추운 온도에서 리튬 이온 배터리를 충전하면 왜 배터리가 손상됩니까?

따라서 여러 출처 (전자 장치 사용 설명서, 다양한 포럼 등)에서 찾은 내용에 따라 추운 곳에서 리튬 이온 배터리를 충전하면 안됩니다. 그러나 그들이 어떤 종류의 피해를 입을 지, 왜 정확히 어떤 피해를 입을지는 확실하지 않습니다.

정말 맞습니까? 그렇다면 저온에서 리튬 이온 배터리를 충전 할 때 손상을 초래하는 전자 및 / 또는 화학 공정의 특성을 누군가가 설명해 줄 수 있습니까?

'차가운 온도'는 매우 모호합니다. 먼저 실제로 실제 숫자를 지정하겠습니다.

32 ° F / 0 ° C 이하에서 리튬 이온 배터리를 충전하지 마십시오. 다시 말해, 얼어 붙지 않는 리튬 이온 배터리를 충전하지 마십시오.

한 번이라도 그렇게하면 수십 퍼센트 이상의 갑작스럽고 심각하며 영구적 인 용량 손실이 발생하며 내부 저항도 비슷하고 영구적으로 증가합니다. 이 손상은 단 하나의 고립 된 '차가운 충전'이벤트 후에 발생하며 셀이 충전되는 속도에 비례합니다.

그러나 더욱 중요한 것은 냉장 충전 된 리튬 이온 전지는 안전 하지 않으며 안전하게 재활용하거나 폐기해야합니다. 안전하지 않다는 것은 기계적 진동, 기계적 충격 또는 충분히 높은 충전 상태에 도달하여 무작위로 폭발 할 때까지 잘 작동한다는 것을 의미합니다.

자, 실제로 귀하의 질문에 대답하십시오 : 왜 그렇습니까?

이를 위해서는 리튬 이온 배터리의 작동 방식을 간단히 요약해야합니다. 그들은 다른 배터리와 마찬가지로 양극과 음극 및 전해질을 가지고 있지만, 꼬임이 있습니다. 리튬 이온은 실제로 충전 중에 음극에서 양극으로 이동하여 삽입 됩니다. 삽입의 요지는 분자 또는 이온 (이 경우 리튬 이온)이 일부 물질 격자의 분자 갭 사이에 갇히게된다는 것입니다.

방전 동안, 리튬 이온은 애노드를 떠나 캐소드로 복귀하고 마찬가지로 캐소드로 삽입된다. 따라서 음극과 양극은 모두 리튬 이온에 대한 일종의 '스펀지'역할을합니다.

대부분의 리튬 이온이 캐소드에 삽입되면 (배터리가 상당히 방전 된 상태임을 의미) 캐소드 물질은 체적 변형으로 인해 약간 팽창합니다 (격자 사이에있는 여분의 모든 원자 때문에). 이 중 인터 칼 레이션 힘이 내부 응력 (강화 유리와 유사)으로 변환되어 체적 변형이 적습니다.

충전 동안, 리튬 이온은 캐소드를 떠나 흑연 애노드에 삽입된다. 흑연은 기본적으로 탄소 비스킷이며, 집합적인 비스킷 구조를 형성하기 위해 다수의 그래 핀 층으로 만들어진다. 미국식 비스킷 구조.

이로 인해 흑연 애노드의 인터 칼 레이션 힘을 내부 응력으로 변환하는 능력이 크게 줄어들어 애노드는 훨씬 더 큰 체적 변형을 겪어 실제로 부피가 10-20 % 증가합니다. 리튬 이온 전지를 설계 할 때 반드시 허용해야합니다 (어쨌든 특정 삼성 폰 배터리의 경우 제외). 그렇지 않으면 양극이 음극을 분리하는 내부 막이 천천히 약해 지거나 심지어 구멍을 뚫을 수 있습니다. 세포 내부의 죽은 단락. 그러나 한 번에 한 줄의 주울이 셀에 꽂 히면 양극이 확장됩니다.

알았어.하지만이 중 어떤 것이 추운 온도와 관련이 있습니까?

냉동 온도 이하에서 리튬 이온 전지를 충전하면 대부분의 리튬 이온이 흑연 양극에 삽입되지 않습니다. 대신, 양극 귀금속으로 양극 코인을 전기 도금하는 것과 같이 양극을 금속 리튬으로 도금합니다. 따라서 충전은 양극을 재충전하는 것이 아니라 리튬으로 전기도 금합니다. 일부 이온은 양극에 삽입되고, 금속 도금의 일부 원자는 셀이 휴식을 취하면 20 시간 이상 후에 삽입 될 수 있지만 대부분은 그렇지 않습니다. 이것이 용량 감소, 내부 저항 증가 및 위험의 원인입니다.

스택 교환에 관한 나의 관련 답변을 '리튬 이온 배터리를 둘러싼 두려움이 왜 그렇게 많은가?'

이 양극의 리튬 도금은 훌륭하고 부드럽 지 않으며 심지어 양극에서 형성되는 리튬 금속의 뾰족한 덩굴 모양의 수지상으로 형성됩니다.

마찬가지로 양극의 금속 리튬 도금으로 인한 다른 고장 메커니즘과 마찬가지로 (비록 여러 가지 이유로 인해) 이러한 수상 돌기는 양극이 확장되어 강제로 분리 막에 예기치 않은 압력을 가할 수 있습니다. 이는 막이 언젠가 갑자기 고장 나게하는 원인이 될 수있다 (또는 즉시, 수상 돌기가 그 안에 구멍을 뚫고 음극에 닿는 경우가있다). 이것은 물론 세포 통풍구를 만들고, 가연성 전해질을 발화시키고, 주말을 망치게합니다 (최상의).

그러나 왜 당신은 동결 온도보다 낮은 온도가 양극의 리튬 금속 도금을 유발합니까?

그리고 불행하고 불만족스러운 대답은 우리가 실제로 모른다는 것입니다. 우리는 중성자 이미징을 사용하여 작동하는 리튬 이온 전지 내부를 조사해야합니다. 전 세계적으로 약 30 명 (31 %라고 생각합니까?)만이 실제로 과학 연구에 이용할 수있는 전세계 활성 연구 원자로 (중성자 소스 역할을하는 원자로)가 있다고 생각합니다. 의학 동위 원소 생산에 사용되는 것이 아니라 실험을 위해 연중 무휴 24 시간 예약 한 것이 인내심의 문제라고 생각합니다. 단순히 장비 시간의 부족으로 인해 리튬 이온 배터리의 중성자 이미징 사례는 거의 없었습니다.

이 추운 온도 문제에 특별히 사용 된 것은 2014 년이었습니다 . 여기 기사가 있습니다.

헤드 라인에도 불구하고 그들은 여전히 ​​세포가 얼어 붙지 않을 때 인터 칼 레이션이 아닌 도금을 일으키는 원인을 정확하게 해결하지 못했습니다.

흥미롭게도, 실제로는 냉동 상태에서 리튬 이온 전지를 충전 할 수 있지만 0.02C 미만 (50 시간 이상의 충전 시간) 미만의 매우 낮은 전류에서만 충전 할 수 있습니다. 또한 상업적으로 이용 가능한 몇 가지 이국적인 세포가 있는데, 이는 저온에서 일반적으로 상당한 비용으로 (금전적으로 그리고 다른 지역에서의 전지 성능 측면에서) 충전 가능하도록 특별히 설계되었습니다.

참고 : 냉동 온도 이하에서 리튬 이온 배터리 를 방전 하는 것이 완벽하게 안전하다는 것을 덧붙여 야합니다 . 대부분의 전지는 방전 온도 등급이 -20 ° C 이상입니다. '고정 된'셀 충전 만 피해야합니다.