniyle bu küçük saklama bölmelerine giremezler, böylece lityum atomlarının oksijenle teması engellenir ve patlamaların önüne geçilir.
Koruyucu önlemler
Lityum pil hücrelerini 4,2V'tan daha yüksek bir voltaja kadar aşırı şarj ettikten sonra yan etkiler oluşmaya başlayacaktır. Aşırı şarj voltajı ne kadar yüksek olursa tehlike de o kadar yüksek olur. Bir lityum pil hücresinin voltajı 4,2V'u aştığında, pozitif elektrot malzemesinde lityum atomlarının yarısından azı kalır, bu da saklama bölmesinin çökmesine neden olur ve pilin kalıcı kapasite kaybına neden olur. Negatif elektrotun saklama bölmesi zaten lityum atomlarıyla dolu olduğundan şarj devam ederse, negatif elektrot malzemesinin yüzeyinde daha sonra lityum metali birikecektir. Bu lityum atomları, negatif elektrot yüzeyinden lityum iyonlarının yönüne doğru dendritik kristaller oluşturacaktır. Bu lityum metal kristalleri ayırıcıdan geçerek pozitif ve negatif elektrotlar arasında kısa devreye neden olur. Bazen pil kısa devre oluşmadan önce patlar, çünkü aşırı şarj sırasında elektrolit gibi malzemeler ayrışır ve gaz üretir, bu da pil muhafazasının veya basınç valfinin şişmesine ve yırtılmasına neden olur, oksijenin girmesine ve negatif elektrotta biriken lityum atomlarıyla reaksiyona girmesine izin verir. yüzeye çıkarak patlamaya neden olur.
Bu nedenle, lityum pilleri şarj ederken pilin ömrünü, kapasitesini ve güvenliğini aynı anda dikkate almak için bir voltaj üst sınırı ayarlamak gerekir. Şarj voltajının ideal üst sınırı 4,2V'dur. Lityum pilleri boşaltırken de daha düşük bir voltaj sınırı olmalıdır. Pil hücresinin voltajı 2,4V'un altına düştüğünde bazı malzemeler zarar görmeye başlayacaktır. Pilin kendi kendine deşarj olması nedeniyle voltaj zamanla azalacaktır. Bu nedenle durmadan önce 2,4V'a boşaltmamak en doğrusudur. 3,0V ila 2,4V arasındaki deşarj süresi boyunca, lityum pillerin açığa çıkardığı enerji, pil kapasitesinin yalnızca yaklaşık %3'üne karşılık gelir. Bu nedenle 3.0V ideal bir deşarj kesme gerilimidir. Şarj ve deşarj sırasında voltaj sınırlamalarının yanı sıra akım sınırlamaları da gereklidir. Akım çok yüksek olduğunda lityum iyonları depolama hücresine zamanında giremez ve malzemenin yüzeyinde birikecektir.
Bu lityum iyonları elektronları aldıktan sonra malzemenin yüzeyinde lityum atomu kristalleri üretecek ve bu da aşırı şarj gibi tehlike yaratabilecek. Pil muhafazası kırılırsa patlar. Bu nedenle, lityum iyon pillerin korunması en az üç öğeyi içermelidir: şarj voltajının üst limiti, deşarj voltajının alt limiti ve akımın üst limiti. Tipik bir lityum pil paketinde, lityum pil hücrelerine ek olarak esas olarak bu üç korumayı sağlayan koruyucu bir plaka bulunur. Ancak koruyucu levhanın bu üç koruması açıkça yeterli değil ve küresel lityum pil patlaması vakaları hala sık görülüyor. Akü sisteminin güvenliğinin sağlanması için akü patlamalarının nedenlerinin daha dikkatli bir şekilde analiz edilmesi gerekmektedir.