Літієва батарея – це тип батареї, у якій використовується металевий літій або літієвий сплав як матеріал негативного електрода та використовується неводний розчин електроліту.Найперша літієва батарея була створена великим винахідником Едісоном.
Літієві батареї – літієві батареї
літієвий акумулятор
Літієва батарея – це тип батареї, у якій використовується металевий літій або літієвий сплав як матеріал негативного електрода та використовується неводний розчин електроліту.Найперша літієва батарея була створена великим винахідником Едісоном.
Оскільки хімічні властивості металевого літію дуже активні, обробка, зберігання та застосування металевого літію мають дуже високі екологічні вимоги.Тому літієві акумулятори вже давно не використовуються.
З розвитком технологій мікроелектроніки в двадцятому столітті з кожним днем збільшується кількість мініатюрних пристроїв, що висуває високі вимоги до джерела живлення.Тоді літієві батареї увійшли у масштабну практичну стадію.
Вперше він був використаний у кардіостимуляторах.Оскільки швидкість саморозряду літієвих батарей надзвичайно низька, напруга розряду дуже висока.Це дає можливість імплантувати кардіостимулятор в організм людини на тривалий час.
Літієві батареї, як правило, мають номінальну напругу вище 3,0 вольт і більше підходять для джерел живлення інтегральних схем.Акумулятори з діоксидом марганцю широко використовуються в комп’ютерах, калькуляторах, фотоапаратах і годинниках.
Щоб вивести сорти з кращою продуктивністю, були вивчені різні матеріали.А потім робити продукти, як ніколи раніше.Наприклад, літій-сірчано-діоксидні батареї та літій-тіонілхлоридні батареї дуже відрізняються.Їх позитивний активний матеріал також є розчинником для електроліту.Ця структура присутня лише в неводних електрохімічних системах.Таким чином, вивчення літієвих батарей також сприяло розвитку електрохімічної теорії неводних систем.Крім використання різних неводних розчинників, також проводилися дослідження полімерних тонкоплівкових батарей.
У 1992 році компанія Sony успішно розробила літій-іонні акумулятори.Його практичне застосування значно зменшує вагу та обсяг портативних електронних пристроїв, таких як мобільні телефони та ноутбуки.Термін використання значно подовжується.Оскільки літій-іонні акумулятори не містять важкого металу хрому, у порівнянні з нікель-хромовими акумуляторами, забруднення навколишнього середовища значно зменшується.
1. Літій-іонний акумулятор
Зараз літій-іонні акумулятори поділяються на дві категорії: рідкі літій-іонні акумулятори (LIB) і полімерні літій-іонні акумулятори (PLB).Серед них рідка літій-іонна батарея відноситься до вторинної батареї, в якій інтеркаляційна сполука Li + є позитивним і негативним електродами.Позитивний електрод вибирає сполуку літію LiCoO2 або LiMn2O4, а негативний електрод вибирає сполуку проміжного шару літій-вуглець.Літій-іонні батареї є ідеальною рушійною силою для розвитку в 21 столітті через їх високу робочу напругу, малий розмір, малу вагу, високу енергію, відсутність ефекту пам’яті, відсутність забруднення, низький саморозряд і тривалий термін служби.
2. Коротка історія розвитку літій-іонних акумуляторів
Літієві батареї та літій-іонні батареї — це нові високоенергетичні батареї, успішно розроблені в 20 столітті.Негативним електродом цієї батареї є металевий літій, а позитивним електродом є MnO2, SOCL2, (CFx)n тощо. Він був введений у практичне використання в 1970-х роках.Через високу енергію, високу напругу батареї, широкий діапазон робочих температур і тривалий термін зберігання він широко використовується у військових і цивільних невеликих електричних приладах, таких як мобільні телефони, портативні комп’ютери, відеокамери, фотоапарати тощо, частково заміна традиційних батарей..
3. Перспективи розвитку літій-іонних акумуляторів
Літій-іонні акумулятори широко використовуються в портативних пристроях, таких як портативні комп’ютери, відеокамери та засоби мобільного зв’язку, завдяки своїм унікальним функціональним перевагам.Літій-іонна батарея великої ємності, розроблена зараз, була випробувана в електричних транспортних засобах, і, за оцінками, вона стане одним із основних джерел живлення для електромобілів у 21-му столітті та буде використовуватися в супутниках, аерокосмічній галузі та накопичувачах енергії. .
4. Основна функція батареї
(1) Напруга холостого ходу батареї
(2) Внутрішній опір батареї
(3) Робоча напруга батареї
(4) Напруга зарядки
Напруга заряджання – це напруга, що подається на обидва кінці батареї зовнішнім джерелом живлення під час заряджання вторинної батареї.До основних методів зарядки відносяться зарядка постійним струмом і зарядка постійною напругою.Як правило, використовується зарядка постійним струмом, і її характеристика полягає в тому, що зарядний струм є стабільним під час процесу заряджання.У міру заряджання активний матеріал відновлюється, площа реакції електрода постійно зменшується, а поляризація двигуна поступово збільшується.
(5) Ємність акумулятора
Ємність батареї означає кількість електроенергії, отриманої від батареї, яка зазвичай виражається С, а одиниця зазвичай виражається Аг або мАг.Ємність є важливою метою електричних характеристик батареї.Ємність батареї зазвичай поділяють на теоретичну, практичну та номінальну.
Ємність акумулятора визначається ємністю електродів.Якщо ємності електродів не однакові, ємність батареї залежить від електрода з меншою ємністю, але аж ніяк не є сумою ємностей позитивного та негативного електродів.
(6) Функція зберігання та термін служби батареї
Однією з головних особливостей хімічних джерел струму є те, що вони можуть виділяти електричну енергію, коли використовуються, і зберігати електричну енергію, коли не використовуються.Так звана функція накопичення — це здатність підтримувати заряд вторинної батареї.
Що стосується вторинної батареї, термін служби є важливим параметром для вимірювання продуктивності батареї.Вторинний акумулятор заряджається та розряджається один раз, що називається циклом (або циклом).Відповідно до певного критерію заряджання та розряджання, кількість разів заряджання та розряджання, які може витримати батарея, перш ніж ємність батареї досягне певного значення, називається робочим циклом вторинної батареї.Літій-іонні батареї мають відмінні характеристики зберігання та тривалий термін служби.
Літієві батареї – особливості
А. Висока щільність енергії
Вага літій-іонної батареї вдвічі менше нікель-кадмієвої або нікель-водневої батареї тієї ж ємності, а об'єм становить 40-50% нікель-кадмієвої і 20-30% нікель-водневої батареї. .
B. Висока напруга
Робоча напруга однієї літій-іонної батареї становить 3,7 В (середнє значення), що еквівалентно трьом послідовно з’єднаним нікель-кадмієвим або нікель-метал-гідридним батареям.
C. Відсутність забруднення
Літій-іонні акумулятори не містять шкідливих металів, таких як кадмій, свинець і ртуть.
D. Не містить металевого літію
Літій-іонні батареї не містять металевого літію, тому на них не поширюються такі правила, як заборона перевезення літієвих батарей у пасажирських літаках.
E. Високий цикл життя
За нормальних умов літій-іонні акумулятори можуть мати більше 500 циклів заряду-розряду.
F. Відсутність ефекту пам'яті
Ефект пам’яті означає явище, коли ємність нікель-кадмієвої батареї зменшується під час циклу заряджання та розряджання.Літій-іонні акумулятори не мають такого ефекту.
G. Швидка зарядка
За допомогою зарядного пристрою постійного струму та постійної напруги з номінальною напругою 4,2 В можна повністю зарядити літій-іонний акумулятор за одну-дві години.
Літієва батарея – принцип і структура літієвої батареї
1. Структура та принцип роботи літій-іонної батареї: так звана літій-іонна батарея відноситься до вторинної батареї, що складається з двох сполук, які можуть оборотно інтеркалювати та деінтеркалувати іони літію як позитивні та негативні електроди.Люди називають цю літій-іонну батарею з унікальним механізмом, який базується на передачі іонів літію між позитивним і негативним електродами для завершення операції заряджання та розряджання батареї, як «батарея крісла-гойдалки», широко відома як «літієва батарея». .Візьмемо LiCoO2 як приклад: (1) Коли акумулятор заряджається, іони літію деінтеркалюються з позитивного електрода та інтеркалюються в негативний електрод, і навпаки під час розряду.Це вимагає, щоб електрод був у стані інтеркаляції літію перед складанням.Як правило, інтеркаляційний оксид літію перехідного металу з потенціалом понад 3 В відносно літію та стабільним на повітрі вибирають як позитивний електрод, наприклад LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Для матеріалів, які є негативними електродами, виберіть інтеркальовані сполуки літію, потенціал яких максимально близький до потенціалу літію.Наприклад, різні вуглецеві матеріали включають природний графіт, синтетичний графіт, вуглецеве волокно, мезофазний сферичний вуглець тощо та оксиди металів, включаючи SnO, SnO2, композитний оксид олова SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) тощо.
літієвий акумулятор
2. Акумулятор зазвичай включає: позитивний, негативний, електроліт, сепаратор, позитивний свинець, негативну пластину, центральну клему, ізоляційний матеріал (ізолятор), запобіжний клапан (запобіжний клапан), ущільнювальне кільце (прокладка), PTC (позитивна клема контролю температури), корпус акумулятора.Як правило, людей більше хвилює позитивний електрод, негативний електрод і електроліт.
літієвий акумулятор
Порівняння структури літій-іонного акумулятора
Відповідно до різних матеріалів катода, він поділяється на залізний літій, кобальтовий літій, марганцевий літій тощо;
Відповідно до класифікації форми, він зазвичай поділяється на циліндричний і квадратний, і полімерні іони літію також можуть бути виготовлені в будь-якій формі;
Відповідно до різних електролітних матеріалів, які використовуються в літій-іонних батареях, літій-іонні батареї можна розділити на дві категорії: рідкі літій-іонні батареї (LIB) і твердотільні літій-іонні батареї.PLIB) є різновидом твердотільного літій-іонного акумулятора.
електроліт
Бар'єрний струмоприймач Shell/Package Barrier
Рідка літій-іонна батарея Рідка нержавіюча сталь, алюмінієва мідна фольга 25μPE та полімерна літій-іонна батарея з алюмінієвої фольги Колоїдна полімерна алюмінієва/ПП композитна плівка без бар’єру або одна мідна фольга μPE та алюмінієва фольга
Літієві батареї – функція літій-іонних батарей
1. Висока щільність енергії
Порівняно з NI/CD або NI/MH батареями тієї ж ємності, літій-іонні батареї легші за вагою, а їх об’ємна питома енергія в 1,5-2 рази більша, ніж у цих двох типів батарей.
2. Висока напруга
Літій-іонні батареї використовують високоелектронегативні літієві електроди для досягнення напруги на клемах до 3,7 В, що втричі перевищує напругу NI/CD або NI/MH батарей.
3. Екологічно чистий
4. Довгий цикл життя
Тривалість життя перевищує 500 разів
5. Висока вантажопідйомність
Літій-іонні батареї можна постійно розряджати великим струмом, тому цю батарею можна використовувати в потужних пристроях, таких як камери та портативні комп’ютери.
6. Відмінна безпека
Завдяки використанню чудових анодних матеріалів проблема зростання літієвих дендритів під час зарядки акумулятора подолана, що значно підвищує безпеку літій-іонних акумуляторів.При цьому для забезпечення безпеки батареї під час використання підбираються спеціальні відновлювані аксесуари.
Літієва батарея – метод зарядки літій-іонної батареї
Спосіб 1. Перед тим, як літій-іонна батарея залишить завод, виробник провів обробку активації та попередню зарядку, тому літій-іонна батарея має залишковий заряд, і літій-іонна батарея заряджається відповідно до періоду налаштування.Цей період адаптації необхідно провести від 3 до 5 разів повністю.розрядка.
Спосіб 2. Перед зарядкою літій-іонний акумулятор спеціально розряджати не потрібно.Неправильний розряд призведе до пошкодження акумулятора.Під час зарядки намагайтеся використовувати повільну зарядку і зменшіть швидку зарядку;час не повинен перевищувати 24 години.Лише після того, як батарея пройде від трьох до п’яти повних циклів зарядки та розрядки, її внутрішні хімічні речовини будуть повністю «активовані» для оптимального використання.
Спосіб 3. Використовуйте оригінальний зарядний пристрій або зарядний пристрій перевіреної марки.Для літієвих батарей використовуйте спеціальний зарядний пристрій для літієвих батарей і дотримуйтесь інструкцій.Інакше батарея може бути пошкоджена або навіть ризикована.
Спосіб 4. Щойно придбана батарея є літій-іонною, тому перші 3-5 разів заряджання зазвичай називають періодом адаптації, і її слід заряджати більше 14 годин, щоб забезпечити повну активацію діяльності іонів літію.Літій-іонні акумулятори не мають ефекту пам'яті, але мають сильну інертність.Вони повинні бути повністю активовані, щоб забезпечити найкращу продуктивність у майбутніх програмах.
Спосіб 5. Літій-іонний акумулятор повинен використовувати спеціальний зарядний пристрій, інакше він може не досягти стану насичення і вплинути на його роботу.Після заряджання не залишайте його на зарядному пристрої більше ніж на 12 годин і відокремлюйте акумулятор від мобільного електронного продукту, якщо він не використовується протягом тривалого часу.
Літієва батарея – використання
З розвитком технологій мікроелектроніки в двадцятому столітті з кожним днем збільшується кількість мініатюрних пристроїв, що висуває високі вимоги до джерела живлення.Тоді літієві батареї увійшли у масштабну практичну стадію.
Вперше він був використаний у кардіостимуляторах.Оскільки швидкість саморозряду літієвих батарей надзвичайно низька, напруга розряду дуже висока.Це дає можливість імплантувати кардіостимулятор в організм людини на тривалий час.
Літієві батареї, як правило, мають номінальну напругу вище 3,0 вольт і більше підходять для джерел живлення інтегральних схем.Акумулятори з діоксидом марганцю широко використовуються в комп’ютерах, калькуляторах, фотоапаратах і годинниках.
Приклад застосування
1. Існує багато акумуляторних блоків, як заміна для ремонту акумуляторних блоків: наприклад, ті, що використовуються в ноутбуках.Після ремонту з’ясувалося, що у разі пошкодження цієї батареї виникають проблеми лише з окремими батареями.Його можна замінити відповідною одноелементною літієвою батареєю.
2. Виготовлення мініатюрного ліхтарика високої яскравості Автор одного разу використав одну літієву батарею 3,6V1,6AH з білою світловипромінювальною трубкою надяскравості, щоб зробити мініатюрний ліхтарик, простий у використанні, компактний і красивий.А завдяки великій ємності батареї його можна використовувати в середньому по півгодини щовечора, а без підзарядки він використовувався більше двох місяців.
3. Альтернативне джерело живлення 3В
Оскільки напруга одноелементної літієвої батареї становить 3,6 В.Таким чином, лише одна літієва батарея може замінити дві звичайні батареї для живлення невеликих побутових приладів, таких як радіоприймачі, програвачі, фотоапарати та ін., яка не тільки мала вагу, але й служить довго.
Матеріал анода літій-іонного акумулятора – титанат літію
Його можна комбінувати з манганатом літію, потрійними матеріалами або фосфатом літію заліза та іншими позитивними матеріалами для формування вторинних літій-іонних батарей 2,4 В або 1,9 В.Крім того, його також можна використовувати як позитивний електрод для формування літієвої батареї 1,5 В із вторинною батареєю з металевим літієм або негативним електродом із літієвого сплаву.
Завдяки високій безпеці, високій стабільності, довговічності та екологічним характеристикам титанату літію.Можна передбачити, що матеріал титанату літію стане матеріалом негативного електрода нового покоління літій-іонних акумуляторів через 2-3 роки та буде широко використовуватися в нових енергетичних транспортних засобах, електричних мотоциклах і тих, що потребують високої безпеки, високої стабільності та тривалого циклу.область застосування.Робоча напруга літій-титанатної батареї становить 2,4 В, найвища напруга — 3,0 В, а зарядний струм — до 2 С.
Склад акумулятора з титанату літію
Позитивний електрод: літій-залізофосфат, літій-манганат або потрійний матеріал, літій-нікель-манганат.
Негативний електрод: матеріал титанат літію.
Бар'єр: поточний бар'єр літієвої батареї з вуглецем як негативний електрод.
Електроліт: електроліт літієвої батареї з вуглецем як негативний електрод.
Корпус батареї: Корпус літієвої батареї з вуглецем як негативний електрод.
Переваги літій-титанатних батарей: вибір електромобілів для заміни паливних транспортних засобів є найкращим вибором для вирішення проблеми забруднення навколишнього середовища в містах.Серед них велику увагу дослідників привернули літій-іонні акумулятори.Щоб задовольнити вимоги електричних транспортних засобів для бортових літій-іонних акумуляторів, дослідження та розробки Негативні матеріали з високою безпекою, хорошою продуктивністю та довговічністю є його гарячими точками та труднощами.
Комерційні негативні електроди літій-іонних акумуляторів в основному використовують вуглецеві матеріали, але все ще є деякі недоліки в застосуванні літієвих акумуляторів, які використовують вуглець як негативний електрод:
1. Літієві дендрити легко осідають під час перезарядки, що призводить до короткого замикання батареї та впливає на функцію безпеки літієвої батареї;
2. Легко формувати плівку SEI, що призводить до низької потужності початкового заряду та розряду та великої незворотної ємності;
3. Тобто напруга платформи вуглецевих матеріалів низька (близька до металевого літію), і легко викликати розкладання електроліту, що принесе ризики безпеці.
4. У процесі введення та екстракції іонів літію об’єм сильно змінюється, а стабільність циклу є поганою.
У порівнянні з вуглецевими матеріалами Li4Ti5012 типу шпінелі має значні переваги:
1. Це матеріал з нульовою деформацією та має хороші показники циркуляції;
2. Напруга розряду є стабільною, і електроліт не розкладається, що покращує безпечні характеристики літієвих батарей;
3. Порівняно з вуглецевими анодними матеріалами титанат літію має високий коефіцієнт дифузії іонів літію (2*10-8 см2/с), і його можна заряджати та розряджати з високою швидкістю.
4. Потенціал титанату літію вищий, ніж у чистого металевого літію, і нелегко генерувати дендрити літію, що забезпечує основу для забезпечення безпеки літієвих батарей.
контур обслуговування
Він складається з двох польових транзисторів і спеціального інтегрованого блоку обслуговування S-8232.Контрольна трубка перезаряду FET2 і контрольна трубка надмірного розряду FET1 підключені послідовно до схеми, а напруга батареї контролюється та контролюється IC технічного обслуговування.Коли напруга батареї підвищується до 4,2 В, трубка підтримки перезаряду FET1 вимикається, і заряджання припиняється.Щоб уникнути несправності, до зовнішнього ланцюга зазвичай додають конденсатор затримки.Коли акумулятор знаходиться в розрядженому стані, напруга акумулятора падає до 2,55.
Час публікації: 30 березня 2023 р