Podľa štatistík dosiahol celosvetový dopyt po lítium-iónových batériách 1,3 miliardy a s neustálym rozširovaním aplikačných oblastí sa toto číslo z roka na rok zvyšuje. Z tohto dôvodu, s rýchlym nárastom používania lítium-iónových batérií v rôznych priemyselných odvetviach, je bezpečnostný výkon batérie čoraz dôležitejší, čo si vyžaduje nielen vynikajúci výkon pri nabíjaní a vybíjaní lítium-iónových batérií, ale vyžaduje aj vyššiu úroveň bezpečnostného výkonu. Že nakoniec lítiové batérie, prečo požiar a dokonca výbuch, akým opatreniam sa dá vyhnúť a ktoré možno odstrániť?
V prvom rade si pochopme materiálové zloženie lítiových batérií. Výkon lítium-iónových batérií závisí hlavne od štruktúry a výkonu vnútorných materiálov použitých batérií. Tieto vnútorné materiály batérie zahŕňajú materiál zápornej elektródy, elektrolyt, membránu a materiál kladnej elektródy. Medzi nimi výber a kvalita pozitívnych a negatívnych materiálov priamo určuje výkon a cenu lítium-iónových batérií. Preto sa výskum lacných a vysokovýkonných pozitívnych a negatívnych elektródových materiálov zameriaval na rozvoj priemyslu lítium-iónových batérií.
Materiál zápornej elektródy sa vo všeobecnosti vyberá ako uhlíkový materiál a vývoj je v súčasnosti relatívne vyspelý. Vývoj katódových materiálov sa stal dôležitým faktorom obmedzujúcim ďalšie zlepšovanie výkonu lítium-iónových batérií a znižovanie ceny. Pri súčasnej komerčnej výrobe lítium-iónových batérií tvoria náklady na katódový materiál približne 40 % celkových nákladov na batérie a zníženie ceny katódového materiálu priamo určuje zníženie ceny lítium-iónových batérií. To platí najmä pre lítium-iónové batérie. Napríklad malá lítium-iónová batéria pre mobilný telefón vyžaduje len asi 5 gramov katódového materiálu, zatiaľ čo lítium-iónová batéria na pohon autobusu môže vyžadovať až 500 kg katódového materiálu.
Hoci teoreticky existuje veľa druhov materiálov, ktoré možno použiť ako kladnú elektródu lítium-iónových batérií, hlavnou zložkou bežného materiálu kladnej elektródy je LiCoO2. Pri nabíjaní elektrický potenciál pridaný k dvom pólom batérie núti zlúčeninu kladnej elektródy uvoľňovať lítiové ióny, ktoré sú vložené do uhlíka zápornej elektródy s lamelárnou štruktúrou. Pri vybití sa lítiové ióny vyzrážajú z lamelárnej štruktúry uhlíka a rekombinujú sa so zlúčeninou na kladnej elektróde. Pohyb lítiových iónov vytvára elektrický prúd. Toto je princíp fungovania lítiových batérií.
Aj keď je princíp jednoduchý, v skutočnej priemyselnej výrobe je potrebné zvážiť oveľa praktickejšie otázky: materiál kladnej elektródy potrebuje prísady na udržanie aktivity viacnásobného nabíjania a vybíjania a materiál zápornej elektródy musí byť navrhnutý tak, aby úroveň molekulárnej štruktúry, aby sa zmestilo viac lítiových iónov; elektrolyt naplnený medzi kladnými a zápornými elektródami okrem udržania stability potrebuje mať aj dobrú elektrickú vodivosť a znižovať vnútorný odpor batérie.
Hoci lítium-iónová batéria má všetky vyššie uvedené výhody, ale jej požiadavky na ochranný obvod sú relatívne vysoké, pri použití procesu by sa malo prísne zabrániť nadmernému nabíjaniu, nadmernému vybíjaniu, vybíjací prúd by nemal byť príliš veľké, vo všeobecnosti by rýchlosť vybíjania nemala byť väčšia ako 0,2 C. Proces nabíjania lítiových batérií je znázornený na obrázku. Počas nabíjacieho cyklu musia lítium-iónové batérie pred začatím nabíjania zistiť napätie a teplotu batérie, aby sa zistilo, či sa dá nabíjať. Ak je napätie alebo teplota batérie mimo rozsahu povoleného výrobcom, nabíjanie je zakázané. Povolený rozsah nabíjacieho napätia je: 2,5V~4,2V na batériu.
V prípade, že je batéria hlboko vybitá, je potrebné, aby nabíjačka mala proces predbežného nabíjania, aby batéria spĺňala podmienky pre rýchle nabíjanie; potom podľa rýchlosti rýchleho nabíjania odporúčanej výrobcom batérie, zvyčajne 1C, nabíjačka nabíja batériu konštantným prúdom a napätie batérie pomaly stúpa; akonáhle napätie batérie dosiahne nastavené ukončovacie napätie (všeobecne 4,1 V alebo 4,2 V), nabíjanie konštantným prúdom sa ukončí a nabíjací prúd Keď napätie batérie dosiahne nastavené ukončovacie napätie (zvyčajne 4,1 V alebo 4,2 V), nabíjanie konštantným prúdom skončí, nabíjací prúd rýchlo klesá a nabíjanie vstúpi do procesu plného nabíjania; počas procesu plného nabíjania sa nabíjací prúd postupne znižuje, až kým rýchlosť nabíjania neklesne pod C/10 alebo kým sa neprekročí plný čas nabíjania, potom sa zmení na nabíjanie s horným uzáverom; počas nabíjania s horným uzáverom nabíjačka dopĺňa batériu veľmi malým nabíjacím prúdom. Po určitom čase nabíjania s hornou hranicou sa nabíjanie vypne.
Čas odoslania: 15. novembra 2022