Laut Statistik hat die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien 1,3 Milliarden erreicht, und mit der kontinuierlichen Erweiterung der Anwendungsbereiche steigt diese Zahl von Jahr zu Jahr. Aus diesem Grund wird mit der rasanten Zunahme der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien in verschiedenen Branchen die Sicherheitsleistung der Batterie immer wichtiger, was nicht nur eine hervorragende Lade- und Entladeleistung von Lithium-Ionen-Batterien, sondern auch ein höheres Niveau erfordert der Sicherheitsleistung. Welche Lithiumbatterien führen letztendlich zu Bränden und sogar Explosionen? Welche Maßnahmen können vermieden und beseitigt werden?
Lassen Sie uns zunächst die Materialzusammensetzung von Lithiumbatterien verstehen. Die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien hängt hauptsächlich von der Struktur und Leistung der internen Materialien der verwendeten Batterien ab. Zu diesen internen Batteriematerialien gehören negatives Elektrodenmaterial, Elektrolyt, Diaphragma und positives Elektrodenmaterial. Unter anderem bestimmen die Auswahl und Qualität der positiven und negativen Materialien direkt die Leistung und den Preis von Lithium-Ionen-Batterien. Daher stand die Erforschung kostengünstiger und leistungsstarker positiver und negativer Elektrodenmaterialien im Mittelpunkt der Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterieindustrie.
Als negatives Elektrodenmaterial wird im Allgemeinen Kohlenstoffmaterial ausgewählt, und die Entwicklung ist derzeit relativ ausgereift. Die Entwicklung von Kathodenmaterialien ist zu einem wichtigen Faktor geworden, der die weitere Verbesserung der Leistung von Lithium-Ionen-Batterien und die Preissenkung begrenzt. Bei der aktuellen kommerziellen Produktion von Lithium-Ionen-Batterien machen die Kosten für Kathodenmaterial etwa 40 % der Gesamtkosten der Batterie aus, und die Senkung des Preises für Kathodenmaterial bestimmt direkt die Senkung des Preises von Lithium-Ionen-Batterien. Dies gilt insbesondere für Lithium-Ionen-Power-Batterien. Beispielsweise benötigt ein kleiner Lithium-Ionen-Akku für ein Mobiltelefon nur etwa 5 Gramm Kathodenmaterial, während ein Lithium-Ionen-Power-Akku für den Busantrieb bis zu 500 kg Kathodenmaterial benötigen kann.
Obwohl es theoretisch viele Arten von Materialien gibt, die als positive Elektrode von Li-Ionen-Batterien verwendet werden können, ist LiCoO2 der Hauptbestandteil des üblichen positiven Elektrodenmaterials. Beim Laden zwingt das an die beiden Pole der Batterie angelegte elektrische Potenzial die Verbindung der positiven Elektrode dazu, Lithiumionen freizusetzen, die mit einer Lamellenstruktur in den Kohlenstoff der negativen Elektrode eingebettet werden. Beim Entladen fallen die Lithiumionen aus der lamellaren Struktur des Kohlenstoffs aus und verbinden sich an der positiven Elektrode wieder mit der Verbindung. Durch die Bewegung von Lithiumionen entsteht ein elektrischer Strom. Dies ist das Prinzip der Funktionsweise von Lithiumbatterien.
Obwohl das Prinzip einfach ist, gibt es in der tatsächlichen industriellen Produktion viel praktischere Aspekte zu berücksichtigen: Das Material der positiven Elektrode benötigt Zusatzstoffe, um die Aktivität des mehrfachen Ladens und Entladens aufrechtzuerhalten, und das Material der negativen Elektrode muss darauf ausgelegt sein die molekulare Strukturebene, um mehr Lithiumionen aufzunehmen; Der zwischen den positiven und negativen Elektroden gefüllte Elektrolyt muss neben der Aufrechterhaltung der Stabilität auch eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen und den Innenwiderstand der Batterie verringern.
Obwohl die Lithium-Ionen-Batterie alle oben genannten Vorteile bietet, sind ihre Anforderungen an die Schutzschaltung relativ hoch. Bei der Verwendung des Prozesses sollte strikt darauf geachtet werden, Überladung und Überentladung zu vermeiden, und der Entladestrom sollte nicht auftreten zu groß sein, im Allgemeinen sollte die Entladerate nicht größer als 0,2 C sein. Der Ladevorgang von Lithiumbatterien ist in der Abbildung dargestellt. In einem Ladezyklus müssen Lithium-Ionen-Akkus vor Beginn des Ladevorgangs die Spannung und Temperatur des Akkus erfassen, um festzustellen, ob er geladen werden kann. Wenn die Batteriespannung oder -temperatur außerhalb des vom Hersteller zugelassenen Bereichs liegt, ist das Laden verboten. Der zulässige Ladespannungsbereich beträgt: 2,5 V bis 4,2 V pro Batterie.
Falls sich die Batterie in einer Tiefentladung befindet, muss das Ladegerät über einen Vorladevorgang verfügen, damit die Batterie die Bedingungen für eine Schnellladung erfüllt; dann lädt das Ladegerät die Batterie entsprechend der vom Batteriehersteller empfohlenen Schnellladerate, im Allgemeinen 1C, mit konstantem Strom und die Batteriespannung steigt langsam an; Sobald die Batteriespannung die eingestellte Abschlussspannung (im Allgemeinen 4,1 V oder 4,2 V) erreicht, wird das Laden mit konstantem Strom beendet und der Ladestrom endet, der Ladestrom fällt schnell ab und der Ladevorgang beginnt mit dem vollständigen Ladevorgang; Während des Vollladevorgangs nimmt der Ladestrom allmählich ab, bis die Laderate auf unter C/10 sinkt oder die volle Ladezeit überschritten wird, dann geht es in die Spitzenabschaltladung über; Während der Top-Cut-Off-Ladung füllt das Ladegerät die Batterie mit einem sehr geringen Ladestrom wieder auf. Nach einer gewissen Zeit des Top-Cut-Off-Ladevorgangs wird der Ladevorgang abgeschaltet.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 15. November 2022