Wanneer de batterij van je telefoon bijna leeg is, kan de "batterijangst" overweldigend zijn. Powerbanks zijn daardoor een "noodzaak" geworden tijdens reizen of zakenreizen, net als een identiteitskaart of portemonnee. In een onbekende omgeving voelt een lege telefoon immers als een digitale black-out. Navigatie mislukt, betalingen worden geweigerd en je kunt met niemand contact opnemen. Dat gevoel van paniek kan je echt uit balans brengen. Recente incidenten met brandende powerbanks hebben de sector echter geschokt en hebben geleid tot brede discussies over hun veiligheid. Op 26 juni 2025 vaardigde de Chinese burgerluchtvaartautoriteit nieuwe regelgeving uit die niet-conforme powerbanks verbood. De overheid eiste dat ze 3C-gecertificeerd waren voordat ze aan boord van een vliegtuig mochten. Het probleem begon op 20 maart 2025, toen een lithiumbatterij vlam vatte in de bagageruimte van een vlucht van Hangzhou naar Hongkong, wat een noodlanding veroorzaakte.
1 Waarom kunnen lithium-batterijen vlam vatten?
Uit het onderzoek bleek dat de brand werd veroorzaakt door kortsluiting in een Romoss 20.000 mAh powerbank. Op 31 mei en 13 juni vonden er nog twee soortgelijke incidenten plaats tijdens vluchten. Veiligheidsproblemen met lithium-ionbatterijen uiten zich vaak in brand of zelfs explosies. De hoofdoorzaak van deze problemen ligt in de thermische runaway in de batterij. Daarnaast kunnen externe factoren zoals overladen, brandhaarden, compressie, lekken en kortsluiting ook veiligheidsproblemen veroorzaken. Gasontsnapping is een van de belangrijkste tekenen van een defect aan een lithium-ionbatterij.
Wanneer een lithium-ionbatterij vlam vat, stoot deze snel een grote hoeveelheid witte rook uit, die voornamelijk bestaat uit damp of ontledingsproducten van de elektrolyt van de batterij. In de beginfase van een brand is het verschil in rookkleur een van de meest opvallende kenmerken die branden met lithium-ionbatterijen onderscheidt van gewone branden. Na thermische ontbranding vermengen de brandbare gassen die door de batterij vrijkomen zich met lucht tot een explosief mengsel. Bij blootstelling aan de hete deeltjes die door de batterij worden uitgestoten, kan een lokale explosie optreden, vaak gepaard gaand met explosieve geluiden in de beginfase van de brand.
2 Maatregelen om explosies van lithiumbatterijen te voorkomen
De veiligheidsaspecten van lithium-ionbatterijen zijn complex en veelzijdig. Het grootste veiligheidsrisico is de willekeurige interne kortsluiting die onmiddellijke uitval en thermische runaway veroorzaakt. Daarom is het ontwikkelen en gebruiken van materialen met een hoge thermische stabiliteit de fundamentele aanpak om de veiligheid van lithium-ionbatterijen in de toekomst te verbeteren.
1) Verbetering van de thermische stabiliteit van batterijmaterialen
Kathodematerialen: De thermische stabiliteit kan worden verbeterd door de syntheseomstandigheden te optimaliseren, de synthesemethoden te verfijnen of door gebruik te maken van doping- en oppervlaktecoatingtechnieken.
Anodematerialen: De thermische stabiliteit van anodematerialen wordt beïnvloed door het type materiaal, de grootte van de deeltjes en de stabiliteit van de SEI-film (solid electrolyte interphase). De kwaliteit van de SEI-film is direct van invloed op de laad- en ontlaadprestaties en de veiligheid van de batterij. Het licht oxideren van het oppervlak van koolstofmaterialen of het gebruik van gereduceerde, gedoteerde of oppervlaktegemodificeerde koolstofmaterialen kan de kwaliteit van de SEI-film verbeteren. Bolvormige of vezelachtige koolstofmaterialen dragen ook bij aan een betere SEI-kwaliteit.
Elektrolytstabiliteit: De stabiliteit van de elektrolyt hangt af van het type lithiumzout en het gebruikte oplosmiddel. Lithiumzouten met een betere thermische stabiliteit en oplosmiddelen met een breder elektrochemisch venster kunnen de thermische stabiliteit van de batterij verbeteren.
2) Verbetering van de overbelastingsbeveiliging
Om overladen te voorkomen, worden doorgaans gespecialiseerde laadcircuits gebruikt om het laad- en ontlaadproces van de accu te regelen. Veiligheidskleppen kunnen op afzonderlijke accu's worden geïnstalleerd voor extra bescherming tegen overladen. Er kan ook een weerstand met positieve temperatuurcoëfficiënt (PTC) worden gebruikt, die de interne weerstand van de accu verhoogt naarmate deze opwarmt tijdens overladen, waardoor de overlaadstroom wordt beperkt. Gespecialiseerde separatoren kunnen ook worden gebruikt. Wanneer de temperatuur van de scheidingsteken Als de spanning te hoog oploopt door afwijkende omstandigheden van de batterij, krimpen de poriën van de separator en raken ze verstopt. Hierdoor wordt de migratie van lithiumionen en overladen voorkomen.
3) Solid-state batterijen
Vaste-stofbatterijen gebruiken vaste elektrolyten ter vervanging van de ontvlambare vloeibare elektrolyten in traditionele vloeibare batterijen. Dit elimineert fundamenteel de veiligheidsrisico's die gepaard gaan met elektrolytlekkage en verbranding, waardoor de thermische runaway-temperatuur stijgt van 120 °C tot boven de 200 °C. Vaste-stofbatterijen hebben ook minder kans op kortsluiting, vlamvatten of exploderen bij blootstelling aan externe krachten, zoals prikwonden. Zelfs als de batterij met een spijker wordt doorboord, gesneden of verbogen, blijft deze stabiel.
3 De prestaties van lithium-batterijen
Laten we nu de analysemethoden voor laad- en ontlaadcurven van lithiumbatterijen introduceren, inclusief laadrendement, ontlaadkarakteristieken, capaciteitsevaluatie, evaluatie van de interne weerstand en evaluatie van de levensduur. Door de laad- en ontlaadcurven te interpreteren, kunnen we diepgaand inzicht krijgen in de prestaties en kenmerken van de batterij, wat belangrijke richtlijnen biedt voor de selectie, het gebruik en de optimalisatie van de batterij.
De prestaties van lithiumbatterijen zijn cruciaal voor de werking van diverse elektronische apparaten en elektrisch gereedschap. Laad- en ontlaadcurven zijn een van de belangrijkste methoden om de prestaties van lithiumbatterijen te evalueren, omdat ze de spannings- en stroomveranderingen tijdens het laad- en ontlaadproces visueel kunnen weergeven. Door deze curven te analyseren, kunnen we informatie verkrijgen over belangrijke parameters zoals batterijcapaciteit, interne weerstand en efficiëntie, wat op zijn beurt richting geeft aan het optimaliseren van batterijontwerp en het verbeteren van prestaties.
4 Analyse van de laadcurve van lithiumbatterijen
De laad- en ontlaadcurve van een lithiumbatterij geeft de relatie weer tussen de spanning en de ontlaadcapaciteit van de batterij, evenals de laadtoestandcurve (SOC). Tijdens het laadproces neemt de spanning geleidelijk toe terwijl de stroom afneemt. De helling van de laadcurve weerspiegelt de laadsnelheid; hoe steiler de helling, hoe sneller het laden. Het plateaugebied van de laadcurve geeft aan dat de batterij volledig is opgeladen. De spanning stabiliseert.
De laadefficiëntie is een belangrijke indicator voor het evalueren van de laadprestaties van een batterij. Een hogere laadefficiëntie betekent dat de batterij de ingevoerde elektrische energie effectiever kan omzetten in opgeslagen chemische energie. Door de werkelijke laadcapaciteit van de laadcurve te vergelijken met de theoretische laadcapaciteit, kunnen we de laadefficiëntie beoordelen. Daarnaast kan het energieverlies tijdens het laadproces worden geobserveerd om methoden te identificeren om de laadefficiëntie te verbeteren.
De laadbeëindigingsspanning verwijst naar de spanningswaarde wanneer de accu volledig is opgeladen. Een correcte instelling van de laadbeëindigingsspanning helpt overladen te voorkomen en de levensduur van de accu te verlengen. Door de laadcurve te analyseren, kan een geschikte laadbeëindigingsspanning worden bepaald om ervoor te zorgen dat de accu binnen een veilig bereik laadt.
5 Analyse van de ontladingscurve van een lithiumbatterij
Tijdens het ontladen neemt de spanning geleidelijk af en neemt de stroomsterkte dienovereenkomstig af. De vorm en helling van de ontladingscurve kunnen belangrijke informatie verschaffen over de prestaties van de batterij. Een vlakkere ontladingscurve geeft doorgaans aan dat de batterij een goede ontladingsstabiliteit heeft en een stabiele energie-output kan leveren. Door het plateau van de ontladingscurve te observeren, kunnen we bovendien de spanningsvariatie van de batterij bij verschillende ontladingsdieptes begrijpen en het ontladingsvermogen van de batterij evalueren.
Het oppervlak onder de ontladingscurve is evenredig met de ontladingstijd. Door het oppervlak onder de curve te berekenen, kunnen we de ontladingscapaciteit van de batterij evalueren. De ontladingscapaciteit heeft een directe invloed op de gebruiksduur en het uithoudingsvermogen van de batterij.
6 Interne weerstandsimpact
Interne weerstand is de weerstand in de batterij die de ontladingskarakteristieken beïnvloedt. Een hogere interne weerstand leidt tot een snellere spanningsval en een lager ontladingsvermogen. Door de ontladingscurve te analyseren, kunnen we de interne weerstand van de batterij schatten en de impact ervan op de batterijprestaties beoordelen.
7 Capaciteitsevaluatie
De capaciteit van een lithiumbatterij verwijst naar de hoeveelheid lading die erin kan worden opgeslagen. Deze wordt meestal gemeten in milliampère-uur (mAh) of ampère-uur (Ah). Door de laad- en ontlaadcurven te integreren, kunnen we de werkelijke capaciteit van de batterij berekenen. Daarnaast kunnen meerdere laad- en ontlaadcyclustests worden uitgevoerd om het capaciteitsverlies te observeren en de levensduur van de batterij te evalueren.
8-cyclus levensevaluatie
De cycluslevensduur verwijst naar het vermogen van een batterij om bepaalde prestatieniveaus te behouden na meerdere laad- en ontlaadcycli. Door de veranderingen in de laad- en ontlaadcurves gedurende meerdere cycli te observeren, kunnen we de cycluslevensduur van de batterij beoordelen. Als de vorm en kenmerken van de curve na meerdere cycli relatief stabiel blijven, geeft dit aan dat de batterij een goede cycluslevensduur heeft. Daarnaast kan capaciteitsverlies tijdens de cyclus worden geanalyseerd om de totale levensduur van de batterij te voorspellen.
Conclusie
De laad- en ontlaadcurve van een lithiumbatterij geeft de relatie weer tussen de spanning en de ontlaadcapaciteit van de batterij, evenals de resterende capaciteitscurve (SOC). Het is een belangrijke methode om de prestaties van de batterij beter te analyseren en te evalueren. Door de laadefficiëntie, ontlaadkarakteristieken, capaciteit, interne weerstand en levensduur te analyseren, kan een volledig inzicht in de prestaties van de batterij worden verkregen. Deze analytische aanpak is cruciaal voor de optimalisatie van het batterijontwerp, kwaliteitscontrole en toepassingsselectie. In praktische toepassingen zorgt de combinatie van verschillende testmethoden en data-analysetechnieken voor een nauwkeurigere evaluatie van de prestaties van de lithiumbatterij, waardoor de betrouwbare werking van diverse elektronische apparaten en elektrisch gereedschap wordt gegarandeerd.
Bij Epic Powder Machinery zijn we gespecialiseerd in hoogwaardige straalmolens en poederverwerkingsoplossingen. We bieden geavanceerde technologie om de poederprestaties te optimaliseren en de efficiëntie in diverse sectoren te verhogen. Neem vandaag nog contact met ons op en ontdek hoe onze apparatuur uw productieproces kan verbeteren.
