Theo thống kê, nhu cầu toàn cầu về pin lithium-ion đã đạt 1,3 tỷ và với sự mở rộng liên tục của các lĩnh vực ứng dụng, dữ liệu này đang tăng lên hàng năm. Vì lý do này, với sự gia tăng nhanh chóng số lượng pin lithium-ion được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, hiệu suất an toàn của pin ngày càng trở nên nổi bật. Pin lithium-ion không chỉ được yêu cầu phải có hiệu suất sạc và xả tuyệt vời mà còn phải có hiệu suất an toàn cao hơn. Vậy tại sao pin lithium bắt lửa hoặc thậm chí phát nổ, và có biện pháp nào để tránh và ngăn chặn nó không?

Việc pin máy tính xách tay phát nổ không chỉ liên quan đến quy trình sản xuất các tế bào pin lithium được sử dụng trong đó mà còn liên quan đến bảng bảo vệ pin được đóng gói trong pin, mạch quản lý sạc và xả của máy tính xách tay và tản nhiệt. thiết kế của máy tính xách tay. Thiết kế tản nhiệt và quản lý phóng điện không hợp lý của máy tính xách tay sẽ làm các ô pin bị nóng quá mức, do đó làm tăng đáng kể hoạt động của các ô, đồng thời tăng khả năng cháy nổ.

Thành phần vật liệu pin lithium và phân tích hiệu suất

Đầu tiên, chúng ta hãy xem thành phần vật chất của pin lithium. Hiệu suất của pin lithium ion chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc và hiệu suất của các vật liệu bên trong của pin được sử dụng. Các vật liệu bên trong pin này bao gồm vật liệu điện cực âm, chất điện phân, chất phân tách và vật liệu điện cực dương. Trong số đó, việc lựa chọn và chất lượng của vật liệu tích cực và tiêu cực quyết định trực tiếp đến hiệu suất và giá của pin lithium-ion. Do đó, nghiên cứu về vật liệu điện cực dương và âm giá rẻ và hiệu suất cao luôn là trọng tâm phát triển của ngành công nghiệp pin lithium-ion.

Vật liệu điện cực âm thường được làm bằng vật liệu carbon và sự phát triển hiện tại đã tương đối trưởng thành. Sự phát triển của vật liệu cực âm đã trở thành một yếu tố quan trọng hạn chế việc cải thiện hơn nữa hiệu suất của pin lithium-ion và giảm giá hơn nữa. Trong quá trình sản xuất thương mại pin lithium-ion hiện nay, chi phí vật liệu cực âm chiếm khoảng 40% giá thành của toàn bộ pin và việc giảm giá vật liệu cực âm trực tiếp quyết định việc giảm giá của pin lithium-ion . Điều này đặc biệt đúng đối với pin năng lượng lithium-ion. Ví dụ, pin lithium-ion nhỏ cho điện thoại di động chỉ cần khoảng 5 gam vật liệu điện cực dương, trong khi pin năng lượng lithium-ion cho xe buýt có thể cần tới 500 kg vật liệu điện cực dương.

Mặc dù có nhiều loại vật liệu cực âm về mặt lý thuyết có thể được sử dụng cho pin lithium-ion, nhưng vật liệu cực âm phổ biến là LiCoO2. Khi sạc, điện thế đặt vào hai cực của pin buộc các hợp chất của cực âm giải phóng các ion lithium và các phân tử của cực dương nhúng được sắp xếp theo cấu trúc dạng phiến. trong cacbon. Trong quá trình phóng điện, các ion lithium được kết tủa từ carbon trong cấu trúc phiến và kết hợp lại với hợp chất của điện cực dương. Sự chuyển động của các ion lithium tạo ra dòng điện. Đây là cách pin lithium hoạt động.

Thiết kế quản lý sạc và xả pin lithium

Khi pin lithium được sạc, điện thế đặt vào hai cực của pin buộc hợp chất của điện cực dương giải phóng các ion lithium, các ion này được nhúng vào carbon nơi các phân tử của điện cực âm được sắp xếp theo cấu trúc dạng phiến. Trong quá trình phóng điện, các ion lithium được kết tủa từ carbon trong cấu trúc phiến và kết hợp lại với hợp chất của điện cực dương. Sự chuyển động của các ion lithium tạo ra dòng điện. Mặc dù nguyên tắc rất đơn giản, nhưng trong thực tế sản xuất công nghiệp, có rất nhiều vấn đề thực tế cần được xem xét: vật liệu của điện cực dương cần các chất phụ gia để duy trì hoạt động của nhiều lần sạc và xả, và vật liệu của điện cực âm cần được thiết kế ở cấp độ cấu trúc phân tử để chứa nhiều hơn Ngoài việc duy trì sự ổn định, chất điện phân được lấp đầy giữa các điện cực dương và âm cũng cần có độ dẫn điện tốt và giảm nội trở của pin.

Mặc dù pin lithium-ion có những ưu điểm đã đề cập ở trên, nhưng nó có yêu cầu tương đối cao đối với mạch bảo vệ. Trong quá trình sử dụng, tuyệt đối tránh sạc quá mức và xả quá mức, dòng xả không được quá lớn. Nói chung, tốc độ xả không được lớn hơn 0,2C. Quá trình sạc của pin lithium được thể hiện trong hình. Trong một chu kỳ sạc, pin lithium-ion cần phát hiện điện áp và nhiệt độ của pin trước khi bắt đầu sạc để xác định xem có thể sạc được hay không. Cấm sạc nếu điện áp hoặc nhiệt độ của pin nằm ngoài phạm vi cho phép của nhà sản xuất. Dải điện áp sạc cho phép là: 2,5V~4,2V mỗi cell.

Khi pin xả sâu, bộ sạc phải có quá trình sạc trước để pin đáp ứng các điều kiện sạc nhanh; sau đó, theo tốc độ sạc nhanh do nhà sản xuất pin khuyến nghị, thường là 1C, bộ sạc sạc pin với dòng điện không đổi, Điện áp pin tăng chậm; khi điện áp pin đạt đến điện áp kết thúc đã đặt (thường là 4.1V hoặc 4.2V), quá trình sạc dòng không đổi sẽ kết thúc, dòng sạc giảm nhanh chóng và quá trình sạc sẽ chuyển sang quá trình sạc đầy; trong quá trình sạc đầy, dòng sạc giảm dần cho đến khi tốc độ sạc giảm xuống dưới C/10 hoặc khi thời gian sạc đầy quá giờ, hãy chuyển sang chế độ sạc ngắt hàng đầu; khi quá trình sạc bị cắt trên cùng, bộ sạc sẽ bổ sung cho pin một dòng điện sạc rất nhỏ. Sau khi kết thúc quá trình sạc trong một khoảng thời gian, hãy tắt sạc.