Bateria litowa to rodzaj baterii, w której jako materiał elektrody ujemnej wykorzystuje się lit metaliczny lub stop litu i wykorzystuje się niewodny roztwór elektrolitu.Najwcześniej zaprezentowana bateria litowa pochodzi od wielkiego wynalazcy Edisona.
Baterie litowe – Baterie litowe
bateria litowa
Bateria litowa to rodzaj baterii, w której jako materiał elektrody ujemnej wykorzystuje się lit metaliczny lub stop litu i wykorzystuje się niewodny roztwór elektrolitu.Najwcześniej zaprezentowana bateria litowa pochodzi od wielkiego wynalazcy Edisona.
Ponieważ właściwości chemiczne litu metalicznego są bardzo aktywne, przetwarzanie, przechowywanie i stosowanie litu metalicznego wiąże się z bardzo wysokimi wymaganiami środowiskowymi.Dlatego baterie litowe nie były używane przez długi czas.
Wraz z rozwojem technologii mikroelektroniki w XX wieku, z dnia na dzień przybywa zminiaturyzowanych urządzeń, co stawia wysokie wymagania w zakresie zasilania.Baterie litowe weszły następnie w praktyczny etap na dużą skalę.
Po raz pierwszy zastosowano go w rozrusznikach serca.Ponieważ stopień samorozładowania akumulatorów litowych jest wyjątkowo niski, napięcie rozładowania jest strome.Umożliwia wszczepienie rozrusznika w organizm człowieka na długi czas.
Baterie litowe mają zazwyczaj napięcie nominalne wyższe niż 3,0 V i są bardziej odpowiednie do zasilaczy z układami scalonymi.Baterie zawierające dwutlenek manganu są szeroko stosowane w komputerach, kalkulatorach, aparatach fotograficznych i zegarkach.
Aby opracować odmiany o lepszych parametrach, zbadano różne materiały.A potem twórz produkty jak nigdy dotąd.Na przykład akumulatory litowo-siarkowe i litowo-chlorkowo-tionylowe są bardzo charakterystyczne.Ich dodatni materiał aktywny jest także rozpuszczalnikiem elektrolitu.Struktura ta występuje tylko w niewodnych układach elektrochemicznych.Dlatego badania baterii litowych przyczyniły się również do rozwoju elektrochemicznej teorii układów niewodnych.Oprócz stosowania różnych rozpuszczalników niewodnych prowadzono także badania nad polimerowymi akumulatorami cienkowarstwowymi.
W 1992 roku firmie Sony udało się opracować akumulatory litowo-jonowe.Jego praktyczne zastosowanie znacznie zmniejsza wagę i objętość przenośnych urządzeń elektronicznych, takich jak telefony komórkowe i notebooki.Czas użytkowania znacznie się wydłuża.Ponieważ akumulatory litowo-jonowe nie zawierają metali ciężkich i chromu, w porównaniu z akumulatorami niklowo-chromowymi, zanieczyszczenie środowiska jest znacznie zmniejszone.
1. Bateria litowo-jonowa
Baterie litowo-jonowe dzielą się obecnie na dwie kategorie: ciekłe baterie litowo-jonowe (LIB) i polimerowe baterie litowo-jonowe (PLB).Wśród nich określenie ciekły akumulator litowo-jonowy odnosi się do akumulatora wtórnego, w którym związek interkalacyjny Li+ stanowi elektrodę dodatnią i ujemną.Elektroda dodatnia wybiera związek litu LiCoO2 lub LiMn2O4, a elektroda ujemna wybiera związek międzywarstwy litowo-węglowej.Baterie litowo-jonowe są idealną siłą napędową rozwoju w XXI wieku ze względu na wysokie napięcie robocze, małe rozmiary, niewielką wagę, wysoką energię, brak efektu pamięci, brak zanieczyszczeń, niskie samorozładowanie i długą żywotność.
2. Krótka historia rozwoju akumulatorów litowo-jonowych
Baterie litowe i akumulatory litowo-jonowe to nowe akumulatory wysokoenergetyczne, które z powodzeniem opracowano w XX wieku.Elektrodą ujemną tego akumulatora jest metaliczny lit, a elektrodą dodatnią jest MnO2, SOCL2, (CFx)n itp. Została wprowadzona do praktycznego użytku w latach 70. XX wieku.Ze względu na wysoką energię, wysokie napięcie akumulatora, szeroki zakres temperatur pracy i długi okres przechowywania, jest szeroko stosowany w wojskowych i cywilnych małych urządzeniach elektrycznych, takich jak telefony komórkowe, komputery przenośne, kamery wideo, aparaty fotograficzne itp., częściowo zastępując tradycyjne baterie..
3. Perspektywy rozwoju akumulatorów litowo-jonowych
Baterie litowo-jonowe są szeroko stosowane w urządzeniach przenośnych, takich jak laptopy, kamery wideo i komunikacja mobilna, ze względu na ich wyjątkowe zalety funkcjonalne.Opracowany obecnie akumulator litowo-jonowy o dużej pojemności został przetestowany w pojazdach elektrycznych i szacuje się, że stanie się jednym z głównych źródeł zasilania pojazdów elektrycznych w XXI wieku i będzie stosowany w satelitach, przemyśle lotniczym i magazynowaniu energii .
4. Podstawowa funkcja akumulatora
(1) Napięcie obwodu otwartego akumulatora
(2) Rezystancja wewnętrzna akumulatora
(3) Napięcie robocze akumulatora
(4) Napięcie ładowania
Napięcie ładowania odnosi się do napięcia przyłożonego do obu końców akumulatora przez zewnętrzne źródło zasilania podczas ładowania akumulatora dodatkowego.Do podstawowych metod ładowania zalicza się ładowanie stałoprądowe i ładowanie stałonapięciowe.Generalnie stosuje się ładowanie prądem stałym, którego cechą charakterystyczną jest to, że prąd ładowania jest stabilny podczas procesu ładowania.W miarę postępu ładowania materiał aktywny jest odzyskiwany, obszar reakcji elektrody stale się zmniejsza, a polaryzacja silnika stopniowo wzrasta.
(5) Pojemność baterii
Pojemność baterii odnosi się do ilości energii elektrycznej uzyskanej z baterii, która jest zwykle wyrażana w C, a jednostka jest zwykle wyrażana w Ah lub mAh.Pojemność jest ważnym celem w zakresie wydajności elektrycznej akumulatora.Pojemność akumulatora zwykle dzieli się na pojemność teoretyczną, pojemność praktyczną i pojemność znamionową.
Pojemność akumulatora zależy od pojemności elektrod.Jeżeli pojemności elektrod nie są równe, pojemność akumulatora zależy od elektrody o mniejszej pojemności, ale w żadnym wypadku nie jest to suma pojemności elektrody dodatniej i ujemnej.
(6) Funkcja przechowywania i żywotność baterii
Jedną z głównych cech chemicznych źródeł energii jest to, że mogą one uwalniać energię elektryczną, gdy są używane, i magazynować energię elektryczną, gdy nie są używane.Tak zwana funkcja magazynowania to możliwość podtrzymania ładowania akumulatora wtórnego.
Jeśli chodzi o akumulator dodatkowy, żywotność jest ważnym parametrem mierzącym wydajność akumulatora.Bateria dodatkowa jest ładowana i rozładowywana raz, co nazywa się cyklem (lub cyklem).Przy pewnym kryterium ładowania i rozładowywania liczba czasów ładowania i rozładowywania, które akumulator może wytrzymać, zanim pojemność akumulatora osiągnie określoną wartość, nazywana jest cyklem pracy akumulatora wtórnego.Baterie litowo-jonowe charakteryzują się doskonałą wydajnością przechowywania i długą żywotnością.
Baterie litowe – funkcje
A. Wysoka gęstość energii
Masa akumulatora litowo-jonowego jest o połowę mniejsza niż akumulatora niklowo-kadmowego lub niklowo-wodorowego o tej samej pojemności, a objętość wynosi 40-50% w przypadku akumulatora niklowo-kadmowego i 20-30% w przypadku akumulatora niklowo-wodorowego .
B. Wysokie napięcie
Napięcie robocze pojedynczego akumulatora litowo-jonowego wynosi 3,7 V (wartość średnia), co odpowiada trzem akumulatorom niklowo-kadmowym lub niklowo-metalowo-wodorkowym połączonym szeregowo.
C. Brak zanieczyszczeń
Baterie litowo-jonowe nie zawierają szkodliwych metali, takich jak kadm, ołów i rtęć.
D. Nie zawiera metalicznego litu
Baterie litowo-jonowe nie zawierają litu metalicznego i dlatego nie podlegają takim przepisom, jak zakaz przewozu baterii litowych na pokładzie samolotu pasażerskiego.
E. Wysoki cykl życia
W normalnych warunkach akumulatory litowo-jonowe mogą wytrzymać ponad 500 cykli ładowania i rozładowania.
F. Brak efektu pamięci
Efekt pamięci odnosi się do zjawiska polegającego na zmniejszeniu pojemności akumulatora niklowo-kadmowego podczas cyklu ładowania i rozładowywania.Baterie litowo-jonowe nie mają takiego efektu.
G. Szybkie ładowanie
Używanie ładowarki stałoprądowej i stałonapięciowej o napięciu znamionowym 4,2 V pozwala na pełne naładowanie akumulatora litowo-jonowego w ciągu jednej do dwóch godzin.
Bateria litowa – zasada i struktura baterii litowej
1. Struktura i zasada działania akumulatora litowo-jonowego: Tak zwana bateria litowo-jonowa odnosi się do akumulatora wtórnego złożonego z dwóch związków, które mogą odwracalnie interkalować i deinterkalować jony litu jako elektrody dodatnie i ujemne.Ludzie nazywają ten akumulator litowo-jonowy z unikalnym mechanizmem, który polega na przenoszeniu jonów litu pomiędzy elektrodą dodatnią i ujemną w celu zakończenia ładowania i rozładowywania akumulatora, „akumulatorem fotela bujanego”, powszechnie znanym jako „bateria litowa”. .Weźmy na przykład LiCoO2: (1) Kiedy akumulator jest ładowany, jony litu ulegają deinterkalacji z elektrody dodatniej i interkalacji w elektrodzie ujemnej i odwrotnie podczas rozładowywania.Wymaga to, aby przed montażem elektroda znajdowała się w stanie interkalacji litu.Ogólnie rzecz biorąc, jako elektrodę dodatnią wybiera się tlenek metalu przejściowego interkalowanego litem o potencjale większym niż 3 V w stosunku do litu i stabilny w powietrzu, taki jak LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) W przypadku materiałów będących elektrodami ujemnymi należy wybrać interkalowalne związki litu, których potencjał jest możliwie najbliższy potencjałowi litu.Na przykład różne materiały węglowe obejmują grafit naturalny, grafit syntetyczny, włókno węglowe, węgiel sferyczny mezofazowy itp. oraz tlenki metali, w tym SnO, SnO2, kompozytowy tlenek cyny SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) itd.
bateria litowa
2. Bateria zazwyczaj składa się z: dodatniego, ujemnego, elektrolitu, separatora, przewodu dodatniego, płytki ujemnej, zacisku centralnego, materiału izolacyjnego (izolatora), zaworu bezpieczeństwa (odpowietrznika bezpieczeństwa), pierścienia uszczelniającego (uszczelki), PTC (dodatniego zacisku kontroli temperatury), obudowa baterii.Ogólnie rzecz biorąc, ludzie bardziej martwią się elektrodą dodatnią, elektrodą ujemną i elektrolitem.
bateria litowa
Porównanie budowy akumulatorów litowo-jonowych
Według różnych materiałów katodowych dzieli się je na lit żelazny, lit kobaltowy, lit manganowy itp.;
Na podstawie klasyfikacji kształtu ogólnie dzieli się go na cylindryczny i kwadratowy, a jony polimerowo-litowe można również nadać dowolnemu kształtowi;
W zależności od różnych materiałów elektrolitowych stosowanych w akumulatorach litowo-jonowych, akumulatory litowo-jonowe można podzielić na dwie kategorie: ciekłe akumulatory litowo-jonowe (LIB) i półprzewodnikowe akumulatory litowo-jonowe.PLIB) to rodzaj półprzewodnikowej baterii litowo-jonowej.
elektrolit
Kolektor prądu z barierą powłoki/opakowania
Płynny akumulator litowo-jonowy Płynna stal nierdzewna, aluminium Folia miedziana 25 μPE i folia aluminiowa polimerowa bateria litowo-jonowa Polimer koloidalny Kompozyt aluminium/PP bez bariery lub pojedyncza folia miedziana μPE i folia aluminiowa
Baterie litowe – funkcja baterii litowo-jonowych
1. Wysoka gęstość energii
W porównaniu z akumulatorami NI/CD lub NI/MH o tej samej pojemności, akumulatory litowo-jonowe są lżejsze, a ich energia właściwa jest 1,5 do 2 razy większa niż w przypadku tych dwóch typów akumulatorów.
2. Wysokie napięcie
W akumulatorach litowo-jonowych zastosowano elektrody litowe zawierające pierwiastki elektroujemne, aby uzyskać napięcie na zaciskach aż do 3,7 V, czyli trzykrotność napięcia w przypadku akumulatorów NI/CD lub NI/MH.
3. Nie zanieczyszczający środowiska, przyjazny dla środowiska
4. Długi cykl życia
Żywotność przekracza 500 razy
5. Wysoka nośność
Akumulatory litowo-jonowe można rozładowywać w sposób ciągły dużym prądem, dzięki czemu akumulator ten można stosować w urządzeniach dużej mocy, takich jak aparaty fotograficzne i laptopy.
6. Doskonałe bezpieczeństwo
Dzięki zastosowaniu doskonałych materiałów anodowych przezwyciężono problem wzrostu dendrytów litu podczas ładowania akumulatorów, co znacznie poprawia bezpieczeństwo akumulatorów litowo-jonowych.Jednocześnie dobierane są specjalne akcesoria, które można odzyskać, aby zapewnić bezpieczeństwo akumulatora podczas użytkowania.
Bateria litowa – metoda ładowania baterii litowo-jonowej
Metoda 1. Zanim akumulator litowo-jonowy opuści fabrykę, producent przeprowadził obróbkę aktywacyjną i wstępne naładowanie, dzięki czemu akumulator litowo-jonowy ma energię resztkową, a akumulator litowo-jonowy jest ładowany zgodnie z okresem regulacji.Ten okres dostosowawczy należy przeprowadzić całkowicie 3 do 5 razy.Wypisać.
Metoda 2. Przed ładowaniem akumulatora litowo-jonowego nie trzeba specjalnie rozładowywać.Niewłaściwe rozładowanie spowoduje uszkodzenie akumulatora.Podczas ładowania staraj się używać wolnego ładowania i ograniczaj szybkie ładowanie;czas nie powinien przekraczać 24 godzin.Dopiero gdy akumulator przejdzie od trzech do pięciu pełnych cykli ładowania i rozładowania, jego wewnętrzne substancje chemiczne zostaną w pełni „aktywowane” w celu optymalnego wykorzystania.
Sposób 3. Należy używać oryginalnej ładowarki lub ładowarki renomowanej marki.W przypadku baterii litowych użyj specjalnej ładowarki do baterii litowych i postępuj zgodnie z instrukcjami.W przeciwnym razie bateria zostanie uszkodzona lub nawet zagrożona.
Metoda 4. Nowo zakupiony akumulator jest litowo-jonowy, dlatego pierwsze 3 do 5 ładowań nazywa się okresem dostosowawczym i należy go ładować dłużej niż 14 godzin, aby mieć pewność, że działanie jonów litu zostanie w pełni aktywowane.Baterie litowo-jonowe nie mają efektu pamięci, ale charakteryzują się dużą bezwładnością.Powinny być w pełni aktywowane, aby zapewnić najlepszą wydajność w przyszłych zastosowaniach.
Metoda 5. Do akumulatora litowo-jonowego należy używać specjalnej ładowarki, w przeciwnym razie może nie osiągnąć stanu nasycenia i wpłynąć na jego działanie.Po naładowaniu unikaj umieszczania go w ładowarce na dłużej niż 12 godzin i odłącz akumulator od mobilnego produktu elektronicznego, jeśli nie będzie on używany przez dłuższy czas.
Bateria litowa – użyj
Wraz z rozwojem technologii mikroelektroniki w XX wieku, z dnia na dzień przybywa zminiaturyzowanych urządzeń, co stawia wysokie wymagania w zakresie zasilania.Baterie litowe weszły następnie w praktyczny etap na dużą skalę.
Po raz pierwszy zastosowano go w rozrusznikach serca.Ponieważ stopień samorozładowania akumulatorów litowych jest wyjątkowo niski, napięcie rozładowania jest strome.Umożliwia wszczepienie rozrusznika w organizm człowieka na długi czas.
Baterie litowe mają zazwyczaj napięcie nominalne wyższe niż 3,0 V i są bardziej odpowiednie do zasilaczy z układami scalonymi.Baterie zawierające dwutlenek manganu są szeroko stosowane w komputerach, kalkulatorach, aparatach fotograficznych i zegarkach.
Przykład zastosowania
1. Istnieje wiele akumulatorów zastępczych do naprawy akumulatorów: np. te stosowane w komputerach przenośnych.Po naprawie okazuje się, że w przypadku uszkodzenia tego zestawu akumulatorów problemy występują tylko w przypadku poszczególnych akumulatorów.Można go zastąpić odpowiednią jednoogniwową baterią litową.
2. Wykonanie miniaturowej latarki o dużej jasności Autor użył kiedyś pojedynczej baterii litowej 3,6 V 1,6 AH z białą rurką emitującą światło o dużej jasności, aby stworzyć miniaturową latarkę, która jest łatwa w użyciu, kompaktowa i piękna.A dzięki dużej pojemności akumulatora można go używać średnio przez pół godziny każdej nocy, a używany był już ponad dwa miesiące bez ładowania.
3. Alternatywne zasilanie 3V
Ponieważ napięcie jednoogniwowej baterii litowej wynosi 3,6 V.Dlatego tylko jedna bateria litowa może zastąpić dwie zwykłe baterie do zasilania małych urządzeń gospodarstwa domowego, takich jak radia, walkmany, aparaty fotograficzne itp., Co jest nie tylko lekkie, ale także wystarcza na długi czas.
Materiał anody akumulatora litowo-jonowego – tytanian litu
Można go łączyć z manganianem litu, materiałami trójskładnikowymi lub fosforanem litowo-żelazowym i innymi materiałami dodatnimi, tworząc wtórne akumulatory litowo-jonowe 2,4 V lub 1,9 V.Ponadto może być również stosowany jako elektroda dodatnia w celu utworzenia baterii litowej 1,5 V z baterią wtórną z metalową elektrodą ujemną, litem lub stopem litu.
Ze względu na wysokie bezpieczeństwo, wysoką stabilność, długowieczność i ekologiczne właściwości tytanianu litu.Można przewidzieć, że tytanian litu za 2-3 lata stanie się materiałem elektrody ujemnej nowej generacji akumulatorów litowo-jonowych i będzie szeroko stosowany w nowych pojazdach silnikowych, motocyklach elektrycznych oraz tych wymagających wysokiego bezpieczeństwa, wysokiej stabilności i długiego cyklu pracy.obszar zastosowania.Napięcie robocze akumulatora litowo-tytanowego wynosi 2,4 V, najwyższe napięcie to 3,0 V, a prąd ładowania wynosi do 2C.
Skład baterii tytanianu litu
Elektroda dodatnia: fosforan litowo-żelazowy, manganian litu lub materiał trójskładnikowy, manganian litowo-niklowy.
Elektroda ujemna: materiał z tytanianu litu.
Bariera: Bieżąca bariera baterii litowej z węglem jako elektrodą ujemną.
Elektrolit: Elektrolit baterii litowej z węglem jako elektrodą ujemną.
Obudowa baterii: Obudowa baterii litowej z węglem jako elektrodą ujemną.
Zalety akumulatorów litowo-tytanowych: wybór pojazdów elektrycznych w celu zastąpienia pojazdów napędzanych paliwem to najlepszy wybór, aby rozwiązać problem zanieczyszczenia środowiska miejskiego.Wśród nich duże zainteresowanie badaczy budzą akumulatory litowo-jonowe.Aby spełnić wymagania pojazdów elektrycznych w zakresie pokładowych akumulatorów litowo-jonowych, badania i rozwój Negatywne materiały o wysokim bezpieczeństwie, dobrej wydajności i długowieczności są jego gorącymi punktami i trudnościami.
Komercyjne elektrody ujemne do akumulatorów litowo-jonowych wykorzystują głównie materiały węglowe, ale nadal istnieją pewne wady stosowania akumulatorów litowych wykorzystujących węgiel jako elektrodę ujemną:
1. Dendryty litowe łatwo wytrącają się podczas przeładowania, co powoduje zwarcie akumulatora i wpływa na funkcję bezpieczeństwa akumulatora litowego;
2. Łatwo jest formować folię SEI, co skutkuje niską początkową mocą ładowania i rozładowania oraz dużą nieodwracalną pojemnością;
3. Oznacza to, że napięcie platformy materiałów węglowych jest niskie (blisko metalicznego litu) i łatwo jest spowodować rozkład elektrolitu, co spowoduje zagrożenie bezpieczeństwa.
4. W procesie wprowadzania i ekstrakcji jonów litu objętość zmienia się znacznie, a stabilność cyklu jest słaba.
W porównaniu z materiałami węglowymi, spinelowy Li4Ti5012 ma znaczące zalety:
1. Jest to materiał o zerowym naprężeniu i ma dobrą wydajność cyrkulacyjną;
2. Napięcie rozładowania jest stabilne, a elektrolit nie ulegnie rozkładowi, co poprawia bezpieczeństwo akumulatorów litowych;
3. W porównaniu z materiałami anodowymi, tytanian litu ma wysoki współczynnik dyfuzji jonów litu (2*10-8cm2/s) i może być ładowany i rozładowywany z dużą szybkością.
4. Potencjał tytanianu litu jest wyższy niż czystego metalicznego litu i nie jest łatwo wygenerować dendryty litu, co stanowi podstawę do zapewnienia bezpieczeństwa baterii litowych.
obwód konserwacyjny
Składa się z dwóch tranzystorów polowych i dedykowanego zintegrowanego bloku konserwacyjnego S-8232.Rurka kontrolująca przeładowanie FET2 i rurka kontrolująca nadmierne rozładowanie FET1 są połączone szeregowo z obwodem, a napięcie akumulatora jest monitorowane i kontrolowane przez układ scalony konserwacji.Gdy napięcie akumulatora wzrośnie do 4,2 V, lampa podtrzymująca przeładowanie FET1 zostanie wyłączona, a ładowanie zostanie zakończone.Aby uniknąć nieprawidłowego działania, do obwodu zewnętrznego zazwyczaj dodaje się kondensator opóźniający.Gdy akumulator jest w stanie rozładowanym, napięcie akumulatora spada do 2,55.
Czas publikacji: 30 marca 2023 r