リチウム電池の防爆技術とは

リチウムイオン電池を充電すると、正極のリチウム原子が電子を失い、酸化してリチウムイオンになります。 リチウムイオンは電解質を通って負極に泳ぎ、負極の蓄電池に入り電子を取得し、電子はリチウム原子に還元されます。 放電時にはプログラム全体が逆になります。 バッテリーのプラス極とマイナス極が直接接触することによるショートを防ぐため、バッテリー内部には多数の小さな穴が開いたセパレーター紙が追加されており、ショートを防ぎます。 優れたセパレーター紙は、バッテリーの温度が高すぎると自動的に細孔を閉じ、リチウムイオンの通過を不可能にするため、武道のスキルを自力で無効にし、危険の発生を防ぎます。
保護対策
リチウムイオン電池セルを 4.2V を超える電圧まで過充電すると、副作用が発生し始めます。 過充電電圧が高いほど危険性が高くなります。 リチウム電池セルの電圧が 4.2V を超えると、正極材料中に残るリチウム原子は半分未満になります。 このとき、蓄電池が破損することが多く、バッテリー容量が恒久的に減少します。 充電を続けると、負極の蓄電池にはすでにリチウム原子が充填されているため、その後のリチウム金属が負極材料の表面に蓄積します。 これらのリチウム原子は、負極表面からリチウムイオンの方向に向かって樹枝状結晶を成長させます。 これらのリチウム金属結晶は隔膜紙を通過し、正極と負極の間で短絡を引き起こします。 場合によっては、短絡が発生する前にバッテリーが先に爆発することがあります。 これは、過充電中に電解質などの材料が割れてガスが発生し、電池ケースや圧力弁が膨張して破裂し、酸素が侵入して負極表面に蓄積されたリチウム原子と反応して爆発を引き起こすためです。 したがって、リチウムイオン電池を充電する際には、電池の寿命、容量、安全性を同時に考慮するために電圧制限を設定する必要があります。 最適な充電電圧制限は 4.2V です。 リチウム電池を放電する場合には、電圧の下限も設ける必要があります。 バッテリーセルの電圧が 2.4V を下回ると、一部の材料が損傷し始めます。 また、バッテリーは自己放電により、長時間放電すると電圧が低下します。 したがって、2.4V で放電を停止しないことが最善です。 3.0V から 2.4V までの放電期間中、リチウムイオン電池は電池容量の約 3% しか放出しません。 したがって、3.0V が理想的な放電終止電圧となります。
充放電時には電圧制限に加えて電流制限も必要です。 電流が高すぎると、リチウムイオンが蓄電池に適時に入ることができず、材料の表面に集まります。 このリチウムイオンが電子を獲得した後、材料の表面にリチウム原子の結晶が現れますが、これは過充電と同じであり、危険を引き起こす可能性があります。 電池ケースが破裂すると爆発します。
したがって、リチウムイオン電池の保護には、少なくとも充電電圧の上限、放電電圧の下限、電流の上限を含める必要があります。 一般に、リチウムイオン電池パックには、リチウムイオン電池セルに加えて、これら 3 つの保護を提供するために重要な保護プレートが付いています。 しかし、保護基板のこれら 3 つの保護だけでは明らかに十分ではなく、世界的なリチウムイオン電池の爆発は依然として頻繁に発生しています。 バッテリーシステムの安全性を確保するには、バッテリー爆発の原因をより詳細に分析する必要があります。