Według statystyk światowy popyt na akumulatory litowo-jonowe sięgnął 1,3 miliarda, a wraz z ciągłym poszerzaniem obszarów zastosowań liczba ta z roku na rok rośnie. Z tego powodu, wraz z gwałtownym wzrostem wykorzystania akumulatorów litowo-jonowych w różnych gałęziach przemysłu, bezpieczeństwo akumulatorów jest coraz bardziej widoczne, co wymaga nie tylko doskonałej wydajności ładowania i rozładowywania akumulatorów litowo-jonowych, ale także wymaga wyższego poziomu wydajności bezpieczeństwa. Że baterie litowe w końcu po co pożar, a nawet eksplozja, jakich środków można uniknąć i wyeliminować?
Przede wszystkim zrozummy skład materiałowy baterii litowych. Wydajność akumulatorów litowo-jonowych zależy głównie od struktury i wydajności materiałów wewnętrznych zastosowanych akumulatorów. Te wewnętrzne materiały akumulatora obejmują materiał elektrody ujemnej, elektrolit, membranę i materiał elektrody dodatniej. Wśród nich wybór i jakość materiałów dodatnich i ujemnych bezpośrednio determinuje wydajność i cenę akumulatorów litowo-jonowych. Dlatego badania tanich i wysokowydajnych materiałów na elektrody dodatnie i ujemne były głównym przedmiotem rozwoju przemysłu akumulatorów litowo-jonowych.
Materiał elektrody ujemnej jest zazwyczaj wybierany jako materiał węglowy, a jego rozwój jest obecnie stosunkowo dojrzały. Rozwój materiałów katodowych stał się ważnym czynnikiem ograniczającym dalszą poprawę wydajności akumulatorów litowo-jonowych i obniżkę ich cen. W obecnej komercyjnej produkcji akumulatorów litowo-jonowych koszt materiału katodowego stanowi około 40% całkowitego kosztu akumulatora, a obniżka ceny materiału katodowego bezpośrednio determinuje obniżkę ceny akumulatorów litowo-jonowych. Dotyczy to zwłaszcza akumulatorów litowo-jonowych. Na przykład mała bateria litowo-jonowa do telefonu komórkowego wymaga tylko około 5 gramów materiału katodowego, podczas gdy akumulator litowo-jonowy do zasilania autobusu może wymagać do 500 kg materiału katodowego.
Chociaż teoretycznie istnieje wiele rodzajów materiałów, które można zastosować jako elektrodę dodatnią w akumulatorach litowo-jonowych, głównym składnikiem powszechnie stosowanego materiału elektrody dodatniej jest LiCoO2. Podczas ładowania potencjał elektryczny dodany do dwóch biegunów akumulatora zmusza związek elektrody dodatniej do uwolnienia jonów litu, które są osadzone w węglu elektrody ujemnej o strukturze lamelarnej. Po rozładowaniu jony litu wytrącają się z lamelarnej struktury węgla i łączą się ponownie ze związkiem na elektrodzie dodatniej. Ruch jonów litu generuje prąd elektryczny. Taka jest zasada działania baterii litowych.
Chociaż zasada jest prosta, w rzeczywistej produkcji przemysłowej należy wziąć pod uwagę znacznie więcej praktycznych kwestii: materiał elektrody dodatniej wymaga dodatków, aby utrzymać aktywność wielokrotnego ładowania i rozładowywania, a materiał elektrody ujemnej musi być zaprojektowany tak, aby poziom struktury molekularnej, aby pomieścić więcej jonów litu; elektrolit wypełniony pomiędzy elektrodami dodatnią i ujemną, oprócz zachowania stabilności, musi także charakteryzować się dobrą przewodnością elektryczną i zmniejszać rezystancję wewnętrzną akumulatora.
Chociaż akumulator litowo-jonowy ma wszystkie wyżej wymienione zalety, ale jego wymagania dotyczące obwodu zabezpieczającego są stosunkowo wysokie, podczas stosowania procesu należy ściśle unikać zjawiska nadmiernego ładowania i nadmiernego rozładowania, prąd rozładowania nie powinien być zbyt duży, ogólnie rzecz biorąc, szybkość rozładowania nie powinna być większa niż 0,2 C. Proces ładowania akumulatorów litowych pokazano na rysunku. Podczas cyklu ładowania akumulatory litowo-jonowe muszą wykryć napięcie i temperaturę akumulatora przed rozpoczęciem ładowania, aby określić, czy można go naładować. Jeśli napięcie lub temperatura akumulatora wykracza poza zakres dozwolony przez producenta, ładowanie jest zabronione. Dopuszczalny zakres napięcia ładowania wynosi: 2,5 V ~ 4,2 V na akumulator.
W przypadku, gdy akumulator jest głęboko rozładowany, ładowarka musi przeprowadzić proces wstępnego ładowania, aby akumulator spełniał warunki szybkiego ładowania; następnie, zgodnie z szybkością szybkiego ładowania zalecaną przez producenta akumulatora, zazwyczaj 1C, ładowarka ładuje akumulator stałym prądem, a napięcie akumulatora powoli rośnie; gdy napięcie akumulatora osiągnie ustawione napięcie zakończenia (zwykle 4,1 V lub 4,2 V), ładowanie prądem stałym zostanie zakończone, a prąd ładowania zostanie zakończony. Gdy napięcie akumulatora osiągnie ustawione napięcie zakończenia (zwykle 4,1 V lub 4,2 V), ładowanie prądem stałym zostanie zakończone. kończy się, prąd ładowania szybko maleje i ładowanie przechodzi w proces pełnego ładowania; podczas pełnego ładowania prąd ładowania maleje stopniowo aż do spadku szybkości ładowania poniżej C/10 lub przekroczenia pełnego czasu ładowania, po czym przechodzi w ładowanie z górnym odcięciem; podczas ładowania z górnym odcięciem ładowarka uzupełnia akumulator bardzo małym prądem ładowania. Po okresie ładowania z górnym odcięciem, ładowanie zostaje wyłączone.
Czas publikacji: 15 listopada 2022 r