По статистике, мировой спрос на литий-ионные аккумуляторы достиг 1,3 миллиарда, и при постоянном расширении областей применения эта цифра увеличивается из года в год. Из-за этого, с быстрым ростом использования литий-ионных батарей в различных отраслях, показатели безопасности батареи становятся все более заметными, требуя не только отличных характеристик зарядки и разрядки литий-ионных батарей, но и более высокого уровня. показателей безопасности. Что литиевые батареи, в конце концов, почему возгорания и даже взрыва, какие меры можно избежать и устранить?
Прежде всего, давайте разберемся с материальным составом литиевых батарей. Производительность литий-ионных аккумуляторов в основном зависит от структуры и характеристик внутренних материалов используемых аккумуляторов. Эти внутренние материалы батареи включают материал отрицательного электрода, электролит, диафрагму и материал положительного электрода. Среди них выбор и качество положительных и отрицательных материалов напрямую определяют производительность и цену литий-ионных батарей. Поэтому исследование дешевых и высокоэффективных материалов для положительных и отрицательных электродов было в центре внимания развития индустрии литий-ионных аккумуляторов.
В качестве материала отрицательного электрода обычно выбирается углеродный материал, и в настоящее время его разработка находится на относительно зрелой стадии. Разработка катодных материалов стала важным фактором, ограничивающим дальнейшее улучшение характеристик литий-ионных аккумуляторов и снижение цен. При нынешнем коммерческом производстве литий-ионных аккумуляторов стоимость катодного материала составляет около 40% от общей стоимости аккумулятора, а снижение цены катодного материала напрямую определяет снижение цены литий-ионных аккумуляторов. Особенно это касается литий-ионных аккумуляторов. Например, для небольшой литий-ионной батареи для сотового телефона требуется всего около 5 граммов катодного материала, тогда как для силовой литий-ионной батареи для вождения автобуса может потребоваться до 500 кг катодного материала.
Хотя теоретически существует множество типов материалов, которые можно использовать в качестве положительного электрода литий-ионных аккумуляторов, основным компонентом материала общего положительного электрода является LiCoO2. При зарядке электрический потенциал, приложенный к двум полюсам батареи, заставляет соединение положительного электрода высвободить ионы лития, которые внедрены в углерод отрицательного электрода с ламеллярной структурой. При разряде ионы лития выпадают из ламеллярной структуры углерода и рекомбинируют с соединением на положительном электроде. Движение ионов лития генерирует электрический ток. Это принцип работы литиевых батарей.
Хотя принцип прост, в реальном промышленном производстве необходимо учитывать гораздо больше практических вопросов: материал положительного электрода нуждается в добавках для поддержания активности многократной зарядки и разрядки, а материал отрицательного электрода должен быть разработан при уровень молекулярной структуры, позволяющий разместить больше ионов лития; электролит, заполняемый между положительным и отрицательным электродами, помимо сохранения стабильности, также должен иметь хорошую электропроводность и снижать внутреннее сопротивление батареи.
Хотя литий-ионный аккумулятор обладает всеми вышеупомянутыми преимуществами, но его требования к схеме защиты относительно высоки, при использовании процесса следует строго избегать явления перезарядки и чрезмерной разрядки, ток разряда не должен быть слишком большим, как правило, скорость разряда не должна превышать 0,2 С. Процесс зарядки литиевых аккумуляторов показан на рисунке. В цикле зарядки литий-ионным аккумуляторам необходимо определить напряжение и температуру аккумулятора, прежде чем начнется зарядка, чтобы определить, можно ли его зарядить. Если напряжение или температура аккумулятора выходят за пределы диапазона, разрешенного производителем, зарядка запрещена. Допустимый диапазон напряжения зарядки: 2,5–4,2 В на батарею.
В случае глубокого разряда аккумулятора в зарядном устройстве необходимо провести процедуру предварительной зарядки, чтобы аккумулятор соответствовал условиям быстрой зарядки; затем, в соответствии со скоростью быстрой зарядки, рекомендованной производителем аккумулятора, обычно 1C, зарядное устройство заряжает аккумулятор постоянным током, и напряжение аккумулятора медленно повышается; Как только напряжение батареи достигает установленного напряжения завершения (обычно 4,1 В или 4,2 В), зарядка постоянным током прекращается и зарядный ток. Как только напряжение батареи достигает установленного напряжения завершения (обычно 4,1 В или 4,2 В), зарядка постоянным током прекращается. прекращается, зарядный ток быстро затухает, и зарядка переходит в полный процесс зарядки; во время процесса полной зарядки зарядный ток постепенно снижается до тех пор, пока скорость зарядки не уменьшится до уровня ниже C/10 или не истечет время полной зарядки, затем он переходит в зарядку с верхним отключением; во время верхней отсечки зарядки зарядное устройство пополняет аккумулятор очень малым зарядным током. После периода максимальной зарядки заряд отключается.
Время публикации: 15 ноября 2022 г.