perchè le batterie al litio si gonfiano?

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perchè le batterie al litio si gonfiano?

Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente promosse per la loro elevata durata e capacità. Tuttavia, con l'uso prolungato, alcune batterie agli ioni di litio potrebbero gonfiarsi per i seguenti motivi:

  1. Espansione causata dal sovraccarico Il sovraccarico fa sì che tutti gli atomi di litio presenti nel materiale dell'elettrodo positivo si spostino sul materiale dell'elettrodo negativo. Ciò provoca la deformazione e il collasso delle griglie originariamente piene dell'elettrodo positivo, un fattore significativo che contribuisce alla diminuzione della capacità della batteria. Durante questo processo, una quantità crescente di ioni di litio si accumula nell'elettrodo negativo, portando ad un eccessivo accumulo di atomi di litio che crescono in cristalli simili a ceppi di albero, provocando il rigonfiamento della batteria.

  2. Espansione causata da una scarica eccessiva La pellicola SEI ( Solid Electrolyte Interface ) svolge una funzione protettiva per il materiale dell'elettrodo negativo, impedendo il collasso della struttura del materiale e prolungando la durata del ciclo di vita del materiale dell'elettrodo. Il film SEI subisce cambiamenti reversibili durante la carica e la scarica, con alcuni composti organici che subiscono trasformazioni reversibili. Uno scaricamento eccessivo della batteria porta alla distruzione reversibile della pellicola SEI e, dopo che il SEI che protegge il materiale dell'elettrodo negativo viene danneggiato, il materiale dell'elettrodo negativo collassa, provocando l'espansione delle batterie agli ioni di litio.

  3. Problemi nella produzione e nei processi produttivi A causa della diversità dei produttori, alcuni potrebbero dare priorità a misure di riduzione dei costi, portando ad ambienti di produzione sfavorevoli e all'uso di apparecchiature obsolete. Ciò può provocare un rivestimento non uniforme della batteria e l'introduzione di particelle di polvere nell'elettrolito. Questi fattori possono contribuire al rigonfiamento delle batterie agli ioni di litio durante l'uso da parte dell'utente, ponendo potenzialmente rischi maggiori.

perché le batterie al litio sono migliori?

Le batterie al litio sono diventate ampiamente apprezzate per vari motivi dallo sviluppo della prima batteria, la pila voltaica. Nel corso del tempo, ci sono stati miglioramenti che hanno portato all’uso popolare di batterie usa e getta al carbonio-zinco, batterie ricaricabili al nichel-metallo idruro (NiMH), nichel-cadmio (NiCd) e batterie al piombo-acido. Nel 1992, Sony ha introdotto con successo la batteria agli ioni di litio e i suoi vantaggi hanno avuto un impatto significativo su molti aspetti della vita moderna.

  1. Maggiore densità di energia: Le batterie al litio hanno una densità energetica maggiore, circa 2,5 volte quella delle batterie al nichel-cadmio e circa 6-7 volte quella delle batterie al piombo. Ciò significa che le batterie al litio possono fornire la stessa capacità in un pacchetto più piccolo e leggero.

  2. Alta tensione operativa: Le batterie al litio hanno una tensione nominale più elevata rispetto alle batterie al nichel-cadmio o al nichel-metallo idruro, rendendole più versatili in varie applicazioni.

  3. Rispettoso dell'ambiente e non inquinante: Le batterie al litio non contengono metalli nocivi come cadmio, piombo o mercurio, il che le rende rispettose dell'ambiente e meno inquinanti.

  4. Ciclo di vita lungo: Le batterie al litio possono sopportare un numero elevato di cicli di carica e scarica, con un numero di cicli compreso tra 800 e 2000. Questo supera significativamente le batterie al piombo-acido (circa 300 cicli) e le batterie al nichel-metallo idruro (circa 500 cicli), risultando in un tempo più lungo durata della vita complessiva.

  5. Basso tasso di autoscarica: Le batterie agli ioni di litio presentano un tasso di autoscarica molto basso. Il tasso di autoscarica misura la perdita spontanea della carica immagazzinata quando la batteria si trova in uno stato di circuito aperto. Le batterie agli ioni di litio, come le batterie al litio ferro fosfato, hanno in genere un tasso di autoscarica di circa il 2% al mese a temperatura ambiente, che è molto inferiore al tasso di autoscarica del 25% delle batterie al nichel-metallo idruro.

  6. Forte adattabilità alle temperature estreme: Le batterie al litio possono funzionare in un ampio intervallo di temperature, da -20°C a 60°C. Alcune batterie al litio sono progettate per ambienti specifici con requisiti di temperatura variabili e alcuni tipi possono funzionare anche in ambienti con temperature superiori a 100 gradi Celsius.

perché le batterie al litio durano più a lungo?

Generalmente utilizziamo il conteggio dei cicli per indicare la durata delle batterie agli ioni di litio. Sebbene il numero di cicli vari tra le diverse batterie agli ioni di litio, nel complesso la loro durata può raggiungere in genere circa 5-6 anni e, con un utilizzo corretto, può estendersi ulteriormente. Questo è significativamente più lungo rispetto alla durata delle batterie al piombo-acido, che è di circa 1,5 anni. Le batterie agli ioni di litio possono sopportare un numero elevato di cicli di carica e scarica, con un numero di cicli compreso tra 800 e 2000 cicli. In confronto, le batterie al piombo-acido hanno circa 300 cicli e le batterie al nichel-metallo idruro hanno circa 500 cicli. Questo numero di cicli più elevato contribuisce a prolungare la durata complessiva delle batterie agli ioni di litio.

quali batterie al litio non sono ammesse sugli aerei?

Riguardo a questo tema, è necessario distinguere tra le batterie al litio il cui trasporto è soggetto a restrizioni e quelle il cui trasporto è vietato.

  1. Trasporto limitato di batterie al litio: Con l'approvazione della compagnia aerea, è consentito portare a bordo dispositivi elettronici contenenti batterie al litio con una capacità superiore a 100 Wh ma non superiore a 160 Wh. Ogni passeggero può trasportare fino a due batterie di riserva e non deve essere imbarcata. I dispositivi che possono contenere batterie al litio superiori a 100 Wh includono apparecchiature multimediali, apparecchiature di produzione audiovisiva, oggetti scenici, dispositivi medici, giocattoli elettrici, utensili elettrici, cassette degli attrezzi, ecc. .

  2. Trasporto vietato di batterie al litio: È severamente vietato trasportare o imbarcare batterie al litio di grandi dimensioni o dispositivi elettronici con una capacità superiore a 160 Wh.

Per verificare se le batterie al litio che trasporti possono essere portate a bordo, in genere puoi controllare le marcature sulle batterie. Se l'energia nominale in wattora (Wh) non è indicata direttamente sulla batteria al litio, è possibile calcolarla utilizzando i seguenti metodi:

  • Se si conoscono la tensione nominale (V) e la capacità nominale (Ah): Calcolare i wattora nominali utilizzando la formula: Wh = V x Ah. La tensione nominale e la capacità nominale sono solitamente contrassegnate sulla batteria.

  • Se la batteria è contrassegnata solo con milliampere-ora (mAh): Dividere il valore segnato per 1000 per ottenere ampere-ora (Ah). Ad esempio, se una batteria al litio è contrassegnata con una tensione nominale di 3,7 V e una capacità nominale di 760 mAh, i wattora nominali sarebbero: 760 mAh / 1000 = 0,76 Ah; 3,7 V x 0,76 Ah = 2,9 Wh.

quando prendono fuoco le batterie al litio?

La causa fondamentale dell'accensione delle batterie agli ioni di litio è la ritenzione anomala di calore all'interno della batteria, che porta all'accensione dopo aver raggiunto il punto di accensione dei combustibili interni ed esterni. Le ragioni specifiche di questo evento includono:

  1. Cortocircuito interno: L'uso improprio della batteria, come il sovraccarico e lo scaricamento eccessivo che portano alla formazione di dendriti, impurità o polvere durante la produzione della batteria, possono deteriorarsi e perforare il separatore, causando microcortocircuiti. Il rilascio di energia elettrica provoca un aumento della temperatura e le reazioni chimiche del materiale dovute all’aumento della temperatura espandono ulteriormente il percorso di cortocircuito, creando una corrente di cortocircuito maggiore. Questa distruzione cumulativa e che si rafforza reciprocamente porta alla fuga termica. I cortocircuiti interni nelle batterie agli ioni di litio possono far fluire una grande corrente attraverso il punto di cortocircuito, generando una notevole quantità di calore e innescando così esplosioni o incendi.

  2. Cortocircuito esterno: I cortocircuiti esterni estesi generalmente bruciano i punti deboli del circuito e raramente portano a eventi di instabilità termica nella batteria.

  3. Alta temperatura esterna: A causa delle caratteristiche della struttura della batteria agli ioni di litio, varie reazioni generano una notevole quantità di calore. La fusione del separatore provoca cortocircuiti interni e il rilascio di energia elettrica aumenta la produzione di calore. Questo effetto distruttivo cumulativo e che si rafforza reciprocamente provoca l'espulsione dell'elettrolita e la combustione. Se le batterie agli ioni di litio vengono esposte a temperature elevate per un periodo prolungato, il solvente nell'elettrolito evapora più velocemente, il materiale dell'elettrodo si espande, la resistenza interna aumenta e la capacità della batteria diminuisce gradualmente. Quando la temperatura raggiunge un certo livello, potrebbero verificarsi perdite, cortocircuiti e conseguenti esplosioni o incendi.

  4. Vibrazioni o danni meccanici: Se le batterie agli ioni di litio subiscono forti vibrazioni meccaniche o danni durante il trasporto, l'uso o la manutenzione, potrebbero danneggiare il separatore o l'elettrolito della batteria, causando un contatto diretto tra il litio metallico e l'elettrolito. Questo contatto innesca una reazione esotermica, che alla fine porta a esplosioni o incendi.

Esistono vari motivi per l'esplosione e l'accensione delle batterie agli ioni di litio. È fondamentale utilizzare e mantenere le batterie in modo sicuro, esercitare una gestione efficace delle batterie ed essere vigili nell’identificare i produttori di batterie per prevenire l’uso di prodotti scadenti.

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