Po statističnih podatkih je svetovno povpraševanje po litij-ionskih baterijah doseglo 1,3 milijarde, z nenehnim širjenjem področij uporabe pa se ta številka iz leta v leto povečuje. Zaradi tega je s hitrim porastom uporabe litij-ionskih baterij v različnih panogah varnostna učinkovitost baterije vedno bolj pomembna, kar zahteva ne le odlično zmogljivost polnjenja in praznjenja litij-ionskih baterij, ampak zahteva tudi višjo raven varnostne učinkovitosti. Da so litijeve baterije na koncu zakaj požar in celo eksplozija, katerim ukrepom se je mogoče izogniti in odpraviti?
Najprej razumemo materialno sestavo litijevih baterij. Učinkovitost litij-ionskih baterij je v glavnem odvisna od strukture in zmogljivosti notranjih materialov uporabljenih baterij. Ti notranji materiali baterije vključujejo material negativne elektrode, elektrolit, diafragmo in material pozitivne elektrode. Med njimi izbira in kakovost pozitivnih in negativnih materialov neposredno določata zmogljivost in ceno litij-ionskih baterij. Zato so bile raziskave poceni in visoko zmogljivih materialov za pozitivne in negativne elektrode v središču razvoja industrije litij-ionskih baterij.
Material negativne elektrode je na splošno izbran kot ogljikov material, razvoj pa je trenutno relativno zrel. Razvoj katodnih materialov je postal pomemben dejavnik, ki omejuje nadaljnje izboljšanje zmogljivosti litij-ionskih baterij in znižanje cen. V trenutni komercialni proizvodnji litij-ionskih baterij stroški katodnega materiala predstavljajo približno 40% skupnih stroškov baterije, znižanje cene katodnega materiala pa neposredno določa znižanje cene litij-ionskih baterij. To še posebej velja za litij-ionske baterije. Na primer, majhna litij-ionska baterija za mobilni telefon zahteva le približno 5 gramov katodnega materiala, medtem ko lahko litij-ionska baterija za vožnjo avtobusa zahteva do 500 kg katodnega materiala.
Čeprav teoretično obstaja veliko vrst materialov, ki jih je mogoče uporabiti kot pozitivno elektrodo Li-ionskih baterij, je glavna sestavina skupnega materiala pozitivne elektrode LiCoO2. Pri polnjenju električni potencial, dodan obema poloma baterije, prisili spojino pozitivne elektrode, da sprosti litijeve ione, ki so vgrajeni v ogljik negativne elektrode z lamelno strukturo. Ko se izpraznijo, se litijevi ioni izločijo iz lamelne strukture ogljika in se rekombinirajo s spojino na pozitivni elektrodi. Gibanje litijevih ionov ustvarja električni tok. To je načelo delovanja litijevih baterij.
Čeprav je načelo preprosto, je v dejanski industrijski proizvodnji treba upoštevati veliko bolj praktična vprašanja: material pozitivne elektrode potrebuje dodatke za vzdrževanje aktivnosti večkratnega polnjenja in praznjenja, material negativne elektrode pa mora biti zasnovan na raven molekularne strukture za sprejem več litijevih ionov; elektrolit, napolnjen med pozitivno in negativno elektrodo, mora poleg ohranjanja stabilnosti imeti tudi dobro električno prevodnost in zmanjšati notranji upor baterije.
Čeprav ima litij-ionska baterija vse zgoraj omenjene prednosti, vendar so njene zahteve za zaščitno vezje razmeroma visoke, je treba pri uporabi postopka strogo preprečiti prekomerno polnjenje, pojav prekomernega praznjenja, tok praznjenja ne sme prevelika, na splošno stopnja praznjenja ne sme biti večja od 0,2 C. Postopek polnjenja litijevih baterij je prikazan na sliki. V ciklu polnjenja morajo litij-ionske baterije pred začetkom polnjenja zaznati napetost in temperaturo baterije, da ugotovijo, ali jo je mogoče napolniti. Če je napetost ali temperatura baterije zunaj območja, ki ga dovoljuje proizvajalec, je polnjenje prepovedano. Dovoljeno območje polnilne napetosti je: 2,5 V~4,2 V na baterijo.
V primeru, da je baterija globoko izpraznjena, mora polnilnik imeti postopek predpolnjenja, da baterija izpolnjuje pogoje za hitro polnjenje; nato v skladu s hitrostjo hitrega polnjenja, ki jo priporoča proizvajalec baterije, običajno 1C, polnilnik polni baterijo s konstantnim tokom in napetost baterije počasi narašča; ko napetost akumulatorja doseže nastavljeno zaključno napetost (običajno 4,1 V ali 4,2 V), se polnjenje s konstantnim tokom konča in polnilni tok Ko napetost akumulatorja doseže nastavljeno zaključno napetost (običajno 4,1 V ali 4,2 V), se polnjenje s konstantnim tokom konča. se konča, polnilni tok hitro upade in polnjenje vstopi v polni proces polnjenja; med postopkom polnega polnjenja polnilni tok postopoma upada, dokler stopnja polnjenja ne pade pod C/10 ali je čas polnega polnjenja prekoračen, nato pa se spremeni v polnjenje z najvišjo mejo; med polnjenjem z najvišjo mejo polnilec napolni baterijo z zelo majhnim polnilnim tokom. Po obdobju najvišjega izklopnega polnjenja se polnjenje izklopi.
Čas objave: 15. nov. 2022