Segundo as estatísticas, a procura global de baterias de iões de lítio atingiu 1,3 mil milhões e, com a expansão contínua das áreas de aplicação, este número está a aumentar ano após ano. Por causa disso, com o rápido aumento no uso de baterias de íons de lítio em diversas indústrias, o desempenho de segurança da bateria é cada vez mais proeminente, exigindo não apenas excelente desempenho de carga e descarga de baterias de íons de lítio, mas também requer um nível mais alto de desempenho de segurança. Que baterias de lítio, no final, por que incêndio e até explosão, que medidas podem ser evitadas e eliminadas?
Em primeiro lugar, vamos entender a composição do material das baterias de lítio. O desempenho das baterias de íon de lítio depende principalmente da estrutura e do desempenho dos materiais internos das baterias utilizadas. Esses materiais internos da bateria incluem material de eletrodo negativo, eletrólito, diafragma e material de eletrodo positivo. Entre eles, a escolha e a qualidade dos materiais positivos e negativos determinam diretamente o desempenho e o preço das baterias de íon-lítio. Portanto, a pesquisa de materiais de eletrodos positivos e negativos baratos e de alto desempenho tem sido o foco do desenvolvimento da indústria de baterias de íons de lítio.
O material do eletrodo negativo é geralmente selecionado como material de carbono e o desenvolvimento está relativamente maduro no momento. O desenvolvimento de materiais catódicos tornou-se um fator importante que limita a melhoria adicional do desempenho da bateria de íons de lítio e a redução de preços. Na atual produção comercial de baterias de íon-lítio, o custo do material catódico representa cerca de 40% do custo total da bateria, e a redução do preço do material catódico determina diretamente a redução do preço das baterias de íon-lítio. Isto é especialmente verdadeiro para baterias de íons de lítio. Por exemplo, uma pequena bateria de íons de lítio para um telefone celular requer apenas cerca de 5 gramas de material catódico, enquanto uma bateria de íons de lítio para dirigir um ônibus pode exigir até 500 kg de material catódico.
Embora existam teoricamente muitos tipos de materiais que podem ser usados como eletrodo positivo de baterias de íon-lítio, o principal componente do material do eletrodo positivo comum é o LiCoO2. Ao carregar, o potencial elétrico adicionado aos dois pólos da bateria força o composto do eletrodo positivo a liberar íons de lítio, que ficam embutidos no carbono do eletrodo negativo com estrutura lamelar. Quando descarregados, os íons de lítio precipitam-se da estrutura lamelar do carbono e recombinam-se com o composto no eletrodo positivo. O movimento dos íons de lítio gera uma corrente elétrica. Este é o princípio de funcionamento das baterias de lítio.
Embora o princípio seja simples, na produção industrial real, há questões muito mais práticas a serem consideradas: o material do eletrodo positivo precisa de aditivos para manter a atividade de carga e descarga múltiplas, e o material do eletrodo negativo precisa ser projetado em o nível de estrutura molecular para acomodar mais íons de lítio; o eletrólito preenchido entre os eletrodos positivo e negativo, além de manter a estabilidade, também precisa ter boa condutividade elétrica e reduzir a resistência interna da bateria.
Embora a bateria de íon de lítio tenha todas as vantagens acima mencionadas, mas seus requisitos para o circuito de proteção são relativamente altos, no uso do processo deve ser estritamente para evitar sobrecarga, fenômeno de descarga excessiva, a corrente de descarga não deve ser muito grande, em geral, a taxa de descarga não deve ser superior a 0,2 C. O processo de carregamento das baterias de lítio é mostrado na figura. Em um ciclo de carregamento, as baterias de íons de lítio precisam detectar a voltagem e a temperatura da bateria antes do início do carregamento para determinar se ela pode ser carregada. Se a tensão ou temperatura da bateria estiver fora da faixa permitida pelo fabricante, o carregamento é proibido. A faixa de tensão de carregamento permitida é: 2,5 V ~ 4,2 V por bateria.
Caso a bateria esteja em descarga profunda, o carregador deverá possuir um processo de pré-carga para que a bateria atenda às condições de carregamento rápido; então, de acordo com a taxa de carregamento rápido recomendada pelo fabricante da bateria, geralmente 1C, o carregador carrega a bateria com corrente constante e a tensão da bateria aumenta lentamente; uma vez que a tensão da bateria atinge a tensão de terminação definida (geralmente 4,1 V ou 4,2 V), o carregamento de corrente constante é encerrado e a corrente de carregamento. Uma vez que a tensão da bateria atinge a tensão de terminação definida (geralmente 4,1 V ou 4,2 V), o carregamento de corrente constante termina, a corrente de carga decai rapidamente e o carregamento entra no processo de carregamento completo; durante o processo de carregamento completo, a corrente de carregamento decai gradualmente até que a taxa de carregamento diminua para abaixo de C/10 ou o tempo de carregamento total seja ultrapassado, então ele se transforma no carregamento de corte superior; durante o carregamento de corte superior, o carregador reabastece a bateria com uma corrente de carga muito pequena. Após um período de carregamento com corte superior, o carregamento é desligado.
Horário da postagem: 15 de novembro de 2022