وفقًا للإحصاءات، وصل الطلب العالمي على بطاريات الليثيوم أيون إلى 1.3 مليار، ومع التوسع المستمر في مجالات التطبيق، يتزايد هذا الرقم عامًا بعد عام.ولهذا السبب، مع الارتفاع السريع في استخدام بطاريات الليثيوم أيون في مختلف الصناعات، أصبح أداء سلامة البطارية بارزًا بشكل متزايد، ولا يتطلب أداء شحن وتفريغ ممتازًا لبطاريات الليثيوم أيون فحسب، بل يتطلب أيضًا مستوى أعلى. من أداء السلامة.أن بطاريات الليثيوم هي في النهاية سبب الحريق وحتى الانفجار، ما هي التدابير التي يمكن تجنبها والقضاء عليها؟
بادئ ذي بدء، دعونا نفهم التركيب المادي لبطاريات الليثيوم.يعتمد أداء بطاريات الليثيوم أيون بشكل أساسي على هيكل وأداء المواد الداخلية للبطاريات المستخدمة.تشتمل مواد البطارية الداخلية هذه على مادة القطب السالب والإلكتروليت والحجاب الحاجز ومواد القطب الموجب.من بينها، اختيار وجودة المواد الإيجابية والسلبية يحدد بشكل مباشر أداء وسعر بطاريات الليثيوم أيون.لذلك، كان البحث عن مواد الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية الرخيصة والعالية الأداء هو محور تطوير صناعة بطاريات الليثيوم أيون.
يتم اختيار مادة القطب السالب بشكل عام كمواد كربونية، والتطوير ناضج نسبيًا في الوقت الحاضر.أصبح تطوير مواد الكاثود عاملاً مهمًا يحد من التحسين الإضافي لأداء بطارية الليثيوم أيون وخفض الأسعار.في الإنتاج التجاري الحالي لبطاريات الليثيوم أيون، تمثل تكلفة مادة الكاثود حوالي 40٪ من التكلفة الإجمالية للبطارية، ويحدد تخفيض سعر مادة الكاثود بشكل مباشر انخفاض سعر بطاريات الليثيوم أيون.هذا ينطبق بشكل خاص على بطاريات طاقة الليثيوم أيون.على سبيل المثال، تتطلب بطارية ليثيوم أيون صغيرة للهاتف الخلوي حوالي 5 جرامات فقط من مادة الكاثود، في حين أن بطارية طاقة ليثيوم أيون لقيادة الحافلة قد تتطلب ما يصل إلى 500 كجم من مادة الكاثود.
على الرغم من وجود العديد من أنواع المواد نظريًا التي يمكن استخدامها كقطب موجب لبطاريات Li-ion، إلا أن المكون الرئيسي لمادة القطب الموجب الشائعة هو LiCoO2.عند الشحن، فإن الإمكانات الكهربائية المضافة إلى قطبي البطارية تجبر مركب القطب الموجب على إطلاق أيونات الليثيوم المدمجة في كربون القطب السالب ببنية صفائحية.عند تفريغها، تترسب أيونات الليثيوم من البنية الصفائحية للكربون وتتحد مع المركب عند القطب الموجب.حركة أيونات الليثيوم تولد تيارًا كهربائيًا.هذا هو مبدأ كيفية عمل بطاريات الليثيوم.
على الرغم من أن المبدأ بسيط، إلا أنه في الإنتاج الصناعي الفعلي، هناك قضايا عملية أكثر بكثير يجب مراعاتها: تحتاج مادة القطب الموجب إلى إضافات للحفاظ على نشاط الشحن والتفريغ المتعدد، ويجب تصميم مادة القطب السالب على نحو ملائم. مستوى التركيب الجزيئي لاستيعاب المزيد من أيونات الليثيوم؛يحتاج الإلكتروليت المملوء بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، بالإضافة إلى الحفاظ على الاستقرار، إلى الحصول على موصلية كهربائية جيدة وتقليل المقاومة الداخلية للبطارية.
على الرغم من أن بطارية الليثيوم أيون تتمتع بجميع المزايا المذكورة أعلاه، إلا أن متطلباتها لدائرة الحماية مرتفعة نسبيًا، في استخدام العملية يجب أن يكون صارمًا لتجنب ظاهرة الشحن الزائد والإفراط في التفريغ، ويجب ألا يكون تيار التفريغ تكون كبيرة جدًا، بشكل عام، يجب ألا يزيد معدل التفريغ عن 0.2 درجة مئوية. تظهر عملية شحن بطاريات الليثيوم في الشكل.في دورة الشحن، تحتاج بطاريات الليثيوم أيون إلى اكتشاف جهد البطارية ودرجة حرارتها قبل بدء الشحن لتحديد ما إذا كان يمكن شحنها.إذا كان جهد البطارية أو درجة حرارتها خارج النطاق المسموح به من قبل الشركة المصنعة، يُحظر الشحن.نطاق جهد الشحن المسموح به هو: 2.5 فولت ~ 4.2 فولت لكل بطارية.
في حال كانت البطارية في حالة تفريغ عميق، يجب أن يشترط على الشاحن إجراء عملية شحن مسبق حتى تستوفي البطارية شروط الشحن السريع؛بعد ذلك، وفقًا لمعدل الشحن السريع الذي أوصت به الشركة المصنعة للبطارية، وهو 1C بشكل عام، يقوم الشاحن بشحن البطارية بتيار ثابت ويرتفع جهد البطارية ببطء؛بمجرد وصول جهد البطارية إلى جهد الإنهاء المحدد (عمومًا 4.1 فولت أو 4.2 فولت)، يتم إنهاء الشحن الحالي الثابت وتيار الشحن بمجرد وصول جهد البطارية إلى جهد الإنهاء المحدد (عمومًا 4.1 فولت أو 4.2 فولت)، يتم إنهاء الشحن الحالي الثابت. ينتهي، ويتحلل تيار الشحن بسرعة ويدخل الشحن في عملية الشحن الكاملة؛أثناء عملية الشحن الكاملة، يتحلل تيار الشحن تدريجيًا حتى ينخفض معدل الشحن إلى أقل من C/10 أو يتم تجاوز وقت الشحن الكامل، ثم يتحول إلى الشحن العلوي المقطوع؛أثناء قطع الشحن العلوي، يقوم الشاحن بتزويد البطارية بتيار شحن صغير جدًا.بعد فترة من قطع الشحن العلوي، يتم إيقاف الشحن.
وقت النشر: 15 نوفمبر 2022