ตามสถิติ ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วโลกสูงถึง 1.3 พันล้าน และด้วยการขยายขอบเขตการใช้งานอย่างต่อเนื่อง ตัวเลขนี้จึงเพิ่มขึ้นทุกปีด้วยเหตุนี้ ด้วยการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่จึงโดดเด่นมากขึ้น โดยไม่เพียงต้องการประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ยอดเยี่ยมเท่านั้น แต่ยังต้องมีระดับที่สูงขึ้นด้วย ของประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยแบตเตอรี่ลิเธียมนั้นในที่สุดเหตุใดจึงเกิดไฟไหม้และแม้แต่การระเบิด มาตรการใดที่สามารถหลีกเลี่ยงและกำจัดได้?
ก่อนอื่น มาทำความเข้าใจองค์ประกอบของวัสดุของแบตเตอรี่ลิเธียมกันก่อนประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างและประสิทธิภาพของวัสดุภายในของแบตเตอรี่ที่ใช้วัสดุภายในแบตเตอรี่เหล่านี้ประกอบด้วยวัสดุอิเล็กโทรดขั้วลบ อิเล็กโทรไลต์ ไดอะแฟรม และวัสดุอิเล็กโทรดบวกทางเลือกและคุณภาพของวัสดุที่เป็นบวกและลบจะกำหนดประสิทธิภาพและราคาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยตรงดังนั้นการวิจัยวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบที่ราคาถูกและมีประสิทธิภาพสูงจึงเป็นจุดสนใจของการพัฒนาอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
โดยทั่วไปวัสดุอิเล็กโทรดลบจะถูกเลือกเป็นวัสดุคาร์บอน และการพัฒนาค่อนข้างสมบูรณ์ในปัจจุบันการพัฒนาวัสดุแคโทดกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและการลดราคาต่อไปในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในเชิงพาณิชย์ในปัจจุบัน ต้นทุนของวัสดุแคโทดคิดเป็นประมาณ 40% ของต้นทุนแบตเตอรี่โดยรวม และการลดราคาของวัสดุแคโทดจะเป็นตัวกำหนดการลดราคาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยตรงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาดเล็กสำหรับโทรศัพท์มือถือต้องการวัสดุแคโทดเพียงประมาณ 5 กรัม ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับขับรถบัสอาจต้องใช้วัสดุแคโทดสูงถึง 500 กิโลกรัม
แม้ว่าในทางทฤษฎีจะมีวัสดุหลายประเภทที่สามารถใช้เป็นอิเล็กโทรดบวกของแบตเตอรี่ Li-ion ได้ แต่ส่วนประกอบหลักของวัสดุอิเล็กโทรดบวกทั่วไปคือ LiCoO2เมื่อทำการชาร์จ ศักย์ไฟฟ้าที่เพิ่มเข้าไปในขั้วทั้งสองของแบตเตอรี่จะบังคับให้สารประกอบของอิเล็กโทรดบวกปล่อยลิเธียมไอออน ซึ่งฝังอยู่ในคาร์บอนของอิเล็กโทรดลบที่มีโครงสร้างแบบลาเมลลาร์เมื่อปล่อยออกมา ไอออนลิเธียมจะตกตะกอนออกจากโครงสร้างลาเมลลาร์ของคาร์บอน และรวมตัวกันอีกครั้งกับสารประกอบที่ขั้วบวกการเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้านี่คือหลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียม
แม้ว่าหลักการจะง่าย แต่ในการผลิตทางอุตสาหกรรมจริง ยังมีประเด็นในทางปฏิบัติอีกมากมายที่ต้องพิจารณา: วัสดุของอิเล็กโทรดบวกต้องการสารเติมแต่งเพื่อรักษากิจกรรมการชาร์จและการคายประจุหลายครั้ง และวัสดุของอิเล็กโทรดเชิงลบจำเป็นต้องได้รับการออกแบบที่ ระดับโครงสร้างโมเลกุลเพื่อรองรับลิเธียมไอออนมากขึ้นอิเล็กโทรไลต์ที่เติมระหว่างอิเล็กโทรดบวกและลบ นอกเหนือจากการรักษาเสถียรภาพแล้ว ยังต้องมีการนำไฟฟ้าที่ดี และลดความต้านทานภายในของแบตเตอรี่
แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะมีข้อดีที่กล่าวมาข้างต้นทั้งหมด แต่ข้อกำหนดสำหรับวงจรป้องกันค่อนข้างสูง ในการใช้กระบวนการนี้ควรเคร่งครัดเพื่อหลีกเลี่ยงการชาร์จไฟเกิน ปรากฏการณ์การคายประจุเกิน กระแสไฟที่ปล่อยออกมาไม่ควร มีขนาดใหญ่เกินไป โดยทั่วไปอัตราการคายประจุไม่ควรเกิน 0.2 C ขั้นตอนการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมจะแสดงในรูปในวงจรการชาร์จ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะต้องตรวจจับแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของแบตเตอรี่ก่อนที่จะเริ่มการชาร์จเพื่อดูว่าสามารถชาร์จได้หรือไม่หากแรงดันไฟฟ้าหรืออุณหภูมิของแบตเตอรี่อยู่นอกช่วงที่ผู้ผลิตอนุญาต ห้ามชาร์จช่วงแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จที่อนุญาตคือ: 2.5V~4.2V ต่อแบตเตอรี่
ในกรณีที่แบตเตอรี่คายประจุได้ลึก เครื่องชาร์จจะต้องมีกระบวนการชาร์จล่วงหน้าเพื่อให้แบตเตอรี่ตรงตามเงื่อนไขการชาร์จเร็วจากนั้น ตามอัตราการชาร์จที่รวดเร็วที่แนะนำโดยผู้ผลิตแบตเตอรี่ โดยทั่วไปคือ 1C เครื่องชาร์จจะชาร์จแบตเตอรี่ด้วยกระแสคงที่และแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะสูงขึ้นอย่างช้าๆเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถึงแรงดันไฟฟ้าสิ้นสุดที่ตั้งไว้ (โดยทั่วไปคือ 4.1V หรือ 4.2V) การชาร์จกระแสคงที่จะสิ้นสุดลงและกระแสการชาร์จ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถึงแรงดันไฟฟ้าสิ้นสุดที่ตั้งไว้ (โดยทั่วไปคือ 4.1V หรือ 4.2V) การชาร์จกระแสคงที่ สิ้นสุดลง กระแสไฟชาร์จจะลดลงอย่างรวดเร็ว และการชาร์จจะเข้าสู่กระบวนการชาร์จเต็ม;ในระหว่างกระบวนการชาร์จจนเต็ม กระแสไฟในการชาร์จจะค่อยๆ ลดลงจนกระทั่งอัตราการชาร์จลดลงเหลือต่ำกว่า C/10 หรือใช้เวลาชาร์จเกินจนเต็ม จากนั้นจะเปลี่ยนเป็นการชาร์จแบบตัดด้านบนในระหว่างการชาร์จแบบตัดไฟด้านบน เครื่องชาร์จจะเติมแบตเตอรี่ด้วยกระแสไฟชาร์จที่น้อยมากหลังจากการชาร์จแบบตัดไฟด้านบนเป็นระยะเวลาหนึ่ง การชาร์จจะถูกปิด
เวลาโพสต์: 15 พ.ย.-2022