Liitiumaku paisumiskahjustus

Kesta omadused
Liitium aatomnumbriga 3 ja aatommassiga 6,941 on kergeim leelismetalli element. Ohutuse ja pinge parandamiseks on teadlased leiutanud liitiumiaatomite säilitamiseks selliseid materjale nagu grafiit ja liitiumkoobaltoksiid. Nende materjalide molekulaarstruktuur moodustab nanomõõtmelised pisikesed salvestusvõrgud, mida saab kasutada liitiumiaatomite hoidmiseks. Sel viisil, isegi kui aku kest puruneb ja hapnik siseneb, on hapnikumolekulid liiga suured, et siseneda nendesse pisikestesse salvestusvõrkudesse, nii et liitiumi aatomid ei puutu hapnikuga kokku ja väldivad plahvatust.
Kaitsemeetmed
Kui liitiumaku element laetakse üle 4,2 V pingeni, hakkavad ilmnema kõrvaltoimed. Mida kõrgem on ülelaadimispinge, seda suurem on oht. Kui liitiumaku elemendi pinge on kõrgem kui 4,2 V, on positiivse elektroodi materjali jäänud liitiumiaatomite arv alla poole ja salvestusvõrk kukub sageli kokku, põhjustades aku püsiva võimsuse vähenemise. Kui laadimine jätkub, kuna negatiivse elektroodi salvestusvõrk on juba liitiumiaatomeid täis, koguneb negatiivse elektroodi materjali pinnale järgnev liitiummetall. Need liitiumiaatomid kasvatavad dendriite negatiivse elektroodi pinnalt liitiumioonide suunas. Need liitiummetalli kristallid läbivad diafragmat ja lühistavad positiivsed ja negatiivsed elektroodid. Mõnikord plahvatab aku enne lühise tekkimist. Selle põhjuseks on asjaolu, et ülelaadimisprotsessi käigus elektrolüüt ja muud materjalid lagunevad ja tekitavad gaasi, põhjustades aku kesta või rõhuklapi paisumist ja purunemist, võimaldades hapnikul siseneda ja reageerida negatiivse elektroodi pinnale kogunenud liitiumiaatomitega. ja siis plahvatada.
Seetõttu on liitiumakude laadimisel vaja seada pinge ülempiir, et võtta arvesse nii aku kasutusiga, mahutavust kui ka ohutust. Ideaalseim laadimispinge ülempiir on 4,2 V. Liitiumakude tühjendamisel on ka pinge alumine piir. Kui aku pinge on madalam kui 2,4 V, hakkavad mõned materjalid kahjustama. Kuna aku tühjeneb ise, siis mida kauem see tühjeneb, seda madalam on pinge. Seetõttu on parem mitte lõpetada tühjenemist 2,4 V juures. Ajavahemikul, mil liitiumaku tühjeneb pingelt 30V kuni 2,4 V, moodustab vabanev energia ainult umbes 3% aku mahust. Seetõttu on 3.{13}}V ideaalne tühjenemise katkestuspinge. Laadimisel ja tühjendamisel on lisaks pingepiirangutele vajalikud ka voolupiirangud. Liiga suure voolu korral ei ole liitiumioonidel aega säilituskambrisse siseneda ja need kogunevad materjali pinnale.
Pärast nende liitiumioonide elektronide saamist kristalliseeruvad liitiumi aatomid materjali pinnale, mis on ohtlik nagu ülelaadimine. Kui aku kest on katki, siis see plahvatab. Seetõttu peab liitiumioonakude kaitse hõlmama vähemalt järgmist: laadimispinge ülempiir, tühjenduspinge alumine piir ja voolu ülempiir. Üldiselt on liitiumaku elemendis lisaks liitiumaku elemendile ka kaitseplaat, mis tagab põhiliselt need kolm kaitset. Nendest kolmest kaitseplaadi kaitsest aga ilmselgelt ei piisa ja liitiumaku plahvatused on endiselt sagedased üle maailma. Akusüsteemi ohutuse tagamiseks on vaja aku plahvatuste põhjuseid hoolikamalt analüüsida.