Karakteristik baterai lithium-ion:

Lithium adalah logam terkecil dan paling aktif pada tabel periodik kimia. Karena ukurannya yang kecil dan kepadatan kapasitas yang tinggi, ia disambut secara luas oleh konsumen dan insinyur. Namun, sifat kimianya terlalu aktif, yang membawa risiko sangat tinggi. Ketika logam lithium terkena udara, ia akan bereaksi hebat dengan oksigen dan meledak. Untuk meningkatkan keamanan dan tegangan, para ilmuwan menemukan bahan seperti grafit dan lithium cobalt oxide untuk menyimpan atom lithium. Struktur molekul bahan-bahan ini membentuk kisi penyimpanan kecil tingkat nano yang dapat digunakan untuk menyimpan atom litium. Dengan cara ini, bahkan jika cangkang baterai pecah dan oksigen masuk, molekul oksigen akan terlalu besar untuk memasuki sel penyimpanan kecil ini, sehingga atom lithium tidak akan bersentuhan dengan oksigen dan menghindari ledakan. Prinsip baterai lithium-ion ini memungkinkan orang mencapai keselamatan sambil mencapai kepadatan kapasitas tinggi.

Tes tahan ledakan listrik

Ketika baterai lithium-ion diisi, atom lithium di elektroda positif kehilangan elektron dan teroksidasi menjadi ion lithium. Ion litium berenang ke elektroda negatif melalui elektrolit, memasuki sel penyimpanan elektroda negatif, dan memperoleh elektron, yang direduksi menjadi atom litium. Saat pemakaian, seluruh prosedur dibalik. Untuk mencegah kutub positif dan negatif baterai dari kontak langsung dan hubungan arus pendek, kertas diafragma dengan banyak pori ditambahkan ke baterai untuk mencegah hubungan arus pendek. Kertas diafragma yang baik juga dapat secara otomatis menutup pori-pori ketika suhu baterai terlalu tinggi, sehingga ion lithium tidak dapat melewatinya, sehingga mereka dapat menggunakan seni bela diri mereka sendiri untuk mencegah bahaya.

Menjaga

Setelah sel baterai lithium diisi secara berlebihan hingga tegangan lebih tinggi dari 4.2V, efek samping akan mulai terjadi. Semakin tinggi tegangan overcharge, semakin tinggi risikonya. Ketika tegangan sel baterai lithium lebih tinggi dari 4.2V, jumlah atom lithium yang tersisa di bahan elektroda positif kurang dari setengah. Pada saat ini, sel sering runtuh, menyebabkan penurunan kapasitas baterai secara permanen. Jika Anda terus mengisi, karena sel elektroda negatif sudah diisi dengan atom litium, logam litium berikutnya akan menumpuk di permukaan bahan elektroda negatif. Atom litium ini akan menumbuhkan dendrit dari permukaan elektroda negatif ke arah ion litium. Kristal logam lithium ini akan melewati kertas pemisah dan membuat arus pendek elektroda positif dan negatif. Terkadang baterai meledak sebelum korsleting terjadi. Hal ini karena selama proses pengisian berlebih, elektrolit dan bahan lainnya akan retak untuk menghasilkan gas, menyebabkan cangkang baterai atau katup tekanan membengkak dan pecah, memungkinkan oksigen masuk dan bereaksi dengan atom lithium yang terakumulasi di permukaan elektroda negatif. Dan kemudian meledak. Oleh karena itu, saat mengisi baterai lithium, batas tegangan atas harus diatur agar masa pakai baterai, kapasitas, dan keamanannya dapat diperhitungkan secara bersamaan. Batas atas paling ideal dari tegangan pengisian adalah 4.2V. Ada juga batas tegangan yang lebih rendah saat menggunakan baterai lithium. Ketika tegangan sel lebih rendah dari 2.4V, beberapa bahan akan mulai hancur. Juga, karena baterai akan habis sendiri, semakin lama dibiarkan, semakin rendah tegangannya. Oleh karena itu, sebaiknya jangan berhenti saat baterai habis hingga 2.4V. Selama periode ketika baterai lithium dilepaskan dari 3.0V ke 2.4V, energi yang dilepaskan hanya menyumbang sekitar 3% dari kapasitas baterai. Oleh karena itu, 3.0V adalah tegangan cut-off pelepasan yang ideal.

Saat pengisian dan pengosongan, selain batas tegangan, batas arus juga diperlukan. Ketika arus terlalu besar, ion lithium tidak akan sempat masuk ke sel penyimpanan dan akan menumpuk di permukaan material. Setelah ion lithium ini mendapatkan elektron, mereka akan menghasilkan kristal atom lithium di permukaan material, yang sama dengan pengisian berlebih, yang berbahaya. Jika casing baterai pecah, itu akan meledak.

Oleh karena itu, perlindungan baterai lithium-ion harus mencakup setidaknya tiga item: batas atas tegangan pengisian, batas bawah tegangan pelepasan, dan batas atas arus. Secara umum, dalam paket baterai lithium, selain inti baterai lithium, akan ada papan pelindung. Papan pelindung ini terutama menyediakan tiga perlindungan ini. Namun, tiga perlindungan papan perlindungan ini jelas tidak cukup, dan masih sering terjadi ledakan baterai lithium di seluruh dunia. Untuk memastikan keamanan sistem baterai, penyebab ledakan baterai harus dianalisis lebih cermat.

Analisis tipe ledakan

Jenis ledakan sel baterai dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis: korsleting eksternal, korsleting internal, dan overcharge. Bagian luar di sini mengacu pada bagian luar sel baterai, termasuk korsleting yang disebabkan oleh desain insulasi internal yang buruk dari paket baterai.

Ketika terjadi korsleting di bagian luar sel dan komponen elektronik gagal memutus sirkuit, panas tinggi akan dihasilkan di dalam sel, yang akan menyebabkan sebagian elektrolit menguap dan memperluas cangkang baterai. Ketika suhu internal baterai setinggi 135 derajat Celcius, kertas diafragma berkualitas baik akan menutup pori-pori, reaksi elektrokimia akan dihentikan atau hampir dihentikan, arus akan turun tajam, dan suhu akan turun perlahan, sehingga menghindari sebuah ledakan. Namun, tingkat penutupan pori terlalu buruk, atau pori-pori tidak tertutup sama sekali. Kertas diafragma akan menyebabkan suhu baterai terus meningkat, lebih banyak elektrolit akan menguap, dan akhirnya cangkang baterai akan rusak, atau bahkan suhu baterai akan meningkat hingga Bahan terbakar dan meledak. Hubungan pendek internal terutama disebabkan oleh gerinda foil tembaga dan aluminium foil yang menembus diafragma, atau kristal dendritik atom lithium yang menembus diafragma. Logam kecil seperti jarum ini dapat menyebabkan korsleting mikro. Karena jarum sangat tipis dan memiliki nilai resistansi tertentu, arusnya belum tentu besar.

Gerinda tembaga dan aluminium foil disebabkan selama proses produksi. Fenomena yang dapat diamati adalah bahwa baterai bocor terlalu cepat, yang sebagian besar dapat disaring oleh pabrik sel baterai atau pabrik perakitan. Selain itu, karena gerinda kecil, kadang-kadang akan terbakar, menyebabkan baterai kembali normal. Oleh karena itu, kemungkinan ledakan yang disebabkan oleh hubungan pendek mikro duri tidak tinggi. Pernyataan ini dapat dilihat dari fakta bahwa sering ada baterai yang rusak dengan tegangan rendah segera setelah pengisian di berbagai pabrik sel baterai, tetapi ada beberapa ledakan, yang didukung oleh statistik. Oleh karena itu, ledakan yang disebabkan oleh korsleting internal terutama disebabkan oleh pengisian yang berlebihan. Karena setelah pengisian berlebih, ada kristal logam lithium seperti jarum di mana-mana di bagian kutub, titik tusukan ada di mana-mana, dan korsleting mikro terjadi di mana-mana. Oleh karena itu, suhu baterai secara bertahap akan naik, dan akhirnya suhu tinggi akan menyebabkan elektrolit menjadi gas. Dalam hal ini, apakah suhunya terlalu tinggi untuk menyebabkan bahan terbakar dan meledak, atau kulit terluar pertama kali pecah, menyebabkan udara masuk dan mengoksidasi logam lithium, itu adalah ledakan.

Namun, ledakan yang disebabkan oleh korsleting internal yang disebabkan oleh pengisian yang berlebihan tidak serta merta terjadi pada saat pengisian. Ada kemungkinan ketika suhu baterai tidak cukup tinggi untuk membakar bahan dan gas yang dihasilkan tidak cukup untuk memecahkan casing baterai, konsumen akan berhenti mengisi daya dan mengeluarkan ponsel. Pada saat ini, panas yang dihasilkan oleh banyak sirkuit pendek mikro perlahan-lahan meningkatkan suhu baterai, dan meledak setelah jangka waktu tertentu. Gambaran umum dari konsumen adalah ketika mereka mengangkat telepon, mereka menemukan bahwa telepon sangat panas dan meledak setelah membuangnya.

Berdasarkan jenis ledakan di atas, kita dapat berfokus pada tiga aspek perlindungan ledakan: pencegahan pengisian berlebih, pencegahan korsleting eksternal, dan peningkatan keselamatan sel. Di antara mereka, pencegahan overcharge dan pencegahan hubung singkat eksternal termasuk dalam perlindungan elektronik, yang memiliki hubungan lebih besar dengan desain sistem baterai dan perakitan baterai. Fokus peningkatan keamanan sel baterai adalah perlindungan kimia dan mekanis, yang memiliki hubungan lebih erat dengan produsen sel baterai.