Podle statistik dosáhla celosvětová poptávka po lithium-iontových bateriích 1,3 miliardy a s neustálým rozšiřováním aplikačních oblastí se toto číslo rok od roku zvyšuje.Z tohoto důvodu, s rychlým nárůstem používání lithium-iontových baterií v různých průmyslových odvětvích, je bezpečnostní výkon baterie stále prominentnější, což vyžaduje nejen vynikající nabíjecí a vybíjecí výkon lithium-iontových baterií, ale také vyžaduje vyšší úroveň bezpečnostního výkonu.Že lithiové baterie nakonec proč požár a dokonce i výbuch, jaká opatření se lze vyvarovat a odstranit?
Nejprve si ujasněme materiálové složení lithiových baterií.Výkon lithium-iontových baterií závisí především na struktuře a výkonu vnitřních materiálů použitých baterií.Tyto vnitřní materiály baterií zahrnují materiál záporné elektrody, elektrolyt, membránu a materiál kladné elektrody.Mezi nimi výběr a kvalita pozitivních a negativních materiálů přímo určují výkon a cenu lithium-iontových baterií.Proto se výzkum levných a vysoce výkonných kladných a záporných elektrodových materiálů zaměřil na rozvoj průmyslu lithium-iontových baterií.
Materiál záporné elektrody se obecně volí jako uhlíkový materiál a vývoj je v současnosti relativně vyspělý.Vývoj katodových materiálů se stal důležitým faktorem omezujícím další zlepšování výkonu lithium-iontových baterií a snižování ceny.Při současné komerční výrobě lithium-iontových baterií tvoří náklady na katodový materiál asi 40 % celkových nákladů na baterie a snížení ceny katodového materiálu přímo určuje snížení ceny lithium-iontových baterií.To platí zejména pro lithium-iontové baterie.Například malá lithium-iontová baterie pro mobilní telefon vyžaduje pouze asi 5 gramů katodového materiálu, zatímco lithium-iontová napájecí baterie pro pohon autobusu může vyžadovat až 500 kg katodového materiálu.
Ačkoli teoreticky existuje mnoho typů materiálů, které lze použít jako kladnou elektrodu Li-ion baterií, hlavní složkou běžného materiálu kladné elektrody je LiCoO2.Při nabíjení elektrický potenciál přidaný ke dvěma pólům baterie nutí sloučeninu kladné elektrody uvolňovat ionty lithia, které jsou uloženy v uhlíku záporné elektrody s lamelární strukturou.Při vybití se ionty lithia vysrážejí z lamelární struktury uhlíku a rekombinují se se sloučeninou na kladné elektrodě.Pohyb iontů lithia generuje elektrický proud.Toto je princip fungování lithiových baterií.
Ačkoli je princip jednoduchý, ve skutečné průmyslové výrobě je třeba zvážit mnohem praktičtější otázky: materiál kladné elektrody potřebuje přísady, aby se zachovala aktivita vícenásobného nabíjení a vybíjení, a materiál záporné elektrody musí být navržen tak, aby úroveň molekulární struktury pro umístění více iontů lithia;elektrolyt naplněný mezi kladnou a zápornou elektrodou kromě zachování stability potřebuje mít také dobrou elektrickou vodivost a snižovat vnitřní odpor baterie.
Přestože lithium-iontová baterie má všechny výše uvedené výhody, ale její požadavky na ochranný obvod jsou poměrně vysoké, při použití procesu by se mělo přísně zabránit nadměrnému nabíjení, nadměrnému vybíjení, vybíjecí proud by neměl být příliš velký, obecně by rychlost vybíjení neměla být větší než 0,2 C. Proces nabíjení lithiových baterií je znázorněn na obrázku.V nabíjecím cyklu potřebují lithium-iontové baterie před zahájením nabíjení zjistit napětí a teplotu baterie, aby se zjistilo, zda ji lze nabít.Pokud je napětí nebo teplota baterie mimo rozsah povolený výrobcem, nabíjení je zakázáno.Povolený rozsah nabíjecího napětí je: 2,5V~4,2V na baterii.
V případě hlubokého vybití baterie musí být u nabíječky požadován proces předběžného nabíjení, aby baterie splňovala podmínky pro rychlé nabíjení;poté, podle rychlosti rychlého nabíjení doporučené výrobcem baterie, obecně 1C, nabíječka nabíjí baterii konstantním proudem a napětí baterie pomalu stoupá;jakmile napětí baterie dosáhne nastaveného ukončovacího napětí (obvykle 4,1 V nebo 4,2 V), nabíjení konstantním proudem se ukončí a nabíjecí proud Jakmile napětí baterie dosáhne nastaveného ukončovacího napětí (obvykle 4,1 V nebo 4,2 V), nabíjení konstantním proudem skončí, nabíjecí proud rychle klesá a nabíjení vstoupí do procesu plného nabíjení;během procesu plného nabíjení se nabíjecí proud postupně snižuje, dokud rychlost nabíjení neklesne pod C/10 nebo není překročena plná doba nabíjení, poté přejde do nabíjení s horním přerušením;během nabíjení horním cut-off nabíječka doplňuje baterii velmi malým nabíjecím proudem.Po uplynutí doby nabíjení s horním omezením se nabíjení vypne.
Čas odeslání: 15. listopadu 2022