Літыевая батарэя - гэта тып батарэі, у якой у якасці матэрыялу адмоўнага электрода выкарыстоўваецца металічны літый або літыевы сплаў і выкарыстоўваецца неводны раствор электраліта.Самая ранняя з прадстаўленых літыевых батарэй пайшла ад вялікага вынаходніка Эдысана.
Літыевыя батарэі – літыевыя батарэі
літыевая батарэя
Літыевая батарэя - гэта тып батарэі, у якой у якасці матэрыялу адмоўнага электрода выкарыстоўваецца металічны літый або літыевы сплаў і выкарыстоўваецца неводны раствор электраліта.Самая ранняя з прадстаўленых літыевых батарэй пайшла ад вялікага вынаходніка Эдысана.
Паколькі хімічныя ўласцівасці металічнага літыя вельмі актыўныя, апрацоўка, захоўванне і прымяненне металічнага літыя маюць вельмі высокія экалагічныя патрабаванні.Таму літыевыя батарэі даўно не выкарыстоўваюцца.
З развіццём тэхналогіі мікраэлектронікі ў дваццатым стагоддзі колькасць мініяцюрных прылад павялічваецца з кожным днём, што прад'яўляе высокія патрабаванні да электразабеспячэння.Затым літыевыя батарэі ўвайшлі ў маштабную практычную стадыю.
Упершыню ён быў выкарыстаны ў кардыёстымулятараў.Паколькі хуткасць самаразраду літыевых батарэй надзвычай нізкая, напружанне разраду рэзкае.Гэта дае магчымасць імплантаваць кардыёстымулятар у арганізм чалавека на доўгі час.
Літыевыя батарэі звычайна маюць намінальнае напружанне вышэй за 3,0 вольта і больш падыходзяць для блокаў сілкавання з інтэгральнымі схемамі.Акумулятары з дыяксідам марганца шырока выкарыстоўваюцца ў кампутарах, калькулятарах, камерах і гадзінніках.
Каб вывесці гатункі з лепшымі паказчыкамі, былі вывучаны розныя матэрыялы.А потым рабіць прадукты, як ніколі.Напрыклад, батарэі з дыяксідам серы і літый-тыёнілхларыду вельмі адметныя.Іх станоўчы актыўны матэрыял таксама з'яўляецца растваральнікам для электраліта.Гэтая структура прысутнічае толькі ў неводных электрахімічных сістэмах.Такім чынам, вывучэнне літыевых батарэй таксама спрыяла развіццю электрахімічнай тэорыі неводных сістэм.У дадатак да выкарыстання розных неводных растваральнікаў таксама праводзіліся даследаванні палімерных тонкаплёнкавых батарэй.
У 1992 годзе Sony паспяхова распрацавала літый-іённыя батарэі.Яго практычнае прымяненне значна зніжае вагу і аб'ём партатыўных электронных прылад, такіх як мабільныя тэлефоны і партатыўныя кампутары.Час выкарыстання значна павялічваецца.Паколькі літый-іённыя акумулятары не ўтрымліваюць цяжкага металу хрому, у параўнанні з хром-нікель-акумулятарамі, забруджванне навакольнага асяроддзя значна зніжаецца.
1. Літый-іённы акумулятар
Цяпер літый-іённыя батарэі дзеляцца на дзве катэгорыі: вадкія літый-іённыя батарэі (LIB) і палімерныя літый-іённыя батарэі (PLB).Сярод іх вадкая літый-іённая батарэя адносіцца да другаснай батарэі, у якой інтэркаляцыйнае злучэнне Li + з'яўляецца станоўчым і адмоўным электродамі.Станоўчы электрод выбірае злучэнне літыя LiCoO2 або LiMn2O4, а адмоўны электрод выбірае злучэнне праслойкі літый-вуглярод.Літый-іённыя акумулятары з'яўляюцца ідэальнай рухаючай сілай для развіцця ў 21-м стагоддзі з-за іх высокага працоўнага напружання, невялікіх памераў, лёгкай вагі, высокай энергіі, адсутнасці эфекту памяці, адсутнасці забруджвання, нізкага самаразраду і працяглага тэрміну службы.
2. Кароткая гісторыя развіцця літый-іённых батарэй
Літыевыя батарэі і літый-іённыя батарэі - гэта новыя высокаэнергетычныя батарэі, паспяхова распрацаваныя ў 20 стагоддзі.Адмоўным электродам гэтай батарэі з'яўляецца металічны літый, а станоўчым - MnO2, SOCL2, (CFx)n і г. д. Ён быў уведзены ў практычную эксплуатацыю ў 1970-х гадах.З-за высокай энергіі, высокага напружання акумулятара, шырокага дыяпазону працоўных тэмператур і доўгага тэрміну захоўвання ён шырока выкарыстоўваецца ў ваенных і грамадзянскіх невялікіх электрапрыборах, такіх як мабільныя тэлефоны, партатыўныя кампутары, відэакамеры, фотаапараты і г.д., часткова замена традыцыйных батарэек..
3. Перспектывы развіцця літый-іённых акумулятараў
Літый-іённыя батарэі шырока выкарыстоўваюцца ў партатыўных прыборах, такіх як партатыўныя кампутары, відэакамеры і сродкі мабільнай сувязі, дзякуючы сваім унікальным функцыянальным перавагам.Літый-іённы акумулятар вялікай ёмістасці, распрацаваны зараз, быў апрабаваны ў электрамабілях, і мяркуецца, што ён стане адной з асноўных крыніц энергіі для электрамабіляў у 21-м стагоддзі і будзе выкарыстоўвацца ў спадарожніках, аэракасмічнай і назапашвальнай энергіі. .
4. Асноўная функцыя акумулятара
(1) Напружанне холадна акумулятара
(2) Унутранае супраціўленне батарэі
(3) Працоўнае напружанне батарэі
(4) Напружанне зарадкі
Зараднае напружанне адносіцца да напружання, якое падаецца на абодва бакі акумулятара знешняй крыніцай харчавання, калі другасны акумулятар зараджаецца.Асноўныя спосабы зарадкі ўключаюць зарадку пастаянным токам і зарадку пастаянным напругай.Як правіла, выкарыстоўваецца зарадка з пастаянным токам, і яе характарыстыка заключаецца ў тым, што ток зарадкі стабільны ў працэсе зарадкі.Па меры зарадкі актыўны матэрыял аднаўляецца, плошча рэакцыі электрода пастаянна памяншаецца, а палярызацыя рухавіка паступова павялічваецца.
(5) Ёмістасць батарэі
Ёмістасць батарэі адносіцца да колькасці электраэнергіі, атрыманай ад батарэі, якая звычайна выражаецца ў С, а адзінка звычайна выражаецца ў Аг або мАг.Ёмістасць з'яўляецца важнай задачай электрычных характарыстык батарэі.Ёмістасць батарэі звычайна падзяляецца на тэарэтычную, практычную і намінальную.
Ёмістасць батарэі вызначаецца ёмістасцю электродаў.Калі ёмістасці электродаў не аднолькавыя, ёмістасць батарэі залежыць ад электрода з меншай ёмістасцю, але гэта ні ў якім разе не сума ёмістасцяў станоўчага і адмоўнага электродаў.
(6) Функцыя захоўвання і тэрмін службы батарэі
Адной з асноўных асаблівасцей хімічных крыніц энергіі з'яўляецца тое, што яны могуць вылучаць электрычную энергію, калі яны выкарыстоўваюцца, і захоўваць электрычную энергію, калі яны не выкарыстоўваюцца.Так званая функцыя захоўвання - гэта магчымасць падтрымліваць зарадку другаснай батарэі.
Што тычыцца другаснай батарэі, тэрмін службы з'яўляецца важным параметрам для вымярэння прадукцыйнасці батарэі.Другасная батарэя зараджаецца і разраджаецца адзін раз, што называецца цыклам (або цыклам).У адпаведнасці з пэўным крытэрам зарадкі і разрадкі, колькасць разоў зарадкі і разрадкі, якія акумулятар можа вытрымаць, перш чым ёмістасць акумулятара дасягне пэўнага значэння, называецца працоўным цыклам другаснага акумулятара.Літый-іённыя акумулятары маюць выдатныя характарыстыкі захоўвання і працяглы тэрмін службы.
Літыевыя батарэі - Асаблівасці
А. Высокая шчыльнасць энергіі
Вага літый-іённага акумулятара ўдвая меншы, чым нікель-кадміевага або нікель-вадароднага акумулятара той жа ёмістасці, а аб'ём складае 40-50% ад нікель-кадміевага і 20-30% ад нікель-вадароднага акумулятара. .
B. Высокае напружанне
Працоўнае напружанне адной літый-іённай батарэі складае 3,7 В (сярэдняе значэнне), што эквівалентна трыма паслядоўна злучаным нікель-кадміевым або нікель-металгідрыдным батарэям.
C. Няма забруджвання
Літый-іённыя батарэі не ўтрымліваюць такіх шкодных металаў, як кадмій, свінец і ртуць.
D. Не ўтрымлівае металічны літый
Літый-іённыя акумулятары не ўтрымліваюць металічнага літыя і, такім чынам, не падпадаюць пад правілы, такія як забарона на правоз літыевых акумулятараў на пасажырскіх самалётах.
E. Высокі цыкл жыцця
У нармальных умовах літый-іённыя батарэі могуць мець больш за 500 цыклаў зарадкі-разрадкі.
F. Без эфекту памяці
Эфект памяці адносіцца да з'явы, калі ёмістасць нікель-кадміевай батарэі памяншаецца падчас цыкла зарадкі і разрадкі.Літый-іённыя батарэі не валодаюць такім эфектам.
G. Хуткая зарадка
Выкарыстанне зараднай прылады пастаяннага току і пастаяннага напружання з намінальным напружаннем 4,2 В можа цалкам зарадзіць літый-іённы акумулятар за адну-дзве гадзіны.
Літыевая батарэя - прынцып і структура літыевай батарэі
1. Структура і прынцып працы літый-іённай батарэі: так званая літый-іённая батарэя адносіцца да другаснай батарэі, якая складаецца з двух злучэнняў, якія могуць зварачальна інтэркаляваць і дэінтэркаляваць іёны літыя ў якасці станоўчых і адмоўных электродаў.Людзі называюць гэты літый-іённы акумулятар з унікальным механізмам, які абапіраецца на перанос іёнаў літыя паміж станоўчымі і адмоўнымі электродамі для завяршэння аперацыі зарада і разраду акумулятара, як «батарэя-крэсла-качалка», шырока вядомая як «літыевая батарэя». .У якасці прыкладу возьмем LiCoO2: (1) Калі акумулятар зараджаны, іёны літыя дэінтэркалююцца з станоўчага электрода і ўстаўляюцца ў адмоўны электрод, і наадварот пры разрадзе.Гэта патрабуе, каб электрод перад зборкай знаходзіўся ў стане інтэркаляцыі літыя.Як правіла, у якасці станоўчага электрода выбіраюць інтэркаляцыйны аксід пераходнага металу літыя з патэнцыялам большым за 3 В адносна літыя і стабільны на паветры, напрыклад LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Для матэрыялаў, якія з'яўляюцца адмоўнымі электродамі, выбірайце інтэркаляваныя злучэнні літыя, патэнцыял якіх максімальна блізкі да патэнцыялу літыя.Напрыклад, розныя вугляродныя матэрыялы ўключаюць натуральны графіт, сінтэтычны графіт, вугляроднае валакно, мезафазны сферычны вуглярод і г.д., а таксама аксіды металаў, у тым ліку SnO, SnO2, кампазітны аксід волава SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) і г.д.
літыевая батарэя
2. Акумулятар звычайна ўключае: станоўчы, адмоўны, электраліт, сепаратар, станоўчы провад, адмоўную пласціну, цэнтральную клему, ізаляцыйны матэрыял (ізалятар), ахоўны клапан (засцерагальны клапан), ушчыльняльнае кольца (пракладка), PTC (станоўчая клема кантролю тэмпературы), корпус батарэі.Як правіла, людзей больш хвалююць станоўчы электрод, адмоўны электрод і электраліт.
літыевая батарэя
Параўнанне структуры літый-іённай батарэі
У залежнасці ад розных матэрыялаў катода, ён дзеліцца на літый жалеза, літый кобальту, літый марганца і г.д.;
Зыходзячы з класіфікацыі формы, ён звычайна дзеліцца на цыліндрычны і квадратны, і палімерныя іёны літыя таксама могуць быць зроблены ў любой форме;
У залежнасці ад розных электралітных матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца ў літый-іённых батарэях, літый-іённыя батарэі можна падзяліць на дзве катэгорыі: вадкія літый-іённыя батарэі (LIB) і цвёрдацельныя літый-іённыя батарэі.PLIB) - гэта свайго роду цвёрдацельны літый-іённы акумулятар.
электраліт
Бар'ерны токапрыёмнік Shell/Package Barrier
Вадкі літый-іённы акумулятар Вадкая нержавеючая сталь, алюміній 25μPE медная фальга і алюмініевая фальга, палімерны літый-іённы акумулятар, калоідная палімерная алюмініевая/ПП кампазітная плёнка без бар'ера або адзінкавая медная фальга μPE і алюмініевая фальга
Літыевыя батарэі - Функцыя літый-іённых батарэй
1. Высокая шчыльнасць энергіі
У параўнанні з батарэямі NI/CD або NI/MH такой жа ёмістасці, літый-іённыя батарэі меншыя па вазе, а іх удзельная энергія ў 1,5-2 разы большая, чым у гэтых двух тыпаў батарэй.
2. Высокае напружанне
Літый-іённыя акумулятары выкарыстоўваюць літыевыя электроды з высокім узроўнем электраадмоўных элементаў для дасягнення напружання на клемах да 3,7 В, што ў тры разы перавышае напружанне акумулятараў NI/CD або NI/MH.
3. Экалагічна чысты, экалагічна чысты
4. Доўгі цыкл жыцця
Працягласць жыцця перавышае 500 разоў
5. Высокая грузападымальнасць
Літый-іённыя акумулятары могуць пастаянна разраджацца вялікім токам, так што гэты акумулятар можна выкарыстоўваць у магутных прыборах, такіх як фотаапараты і партатыўныя кампутары.
6. Выдатная бяспека
Дзякуючы выкарыстанню выдатных анодных матэрыялаў праблема росту літыевых дендрытаў падчас зарадкі акумулятара пераадольваецца, што значна павышае бяспеку літый-іённых акумулятараў.Пры гэтым падбіраюцца спецыяльныя аднаўляюцца аксэсуары, якія забяспечваюць захаванасць акумулятара падчас выкарыстання.
Літыевая батарэя – метад зарадкі літый-іённай батарэі
Спосаб 1. Перш чым літый-іённы акумулятар пакіне завод, вытворца правёў апрацоўку актывацыі і папярэдне зарадзіў, таму літый-іённы акумулятар мае рэшткавы запас энергіі, і літый-іённы акумулятар зараджаецца ў адпаведнасці з перыядам рэгулявання.Гэты перыяд карэкціроўкі неабходна правесці ад 3 да 5 разоў цалкам.Разрад.
Спосаб 2. Перад зарадкай літый-іённы акумулятар не трэба спецыяльна разраджаць.Няправільны разрад пашкодзіць акумулятар.Падчас зарадкі паспрабуйце выкарыстоўваць павольную зарадку і паменшыць хуткую зарадку;час не павінна перавышаць 24 гадзін.Толькі пасля таго, як батарэя пройдзе ад трох да пяці поўных цыклаў зарадкі і разрадкі, яе ўнутраныя хімікаты будуць цалкам «актываваны» для аптымальнага выкарыстання.
Спосаб 3. Выкарыстоўвайце арыгінальную зарадную прыладу або зарадную прыладу вядомай маркі.Для літыевых батарэй выкарыстоўвайце спецыяльнае зарадная прылада для літыевых батарэй і выконвайце інструкцыі.У адваротным выпадку акумулятар будзе пашкоджаны ці нават пад пагрозай.
Спосаб 4. Нядаўна набыты літый-іённы акумулятар, таму першыя 3-5 разоў зарадкі звычайна называюць перыядам адаптацыі, і яго трэба зараджаць больш за 14 гадзін, каб пераканацца, што актыўнасць іёнаў літыя цалкам актывавана.Літый-іённыя батарэі не валодаюць эфектам памяці, але валодаюць моцнай інэртнасцю.Яны павінны быць цалкам актываваныя, каб забяспечыць лепшую прадукцыйнасць у будучых праграмах.
Спосаб 5. Літый-іённы акумулятар павінен выкарыстоўваць спецыяльнае зарадная прылада, інакш ён можа не дасягнуць стану насычэння і паўплываць на яго працу.Пасля зарадкі не кладзіце яе на зарадную прыладу больш чым на 12 гадзін і адлучайце батарэю ад мабільнага электроннага прадукту, калі ён не выкарыстоўваецца на працягу доўгага часу.
Літыевая батарэя - выкарыстанне
З развіццём тэхналогіі мікраэлектронікі ў дваццатым стагоддзі колькасць мініяцюрных прылад павялічваецца з кожным днём, што прад'яўляе высокія патрабаванні да электразабеспячэння.Затым літыевыя батарэі ўвайшлі ў маштабную практычную стадыю.
Упершыню ён быў выкарыстаны ў кардыёстымулятараў.Паколькі хуткасць самаразраду літыевых батарэй надзвычай нізкая, напружанне разраду рэзкае.Гэта дае магчымасць імплантаваць кардыёстымулятар у арганізм чалавека на доўгі час.
Літыевыя батарэі звычайна маюць намінальнае напружанне вышэй за 3,0 вольта і больш падыходзяць для блокаў сілкавання з інтэгральнымі схемамі.Акумулятары з дыяксідам марганца шырока выкарыстоўваюцца ў кампутарах, калькулятарах, камерах і гадзінніках.
Прыклад прымянення
1. Ёсць шмат акумулятараў, якія можна замяніць пры рамонце акумулятараў: напрыклад, тыя, што выкарыстоўваюцца ў партатыўных кампутарах.Пасля рамонту высветлілася, што пры пашкоджанні гэтага блока батарэй праблемы ўзнікаюць толькі з асобнымі батарэямі.Яе можна замяніць адпаведнай аднаэлементнай літыевай батарэяй.
2. Стварэнне мініяцюрнага ліхтарыка высокай яркасці Аўтар аднойчы выкарыстаў адну літыевую батарэю 3,6 В 1,6 Ач з белай святловыпраменьвальнай трубкай звышяркасці, каб зрабіць мініяцюрны ліхтар, які просты ў выкарыстанні, кампактны і прыгожы.А з-за вялікай ёмістасці акумулятара ім можна карыстацца ў сярэднім паўгадзіны кожную ноч, а без зарадкі ён выкарыстоўваўся больш за два месяцы.
3. Альтэрнатыўны крыніца харчавання 3В
Паколькі напружанне аднаэлементнай літыевай батарэі складае 3,6 В.Такім чынам, толькі адна літыевая батарэя можа замяніць дзве звычайныя батарэі для харчавання невялікіх бытавых прыбораў, такіх як радыёпрыёмнікі, плееры, фотаапараты і г.д., якія не толькі лёгкія, але і служаць доўга.
Матэрыял анода літый-іённай батарэі - тытанат літыя
Яго можна спалучаць з манганатам літыя, трохкомпонентнымі матэрыяламі або фасфатам літыя і жалеза і іншымі станоўчымі матэрыяламі для фарміравання другасных літый-іённых батарэй 2,4 В або 1,9 В.Акрамя таго, ён таксама можа быць выкарыстаны ў якасці станоўчага электрода для фарміравання літыевай батарэі 1,5 В з другаснай батарэяй з металічнага літыя або адмоўнага электрода з літыевага сплаву.
З-за высокай бяспекі, высокай стабільнасці, даўгавечнасці і экалагічных характарыстык тытаната літыя.Можна прагназаваць, што тытанат літыя стане матэрыялам адмоўнага электрода новага пакалення літый-іённых акумулятараў праз 2-3 гады і будзе шырока выкарыстоўвацца ў новых сілавых транспартных сродках, электрычных матацыклах і тых, што патрабуюць высокай бяспекі, высокай стабільнасці і доўгага цыклу.вобласць прымянення.Працоўнае напружанне батарэі з тытаната літыя складае 2,4 В, самае высокае напружанне - 3,0 В, а ток зарадкі - да 2 С.
Кампазіцыя акумулятара тытаната літыя
Станоўчы электрод: фасфат літый-жалеза, манганат літыя або трайны матэрыял, манганат літыя-нікеля.
Адмоўны электрод: тытанат літыя.
Бар'ер: цяперашні бар'ер літыевай батарэі з вугляродам у якасці адмоўнага электрода.
Электраліт: электраліт літыевай батарэі з вугляродам у якасці адмоўнага электрода.
Корпус батарэі: корпус літыевай батарэі з вугляродам у якасці адмоўнага электрода.
Перавагі літый-тытанатных батарэй: выбар электрамабіляў для замены паліўных транспартных сродкаў - лепшы выбар для вырашэння забруджвання навакольнага асяроддзя ў гарадах.Сярод іх вялікую ўвагу даследчыкаў прыцягнулі літый-іённыя батарэі.Для таго, каб задаволіць патрабаванні электрычных транспартных сродкаў для бартавых літый-іённых акумулятараў, даследаванні і распрацоўкі Адмоўныя матэрыялы з высокай бяспекай, добрай хуткасцю і даўгавечнасцю з'яўляюцца яго гарачымі кропкамі і цяжкасцямі.
У камерцыйных адмоўных электродах літый-іённых батарэй у асноўным выкарыстоўваюцца вугляродныя матэрыялы, але прымяненне літыевых батарэй з выкарыстаннем вугляроду ў якасці адмоўнага электрода ўсё яшчэ мае некаторыя недахопы:
1. Дэндрыты літыя лёгка выпадаюць у асадак падчас перазарадкі, што прыводзіць да кароткага замыкання батарэі і ўплывае на функцыю бяспекі літыевай батарэі;
2. Лёгка сфармаваць плёнку SEI, што прыводзіць да нізкай пачатковай магутнасці зарада і разраду і вялікай незваротнай ёмістасці;
3. Гэта значыць, напружанне платформы вугляродных матэрыялаў нізкае (блізкае да металічнага літыя), і лёгка выклікаць раскладанне электраліта, што прывядзе да рызыкі бяспекі.
4. У працэсе ўвядзення і экстракцыі іёнаў літыя аб'ём значна змяняецца, а стабільнасць цыкла дрэнная.
У параўнанні з вугляроднымі матэрыяламі шпинель Li4Ti5012 мае значныя перавагі:
1. Гэта матэрыял з нулявой дэфармацыяй і мае добрыя характарыстыкі цыркуляцыі;
2. Напружанне разраду стабільнае, і электраліт не раскладаецца, што паляпшае характарыстыкі бяспекі літыевых батарэй;
3. У параўнанні з вугляроднымі аноднымі матэрыяламі тытанат літыя мае высокі каэфіцыент дыфузіі іёнаў літыя (2*10-8 см2/с) і можа зараджацца і разраджацца з высокай хуткасцю.
4. Патэнцыял тытаната літыя вышэй, чым у чыстага металічнага літыя, і стварыць дендрыты літыя няпроста, што забяспечвае аснову для забеспячэння бяспекі літыевых батарэй.
схема абслугоўвання
Ён складаецца з двух палявых транзістараў і спецыяльнага абслугоўваючага інтэграванага блока S-8232.Трубка кантролю завышанага зарада FET2 і трубка кантролю залішняга разраду FET1 падключаны паслядоўна да ланцуга, і напружанне батарэі кантралюецца і кантралюецца мікрасхемай абслугоўвання.Калі напружанне акумулятара падымаецца да 4,2 В, трубка абслугоўвання перазарадкі FET1 адключаецца, і зарадка спыняецца.Каб пазбегнуць няспраўнасці, кандэнсатар затрымкі звычайна дадаецца ў знешнюю ланцуг.Калі батарэя знаходзіцца ў разраджаным стане, напружанне батарэі падае да 2,55.
Час публікацыі: 30 сакавіка 2023 г