על פי הסטטיסטיקה, הביקוש העולמי לסוללות ליתיום-יון הגיע ל-1.3 מיליארד, ועם התרחבות מתמשכת של אזורי היישום, נתון זה גדל משנה לשנה.בשל כך, עם העלייה המהירה בשימוש בסוללות ליתיום-יון בתעשיות שונות, ביצועי הבטיחות של הסוללה בולטים יותר ויותר, הדורשים לא רק ביצועי טעינה ופריקה מצוינים של סוללות ליתיום-יון, אלא גם דורש רמה גבוהה יותר. של ביצועי בטיחות.שסוללות ליתיום בסופו של דבר למה שריפה ואפילו פיצוץ, אילו אמצעים ניתן להימנע ולבטל?
קודם כל, בואו נבין את הרכב החומרים של סוללות ליתיום.הביצועים של סוללות ליתיום-יון תלויים בעיקר במבנה ובביצועים של החומרים הפנימיים של הסוללות בהן נעשה שימוש.חומרי סוללה פנימיים אלה כוללים חומר אלקטרודה שלילי, אלקטרוליט, דיאפרגמה וחומר אלקטרודה חיובית.ביניהם, הבחירה והאיכות של חומרים חיוביים ושליליים קובעים ישירות את הביצועים והמחיר של סוללות ליתיום-יון.לכן, המחקר של חומרי אלקטרודה חיוביים ושליליים זולים ובעלי ביצועים גבוהים היה במוקד הפיתוח של תעשיית סוללות הליתיום-יון.
חומר האלקטרודה השלילי נבחר בדרך כלל כחומר פחמן, והפיתוח בוגר יחסית כיום.הפיתוח של חומרי קתודה הפך לגורם חשוב המגביל את השיפור הנוסף של ביצועי סוללת הליתיום-יון והפחתת המחיר.בייצור המסחרי הנוכחי של סוללות ליתיום-יון, עלות החומר הקתודי מהווה כ-40% מעלות הסוללה הכוללת, והוזלת מחיר החומר הקתודה קובעת ישירות את הוזלת המחיר של סוללות הליתיום-יון.זה נכון במיוחד עבור סוללות ליתיום-יון.לדוגמה, סוללת ליתיום-יון קטנה לטלפון סלולרי דורשת רק כ-5 גרם של חומר קתודה, בעוד שסוללת ליתיום-יון להנעת אוטובוס עשויה לדרוש עד 500 ק"ג של חומר קתודה.
למרות שישנם תיאורטית סוגים רבים של חומרים שיכולים לשמש כאלקטרודה החיובית של סוללות Li-ion, המרכיב העיקרי של חומר האלקטרודה החיובית הנפוץ הוא LiCoO2.בעת הטעינה, הפוטנציאל החשמלי המתווסף לשני הקטבים של הסוללה מאלץ את התרכובת של האלקטרודה החיובית לשחרר יוני ליתיום, המשובצים בפחמן של האלקטרודה השלילית עם מבנה למלרי.בעת פריקה, יוני הליתיום משקעים מתוך המבנה הלמלרי של הפחמן ומתחברים מחדש עם התרכובת באלקטרודה החיובית.התנועה של יוני ליתיום יוצרת זרם חשמלי.זהו העיקרון של אופן הפעולה של סוללות ליתיום.
למרות שהעיקרון פשוט, בייצור תעשייתי בפועל, ישנן סוגיות מעשיות הרבה יותר שיש לקחת בחשבון: החומר של האלקטרודה החיובית זקוק לתוספים כדי לשמור על פעילות של טעינה ופריקה מרובה, ויש לתכנן את החומר של האלקטרודה השלילית ב- רמת המבנה המולקולרי כדי להכיל יותר יוני ליתיום;האלקטרוליט שמולא בין האלקטרודות החיוביות והשליליות, בנוסף לשמירה על יציבות, צריך גם להיות בעל מוליכות חשמלית טובה ולהפחית את ההתנגדות הפנימית של הסוללה.
אמנם לסוללת הליתיום-יון יש את כל היתרונות שצוינו לעיל, אך הדרישות שלה למעגל ההגנה גבוהות יחסית, בשימוש בתהליך יש להקפיד להימנע מטעינת יתר, תופעת פריקת יתר, זרם הפריקה לא צריך להיות גדול מדי, באופן כללי, קצב הפריקה לא צריך להיות גדול מ-0.2 C. תהליך הטעינה של סוללות ליתיום מוצג באיור.במחזור טעינה, סוללות ליתיום-יון צריכות לזהות את המתח והטמפרטורה של הסוללה לפני תחילת הטעינה כדי לקבוע אם ניתן להטעין אותה.אם מתח הסוללה או הטמפרטורה מחוץ לטווח המותר על ידי היצרן, הטעינה אסורה.טווח מתח הטעינה המותר הוא: 2.5V~4.2V לסוללה.
במקרה שהסוללה נמצאת בפריקה עמוקה, יש לדרוש מהמטען תהליך טעינה מראש כדי שהסוללה תעמוד בתנאים לטעינה מהירה;לאחר מכן, לפי קצב הטעינה המהיר המומלץ על ידי יצרן הסוללות, בדרך כלל 1C, המטען טוען את הסוללה בזרם קבוע ומתח הסוללה עולה לאט;ברגע שמתח הסוללה מגיע למתח הסיום שנקבע (בדרך כלל 4.1V או 4.2V), הטעינת הזרם הקבוע נפסקת וזרם הטעינה ברגע שמתח הסוללה מגיע למתח הסיום שנקבע (בדרך כלל 4.1V או 4.2V), טעינת הזרם הקבוע מסתיים, זרם הטעינה דועך במהירות והטעינה נכנסת לתהליך הטעינה המלא;במהלך תהליך הטעינה המלא, זרם הטעינה פוחת בהדרגה עד שקצב הטעינה יורד מתחת ל-C/10 או שזמן הטעינה המלא נחצה, ואז הוא הופך לטעינת הניתוק העליונה;במהלך הטעינה המופסקת העליונה, המטען ממלא את הסוללה בזרם טעינה קטן מאוד.לאחר תקופה של טעינת ניתוק עליונה, הטעינה כבויה.
זמן פרסום: 15 בנובמבר 2022