Mesures de protection des batteries lithium-ion

Une fois que la cellule de la batterie au lithium est surchargée à une tension supérieure à 4,2 V, des effets secondaires commenceront à se produire. Plus la tension de surcharge est élevée, plus le risque est élevé. Lorsque la tension de la cellule de la batterie au lithium est supérieure à 4,2 V, moins de la moitié des atomes de lithium restent dans le matériau de la cathode. À ce stade, la cellule de stockage s’effondre souvent, ce qui entraîne une diminution permanente de la capacité de la batterie. Si la charge se poursuit, puisque la cellule de stockage de l’électrode négative a été remplie d’atomes de lithium, le lithium métal ultérieur s’accumulera à la surface du matériau de l’électrode négative. Ces atomes de lithium vont faire pousser des cristaux dendritiques de la surface négative à la direction des ions lithium. Ces cristaux de lithium métal passeront à travers le papier du diaphragme et court-circuiteront les électrodes positives et négatives. Parfois, la batterie explose avant que le court-circuit ne se produise. En effet, pendant le processus de surcharge, l’électrolyte et d’autres matériaux seront fissurés pour produire du gaz, ce qui fait gonfler et éclater la coque de la batterie ou la soupape de pression, permettant à l’oxygène d’entrer et de réagir avec les atomes de lithium accumulés sur la surface négative, puis d’exploser. Par conséquent, lors de la charge de la batterie au lithium, la limite de tension supérieure doit être définie pour tenir compte de la durée de vie, de la capacité et de la sécurité de la batterie. La limite supérieure optimale de la tension de charge est de 4,2 V. Il devrait également y avoir une limite de tension inférieure lorsque la cellule de la batterie au lithium est déchargée. Lorsque la tension de la cellule est inférieure à 2,4 V, certains matériaux commenceront à être endommagés. Étant donné que la batterie se déchargera d’elle-même, plus elle sera déchargée longtemps, plus la tension sera faible. Par conséquent, il est préférable de ne pas s’arrêter à 2,4 V pendant la décharge. Pendant la période de 3,0 V à 2,4 V, l’énergie libérée par la batterie au lithium ne représente qu’environ 3% de la capacité de la batterie. Par conséquent, 3.0V est une tension de coupure de décharge idéale.

Pendant la charge et la décharge, en plus de la limitation de tension, une limitation de courant est également nécessaire. Lorsque le courant est trop important, les ions lithium n’ont pas le temps de pénétrer dans la cellule de stockage et s’accumulent à la surface du matériau. Une fois que ces ions lithium ont acquis des électrons, les atomes de lithium cristallisent à la surface du matériau, ce qui équivaut à une surcharge, ce qui causera un danger. Si le boîtier de la batterie se casse, il explosera.

Par conséquent, la protection des batteries lithium-ion devrait inclure au moins trois éléments: la limite supérieure de la tension de charge, la limite inférieure de la tension de décharge et la limite supérieure du courant. En général, dans la batterie au lithium, à l’exception de la cellule de la batterie au lithium, il y aura une plaque de protection, qui fournit principalement ces trois protections. Cependant, ces trois protections de la plaque de protection sont évidemment insuffisantes. Les explosions de batteries au lithium sont encore fréquentes dans le monde entier. Pour assurer la sécurité du système de batterie, la cause de l’explosion de la batterie doit être analysée plus attentivement.