Liitium-ioonaku kaitsemeetmed

Pärast liitiumakuelemendi ülelaadimist ülepingele üle 4,2 V hakkavad ilmnema kõrvaltoimed. Mida kõrgem on ülelaadimispinge, seda suurem on risk. Kui liitiumpatarei pinge on suurem kui 4,2 V, jääb katoodi materjali vähem kui pooled liitiumiaatomitest. Sel ajal variseb salvestuselement sageli kokku, mille tulemuseks on aku mahu püsiv vähenemine. Laadimise jätkamisel, kuna negatiivse elektroodi salvestusrakk on täidetud liitiumiaatomitega, koguneb negatiivse elektroodimaterjali pinnale järgnev liitiummetall. Need liitiumiaatomid kasvatavad dendriitkristalle negatiivsest pinnast liitiumiioonide suunas. Need liitiummetalli kristallid läbivad diafragmapaberi ja lühistavad positiivsed ja negatiivsed elektroodid. Mõnikord plahvatab aku enne lühise tekkimist. Seda seetõttu, et ülelaadimisprotsessi ajal pragunevad elektrolüüt ja muud materjalid gaasi tootmiseks, mis muudab aku kesta või rõhuklapi punniks ja puruneb, võimaldades hapnikul siseneda ja reageerida negatiivsele pinnale kogunenud liitiumiaatomitega ja seejärel plahvatada. Seetõttu tuleb liitiumaku laadimisel seada ülemine pingepiir, et võtta arvesse aku eluiga, võimsust ja ohutust. Laadimispinge optimaalne ülemine piir on 4,2 V. Liitiumpatarei tühjenemisel peaks olema ka madalam pingepiirang. Kui rakupinge on väiksem kui 2,4 V, hakkavad mõned materjalid kahjustuma. Kuna aku tühjeneb ise, seda kauem see tühjeneb, seda madalam on pinge. Seetõttu on parem mitte peatuda 2,4 V-ga tühjenemise ajal. Ajavahemikul 3,0 V kuni 2,4 V moodustab liitiumaku vabanev energia ainult umbes 3% aku mahust. Seetõttu on 3.0V ideaalne tühjenduspinge.

Laadimise ja tühjendamise ajal on lisaks pingepiirangule vajalik ka praegune piirang. Kui vool on liiga suur, ei ole liitiumiioonidel aega hoiukambrisse sisenemiseks ja see koguneb materjali pinnale. Pärast seda, kui need liitiumiioonid omandavad elektronid, kristalliseeruvad materjali pinnal liitiumi aatomid, mis on sama, mis ülelaadimine, mis põhjustab ohtu. Kui aku ümbris puruneb, siis see plahvatab.

Seetõttu peaks liitium-ioonakude kaitse sisaldama vähemalt kolme elementi: laadimispinge ülemine piir, tühjenduspinge alumine piir ja voolu ülemine piir. Üldiselt on liitiumpatareis, välja arvatud liitiumpatarei, kaitseplaat, mis pakub peamiselt neid kolme kaitset. Kuid need kolm kaitseplaadi kaitset on ilmselgelt ebapiisavad. Liitiumpatareide plahvatused on kogu maailmas endiselt sagedased. Akusüsteemi ohutuse tagamiseks tuleb aku plahvatuse põhjust hoolikamalt analüüsida.