Secondo le statistiche, la domanda globale di batterie agli ioni di litio ha raggiunto 1,3 miliardi e, con la continua espansione delle aree di applicazione, questa cifra aumenta di anno in anno.Per questo motivo, con il rapido aumento dell'uso delle batterie agli ioni di litio in vari settori, le prestazioni di sicurezza della batteria sono sempre più importanti, richiedendo non solo eccellenti prestazioni di carica e scarica delle batterie agli ioni di litio, ma richiedono anche un livello più elevato delle prestazioni di sicurezza.Che le batterie al litio, alla fine, causano incendi e persino esplosioni, quali misure possono essere evitate ed eliminate?
Prima di tutto, comprendiamo la composizione materiale delle batterie al litio.Le prestazioni delle batterie agli ioni di litio dipendono principalmente dalla struttura e dalle prestazioni dei materiali interni delle batterie utilizzate.Questi materiali interni della batteria includono materiale dell'elettrodo negativo, elettrolita, diaframma e materiale dell'elettrodo positivo.Tra questi, la scelta e la qualità dei materiali positivi e negativi determinano direttamente le prestazioni e il prezzo delle batterie agli ioni di litio.Pertanto, la ricerca di materiali per elettrodi positivi e negativi economici e ad alte prestazioni è stata al centro dello sviluppo dell’industria delle batterie agli ioni di litio.
Il materiale dell'elettrodo negativo è generalmente selezionato come materiale di carbonio e al momento lo sviluppo è relativamente maturo.Lo sviluppo dei materiali catodici è diventato un fattore importante che limita l’ulteriore miglioramento delle prestazioni delle batterie agli ioni di litio e la riduzione dei prezzi.Nell'attuale produzione commerciale di batterie agli ioni di litio, il costo del materiale catodico rappresenta circa il 40% del costo complessivo della batteria e la riduzione del prezzo del materiale catodico determina direttamente la riduzione del prezzo delle batterie agli ioni di litio.Ciò è particolarmente vero per le batterie agli ioni di litio.Ad esempio, una piccola batteria agli ioni di litio per un telefono cellulare richiede solo circa 5 grammi di materiale catodico, mentre una batteria agli ioni di litio per la guida di un autobus può richiedere fino a 500 kg di materiale catodico.
Sebbene teoricamente esistano molti tipi di materiali che possono essere utilizzati come elettrodo positivo delle batterie agli ioni di litio, il componente principale del comune materiale dell'elettrodo positivo è LiCoO2.Durante la ricarica, il potenziale elettrico aggiunto ai due poli della batteria costringe il composto dell'elettrodo positivo a rilasciare ioni di litio, che sono incorporati nel carbonio dell'elettrodo negativo con struttura lamellare.Quando vengono scaricati, gli ioni di litio precipitano dalla struttura lamellare del carbonio e si ricombinano con il composto sull'elettrodo positivo.Il movimento degli ioni di litio genera una corrente elettrica.Questo è il principio di funzionamento delle batterie al litio.
Sebbene il principio sia semplice, nella produzione industriale effettiva, ci sono questioni molto più pratiche da considerare: il materiale dell'elettrodo positivo necessita di additivi per mantenere l'attività di carica e scarica multipla, e il materiale dell'elettrodo negativo deve essere progettato a il livello della struttura molecolare per accogliere più ioni litio;l'elettrolito riempito tra gli elettrodi positivo e negativo, oltre a mantenere la stabilità, deve anche avere una buona conduttività elettrica e ridurre la resistenza interna della batteria.
Anche se la batteria agli ioni di litio presenta tutti i vantaggi sopra menzionati, ma i suoi requisiti per il circuito di protezione sono relativamente elevati, nell'uso del processo dovrebbe essere rigorosamente evitato il fenomeno di sovraccarico e scarica eccessiva, la corrente di scarica non dovrebbe essere troppo grande, in generale, la velocità di scarica non dovrebbe essere superiore a 0,2 C. Il processo di ricarica delle batterie al litio è mostrato in figura.In un ciclo di ricarica, le batterie agli ioni di litio devono rilevare la tensione e la temperatura della batteria prima che la ricarica inizi per determinare se può essere caricata.Se la tensione o la temperatura della batteria non rientrano nell'intervallo consentito dal produttore, la ricarica è vietata.L'intervallo di tensione di carica consentito è: 2,5 V~4,2 V per batteria.
Nel caso in cui la batteria sia completamente scarica, il caricabatterie deve essere dotato di un processo di precarica in modo che la batteria soddisfi le condizioni per la ricarica rapida;quindi, secondo la velocità di ricarica rapida consigliata dal produttore della batteria, generalmente 1C, il caricabatterie carica la batteria con corrente costante e la tensione della batteria aumenta lentamente;una volta che la tensione della batteria raggiunge la tensione di terminazione impostata (generalmente 4,1 V o 4,2 V), la carica a corrente costante viene terminata e la corrente di carica viene interrotta. Una volta che la tensione della batteria raggiunge la tensione di terminazione impostata (generalmente 4,1 V o 4,2 V), la carica a corrente costante termina, la corrente di carica diminuisce rapidamente e la carica entra nel processo di carica completa;durante il processo di carica completo, la corrente di carica diminuisce gradualmente finché la velocità di carica non scende al di sotto di C/10 o non viene superato il tempo di carica completo, quindi passa alla carica con interruzione superiore;durante la ricarica con interruzione superiore, il caricabatterie ricarica la batteria con una corrente di carica molto ridotta.Dopo un periodo di carica con interruzione superiore, la carica viene interrotta.
Orario di pubblicazione: 15 novembre 2022