За статистикою, світовий попит на літій-іонні батареї досяг 1,3 мільярда, і з постійним розширенням сфер застосування ця цифра з кожним роком зростає. Через це зі швидким зростанням використання літій-іонних акумуляторів у різних галузях промисловості продуктивність безпеки акумулятора стає все більш помітною, вимагаючи не тільки відмінної зарядки та розрядки літій-іонних акумуляторів, але також вимагає більш високого рівня безпеки. Які літієві батареї врешті-решт чому пожежа і навіть вибух, яких заходів можна уникнути та усунути?
Перш за все, давайте розберемося з матеріальним складом літієвих батарей. Продуктивність літій-іонних акумуляторів в основному залежить від структури та продуктивності внутрішніх матеріалів акумуляторів, які використовуються. Ці внутрішні матеріали батареї включають матеріал негативного електрода, електроліт, діафрагму та матеріал позитивного електрода. Серед них вибір і якість позитивних і негативних матеріалів безпосередньо визначають продуктивність і ціну літій-іонних акумуляторів. Тому дослідження дешевих і високоефективних позитивних і негативних електродних матеріалів були в центрі уваги розвитку індустрії літій-іонних акумуляторів.
Матеріал негативного електрода, як правило, вибирається як вуглецевий матеріал, і наразі розробка є відносно зрілою. Розвиток катодних матеріалів став важливим фактором, що обмежує подальше вдосконалення продуктивності літій-іонних акумуляторів і зниження ціни. У поточному комерційному виробництві літій-іонних акумуляторів вартість катодного матеріалу становить близько 40% від загальної вартості акумулятора, а зниження ціни катодного матеріалу безпосередньо визначає зниження ціни літій-іонних акумуляторів. Особливо це стосується літій-іонних акумуляторів. Наприклад, маленька літій-іонна батарея для мобільного телефону потребує лише близько 5 грамів катодного матеріалу, тоді як літій-іонна батарея для керування автобусом може вимагати до 500 кг катодного матеріалу.
Хоча теоретично існує багато типів матеріалів, які можна використовувати як позитивний електрод літій-іонних акумуляторів, основним компонентом звичайного матеріалу позитивного електрода є LiCoO2. Під час заряджання електричний потенціал, доданий до двох полюсів батареї, змушує з'єднання позитивного електрода вивільняти іони літію, які вбудовані в вуглець негативного електрода з пластинчастою структурою. Під час розряду іони літію випадають із пластинчастої структури вуглецю та рекомбінуються з сполукою на позитивному електроді. Рух іонів літію породжує електричний струм. Це принцип роботи літієвих батарей.
Хоча принцип простий, у реальному промисловому виробництві є набагато більше практичних питань, які слід враховувати: матеріал позитивного електрода потребує добавок для підтримки активності багаторазового заряджання та розряджання, а матеріал негативного електрода має бути розроблений за рівень молекулярної структури для розміщення більшої кількості іонів літію; електроліт, заповнений між позитивним і негативним електродами, крім збереження стабільності, також повинен мати хорошу електропровідність і зменшити внутрішній опір батареї.
Хоча літій-іонний акумулятор має всі вищезгадані переваги, але його вимоги до схеми захисту є відносно високими, у використанні процесу слід суворо уникати надмірного заряджання, надмірного розряду, струм розряду не повинен бути занадто великою, загалом швидкість розряду не повинна перевищувати 0,2 C. Процес заряджання літієвих батарей показаний на малюнку. У циклі зарядки літій-іонні батареї повинні визначити напругу та температуру батареї перед початком заряджання, щоб визначити, чи можна її зарядити. Якщо напруга або температура акумулятора виходять за межі дозволеного виробником діапазону, заряджання заборонено. Допустимий діапазон зарядної напруги: 2,5 В~4,2 В на батарею.
Якщо батарея глибоко розряджена, зарядний пристрій повинен мати процес попередньої зарядки, щоб батарея відповідала умовам швидкої зарядки; потім, згідно зі швидкістю заряджання, рекомендованою виробником батареї, як правило, 1C, зарядний пристрій заряджає батарею постійним струмом, і напруга батареї підвищується повільно; як тільки напруга батареї досягає встановленої напруги з’єднання (зазвичай 4,1 В або 4,2 В), зарядка постійним струмом припиняється, а струм заряджання. припиняється, зарядний струм швидко спадає і зарядка переходить у повний процес зарядки; під час повного процесу заряджання струм заряджання поступово зменшується, доки швидкість заряджання не знизиться нижче C/10 або не закінчиться час повного заряджання, після чого він перетворюється на максимальне відсічення заряджання; під час верхнього відсічення заряду зарядний пристрій поповнює батарею дуже малим зарядним струмом. Після періоду максимального відключення заряджання зарядка вимикається.
Час публікації: 15 листопада 2022 р