Според статистиката глобалното търсене на литиево-йонни батерии е достигнало 1,3 милиарда и с непрекъснатото разширяване на областите на приложение тази цифра нараства от година на година. Поради това, с бързия скок в използването на литиево-йонни батерии в различни индустрии, показателите за безопасност на батерията стават все по-изявени, изисквайки не само отлична производителност при зареждане и разреждане на литиево-йонните батерии, но също така изисква по-високо ниво на показателите за безопасност. Че литиеви батерии в крайна сметка защо пожар и дори експлозия, какви мерки могат да бъдат избегнати и елиминирани?
Първо, нека разберем материалния състав на литиевите батерии. Производителността на литиево-йонните батерии зависи главно от структурата и производителността на вътрешните материали на използваните батерии. Тези материали за вътрешна батерия включват материал за отрицателен електрод, електролит, диафрагма и материал за положителен електрод. Сред тях изборът и качеството на положителни и отрицателни материали директно определят производителността и цената на литиево-йонните батерии. Следователно изследването на евтини и високопроизводителни материали за положителни и отрицателни електроди е в центъра на развитието на индустрията за литиево-йонни батерии.
Материалът на отрицателния електрод обикновено се избира като въглероден материал и в момента развитието е сравнително зряло. Развитието на катодните материали се превърна във важен фактор, ограничаващ по-нататъшното подобряване на производителността на литиево-йонната батерия и намаляването на цената. При текущото търговско производство на литиево-йонни батерии цената на катодния материал представлява около 40% от общата цена на батерията, а намаляването на цената на катодния материал директно определя намаляването на цената на литиево-йонните батерии. Това важи особено за литиево-йонните батерии. Например малка литиево-йонна батерия за мобилен телефон изисква само около 5 грама катоден материал, докато литиево-йонна батерия за захранване на автобус може да изисква до 500 кг катоден материал.
Въпреки че теоретично има много видове материали, които могат да се използват като положителен електрод на литиево-йонни батерии, основният компонент на общия положителен електроден материал е LiCoO2. При зареждане електрическият потенциал, добавен към двата полюса на батерията, принуждава съединението на положителния електрод да освободи литиеви йони, които са вградени във въглерода на отрицателния електрод с ламеларна структура. Когато се разреждат, литиевите йони се утаяват от ламеларната структура на въглерода и се рекомбинират със съединението на положителния електрод. Движението на литиевите йони генерира електрически ток. Това е принципът на работа на литиевите батерии.
Въпреки че принципът е прост, в действителното промишлено производство има много по-практични въпроси, които трябва да се вземат предвид: материалът на положителния електрод се нуждае от добавки, за да поддържа активността на многократно зареждане и разреждане, а материалът на отрицателния електрод трябва да бъде проектиран при нивото на молекулярната структура за поемане на повече литиеви йони; електролитът, запълнен между положителните и отрицателните електроди, освен че трябва да поддържа стабилност, трябва да има и добра електропроводимост и да намалява вътрешното съпротивление на батерията.
Въпреки че литиево-йонната батерия има всички горепосочени предимства, но нейните изисквания за защитната верига са сравнително високи, при използването на процеса трябва стриктно да се избягва презареждането, феноменът на прекомерно разреждане, токът на разреждане не трябва е твърде голям, като цяло скоростта на разреждане не трябва да бъде по-голяма от 0,2 C. Процесът на зареждане на литиевите батерии е показан на фигурата. В цикъл на зареждане литиево-йонните батерии трябва да открият напрежението и температурата на батерията, преди да започне зареждането, за да определят дали тя може да бъде заредена. Ако напрежението или температурата на батерията са извън обхвата, разрешен от производителя, зареждането е забранено. Допустимият диапазон на напрежението на зареждане е: 2,5 V~4,2 V на батерия.
В случай, че батерията е дълбоко разредена, зарядното устройство трябва да има процес на предварително зареждане, така че батерията да отговаря на условията за бързо зареждане; след това, според скоростта на бързо зареждане, препоръчана от производителя на батерията, обикновено 1C, зарядното устройство зарежда батерията с постоянен ток и напрежението на батерията се повишава бавно; след като напрежението на батерията достигне зададеното напрежение на изключване (обикновено 4,1 V или 4,2 V), зареждането с постоянен ток се прекратява и токът на зареждане След като напрежението на батерията достигне зададеното напрежение на изключване (обикновено 4,1 V или 4,2 V), зареждането с постоянен ток прекратява, токът на зареждане бързо намалява и зареждането навлиза в пълен процес на зареждане; по време на процеса на пълно зареждане зарядният ток намалява постепенно, докато скоростта на зареждане намалее под C/10 или времето за пълно зареждане бъде превишено, след което се превръща в зареждане с най-високо прекъсване; по време на горното прекъсване на зареждането зарядното устройство зарежда батерията с много малък заряден ток. След период на най-високо зареждане, зареждането се изключва.
Време на публикуване: 15 ноември 2022 г