Литиева батерия е вид батерия, която използва литиев метал или литиева сплав като материал за отрицателен електрод и използва неводен електролитен разтвор.Най-ранната представена литиева батерия идва от великия изобретател Едисън.
Литиеви батерии – литиеви батерии
литиева батерия
Литиева батерия е вид батерия, която използва литиев метал или литиева сплав като материал за отрицателен електрод и използва неводен електролитен разтвор.Най-ранната представена литиева батерия идва от великия изобретател Едисън.
Тъй като химичните свойства на металния литий са много активни, обработката, съхранението и приложението на металния литий имат много високи екологични изисквания.Поради това литиевите батерии не се използват дълго време.
С развитието на микроелектронните технологии през ХХ век миниатюрните устройства се увеличават с всеки изминал ден, което поставя високи изисквания към захранването.След това литиевите батерии навлязоха в широкомащабна практическа фаза.
За първи път е използван в сърдечни пейсмейкъри.Тъй като скоростта на саморазреждане на литиевите батерии е изключително ниска, напрежението на разреждане е стръмно.Той дава възможност за имплантиране на пейсмейкъра в човешкото тяло за дълго време.
Литиевите батерии обикновено имат номинално напрежение по-високо от 3,0 волта и са по-подходящи за захранващи устройства с интегрални схеми.Батериите с манганов диоксид се използват широко в компютри, калкулатори, камери и часовници.
За да се разработят сортове с по-добра производителност, са изследвани различни материали.И след това правете продукти както никога досега.Например батериите със серен диоксид и литиево-тионилхлоридните батерии са много отличителни.Техният положителен активен материал също е разтворител за електролита.Тази структура присъства само в неводни електрохимични системи.Следователно изследването на литиевите батерии също насърчи развитието на електрохимичната теория на неводните системи.В допълнение към използването на различни неводни разтворители са проведени и изследвания върху полимерни тънкослойни батерии.
През 1992 г. Sony успешно разработва литиево-йонни батерии.Практическото му приложение значително намалява теглото и обема на преносими електронни устройства като мобилни телефони и преносими компютри.Времето за използване е значително удължено.Тъй като литиево-йонните батерии не съдържат тежък метал хром, в сравнение с никел-хром батериите, замърсяването на околната среда е значително намалено.
1. Литиево-йонна батерия
Литиево-йонните батерии вече са разделени на две категории: течни литиево-йонни батерии (LIB) и полимерни литиево-йонни батерии (PLB).Сред тях течната литиево-йонна батерия се отнася до вторичната батерия, в която Li + интеркалационното съединение е положителните и отрицателните електроди.Положителният електрод избира литиево съединение LiCoO2 или LiMn2O4, а отрицателният електрод избира литиево-въглеродно междинно съединение.Литиево-йонните батерии са идеална движеща сила за развитие през 21-ви век поради тяхното високо работно напрежение, малък размер, леко тегло, висока енергия, без ефект на паметта, без замърсяване, ниско саморазреждане и дълъг живот на цикъла.
2. Кратка история на развитието на литиево-йонната батерия
Литиевите батерии и литиево-йонните батерии са нови високоенергийни батерии, успешно разработени през 20 век.Отрицателният електрод на тази батерия е метален литий, а положителният електрод е MnO2, SOCL2, (CFx)n и т.н. Той е пуснат в практическа употреба през 1970 г.Поради своята висока енергия, високо напрежение на батерията, широк диапазон на работна температура и дълъг живот на съхранение, той е широко използван във военни и граждански малки електрически уреди, като мобилни телефони, преносими компютри, видеокамери, фотоапарати и др., частично замяна на традиционните батерии..
3. Перспективи за развитие на литиево-йонни батерии
Литиево-йонните батерии са широко използвани в преносими уреди като преносими компютри, видеокамери и мобилни комуникации поради техните уникални функционални предимства.Разработената сега литиево-йонна батерия с голям капацитет е изпробвана в електрически превозни средства и се смята, че ще се превърне в един от основните източници на енергия за електрически превозни средства през 21-ви век и ще се използва в сателити, космическо пространство и съхранение на енергия .
4. Основната функция на батерията
(1) Напрежението на отворена верига на батерията
(2) Вътрешно съпротивление на батерията
(3) Работното напрежение на батерията
(4) Зарядно напрежение
Напрежението за зареждане се отнася до напрежението, приложено към двата края на батерията от външното захранване, когато вторичната батерия се зарежда.Основните методи за зареждане включват зареждане с постоянен ток и зареждане с постоянно напрежение.Обикновено се използва зареждане с постоянен ток и неговата характеристика е, че зарядният ток е стабилен по време на процеса на зареждане.С напредването на зареждането активният материал се възстановява, реакционната площ на електрода непрекъснато се намалява и поляризацията на двигателя постепенно се увеличава.
(5) Капацитет на батерията
Капацитетът на батерията се отнася до количеството електричество, получено от батерията, което обикновено се изразява с C, а единицата обикновено се изразява с Ah или mAh.Капацитетът е важна цел на електрическите характеристики на батерията.Капацитетът на батерията обикновено се разделя на теоретичен капацитет, практически капацитет и номинален капацитет.
Капацитетът на батерията се определя от капацитета на електродите.Ако капацитетите на електродите не са еднакви, капацитетът на батерията зависи от електрода с по-малък капацитет, но в никакъв случай не е сумата от капацитетите на положителния и отрицателния електрод.
(6) Функция за съхранение и живот на батерията
Една от основните характеристики на химическите източници на енергия е, че те могат да отделят електрическа енергия, когато се използват, и да съхраняват електрическа енергия, когато не се използват.Така наречената функция за съхранение е способността да се поддържа зареждане на вторичната батерия.
По отношение на вторичната батерия, експлоатационният живот е важен параметър за измерване на производителността на батерията.Вторичната батерия се зарежда и разрежда веднъж, наречен цикъл (или цикъл).При определен критерий за зареждане и разреждане броят времена на зареждане и разреждане, които батерията може да издържи, преди капацитетът на батерията да достигне определена стойност, се нарича работен цикъл на вторичната батерия.Литиево-йонните батерии имат отлична производителност при съхранение и дълъг живот на цикъла.
Литиеви батерии – характеристики
А. Висока енергийна плътност
Теглото на литиево-йонната батерия е половината от това на никел-кадмиевата или никел-водородната батерия със същия капацитет, а обемът е 40-50% от никел-кадмиевата и 20-30% от никел-водородната батерия .
B. Високо напрежение
Работното напрежение на една литиево-йонна батерия е 3,7 V (средна стойност), което е еквивалентно на три никел-кадмиеви или никел-метал хидридни батерии, свързани последователно.
C. Без замърсяване
Литиево-йонните батерии не съдържат вредни метали като кадмий, олово и живак.
D. Не съдържа метален литий
Литиево-йонните батерии не съдържат метален литий и следователно не са предмет на разпоредби като забраната за носене на литиеви батерии в пътнически самолети.
Д. Живот с висок цикъл
При нормални условия литиево-йонните батерии могат да имат повече от 500 цикъла на зареждане-разреждане.
Е. Няма ефект на паметта
Ефектът на паметта се отнася до феномена, при който капацитетът на никел-кадмиевата батерия се намалява по време на цикъла на зареждане и разреждане.Литиево-йонните батерии нямат този ефект.
G. Бързо зареждане
Използването на зарядно устройство с постоянен ток и постоянно напрежение с номинално напрежение 4,2 V може да зареди напълно литиево-йонната батерия за един до два часа.
Литиева батерия – принцип и структура на литиевата батерия
1. Структура и принцип на работа на литиево-йонна батерия: Така наречената литиево-йонна батерия се отнася до вторична батерия, съставена от две съединения, които могат обратимо да интеркалират и деинтеркалират литиеви йони като положителни и отрицателни електроди.Хората наричат тази литиево-йонна батерия с уникален механизъм, който разчита на прехвърлянето на литиеви йони между положителните и отрицателните електроди, за да завърши операцията по зареждане и разреждане на батерията, като „батерия на люлеещ се стол“, известна като „литиева батерия“. .Вземете LiCoO2 като пример: (1) Когато батерията е заредена, литиевите йони се деинтеркалират от положителния електрод и се интеркалират в отрицателния електрод, и обратно при разреждане.Това изисква електродът да бъде в състояние на литиева интеркалация преди монтажа.Обикновено като положителен електрод се избира литиев интеркалиран оксид на преходен метал с потенциал, по-голям от 3 V спрямо литий и стабилен във въздуха, като LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) За материали, които са отрицателни електроди, изберете интеркалируеми литиеви съединения, чийто потенциал е възможно най-близък до потенциала на лития.Например различни въглеродни материали включват естествен графит, синтетичен графит, въглеродни влакна, мезофазен сферичен въглерод и др. и метални оксиди, включително SnO, SnO2, калаен композитен оксид SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) и т.н.
литиева батерия
2. Батерията обикновено включва: положителен, отрицателен, електролит, сепаратор, положителен проводник, отрицателна плоча, централен извод, изолационен материал (изолатор), предпазен клапан (предпазен клапан), уплътнителен пръстен (уплътнение), PTC (положителен извод за контрол на температурата), кутия за батерии.Като цяло хората са по-загрижени за положителния електрод, отрицателния електрод и електролита.
литиева батерия
Сравнение на структурата на литиево-йонната батерия
Според различните катодни материали той се разделя на железен литий, кобалтов литий, манганов литий и др.;
От класификацията на формата обикновено се разделя на цилиндрични и квадратни, а полимерните литиеви йони също могат да бъдат направени във всякаква форма;
Според различните електролитни материали, използвани в литиево-йонните батерии, литиево-йонните батерии могат да бъдат разделени на две категории: течни литиево-йонни батерии (LIB) и литиево-йонни батерии в твърдо състояние.PLIB) е вид твърдотелна литиево-йонна батерия.
електролит
Shell/Package Barrier Current Collector
Течна литиево-йонна батерия Течна неръждаема стомана, алуминиево 25μPE медно фолио и алуминиево фолио полимерна литиево-йонна батерия колоиден полимерен алуминиев/PP композитен филм без бариера или единично μPE медно фолио и алуминиево фолио
Литиеви батерии – функцията на литиево-йонните батерии
1. Висока енергийна плътност
В сравнение с NI/CD или NI/MH батерии със същия капацитет, литиево-йонните батерии са с по-леко тегло и тяхната обемна специфична енергия е 1,5 до 2 пъти по-голяма от тази на тези два типа батерии.
2. Високо напрежение
Литиево-йонните батерии използват литиеви електроди, съдържащи силно електроотрицателни елементи, за да постигнат напрежения на клемите до 3,7 V, което е три пъти повече от напрежението на NI/CD или NI/MH батерии.
3. Незамърсяващ, екологичен
4. Дълъг живот на цикъла
Продължителността на живота надвишава 500 пъти
5. Висока товароносимост
Литиево-йонните батерии могат да се разреждат непрекъснато с голям ток, така че тази батерия може да се използва в уреди с висока мощност като камери и преносими компютри.
6. Отлична сигурност
Благодарение на използването на отлични анодни материали, проблемът с растежа на литиев дендрит по време на зареждане на батерията е преодолян, което значително подобрява безопасността на литиево-йонните батерии.В същото време са избрани специални възстановими аксесоари, за да се гарантира безопасността на батерията по време на употреба.
Литиева батерия – метод за зареждане на литиево-йонна батерия
Метод 1. Преди литиево-йонната батерия да напусне фабриката, производителят е извършил активираща обработка и предварително зареждане, така че литиево-йонната батерия има остатъчна мощност и литиево-йонната батерия се зарежда според периода на настройка.Този период на коригиране трябва да се извърши 3 до 5 пъти напълно.освобождаване от отговорност.
Метод 2. Преди зареждане литиево-йонната батерия не трябва да се разрежда специално.Неправилното разреждане ще повреди батерията.Когато зареждате, опитайте се да използвате бавно зареждане и намалете бързото зареждане;времето не трябва да надвишава 24 часа.Само след като батерията е преминала през три до пет пълни цикъла на зареждане и разреждане, нейните вътрешни химикали ще бъдат напълно „активирани“ за оптимална употреба.
Метод 3. Моля, използвайте оригиналното зарядно устройство или зарядно устройство с реномирана марка.За литиеви батерии използвайте специално зарядно устройство за литиеви батерии и следвайте инструкциите.В противен случай батерията ще бъде повредена или дори рискувана.
Метод 4. Новозакупената батерия е литиево-йонна, така че първите 3 до 5 пъти на зареждане обикновено се наричат период на настройка и трябва да се зарежда повече от 14 часа, за да се гарантира, че активността на литиевите йони е напълно активирана.Литиево-йонните батерии нямат ефект на паметта, но имат силна инертност.Те трябва да бъдат напълно активирани, за да се осигури най-добра производителност в бъдещи приложения.
Метод 5. Литиево-йонната батерия трябва да използва специално зарядно устройство, в противен случай може да не достигне състоянието на насищане и да повлияе на нейната функция.След зареждане избягвайте да го поставяте върху зарядното устройство за повече от 12 часа и отделяйте батерията от мобилния електронен продукт, когато не се използва дълго време.
Литиева батерия – използване
С развитието на микроелектронните технологии през ХХ век миниатюрните устройства се увеличават с всеки изминал ден, което поставя високи изисквания към захранването.След това литиевите батерии навлязоха в широкомащабна практическа фаза.
За първи път е използван в сърдечни пейсмейкъри.Тъй като скоростта на саморазреждане на литиевите батерии е изключително ниска, напрежението на разреждане е стръмно.Той дава възможност за имплантиране на пейсмейкъра в човешкото тяло за дълго време.
Литиевите батерии обикновено имат номинално напрежение по-високо от 3,0 волта и са по-подходящи за захранващи устройства с интегрални схеми.Батериите с манганов диоксид се използват широко в компютри, калкулатори, камери и часовници.
Пример за приложение
1. Има много батерии като заместители при ремонт на батерии: като тези, използвани в преносимите компютри.След ремонт се установява, че когато този пакет батерии е повреден, само отделните батерии имат проблеми.Може да се замени с подходяща едноклетъчна литиева батерия.
2. Създаване на миниатюрно фенерче с висока яркост Авторът веднъж е използвал една литиева батерия 3.6V1.6AH с бяла тръба със супер яркост, излъчваща светлина, за да направи миниатюрно фенерче, което е лесно за използване, компактно и красиво.И поради големия капацитет на батерията, може да се използва средно половин час всяка вечер и е използван повече от два месеца без зареждане.
3. Алтернативно 3V захранване
Тъй като напрежението на едноклетъчната литиева батерия е 3,6 V.Следователно само една литиева батерия може да замени две обикновени батерии за захранване на малки домакински уреди като радио, уокмени, фотоапарати и др., която не само е лека, но и издържа дълго време.
Материал на анода на литиево-йонната батерия – литиев титанат
Може да се комбинира с литиев манганат, трикомпонентни материали или литиево-железен фосфат и други положителни материали за образуване на 2,4 V или 1,9 V литиево-йонни вторични батерии.В допълнение, той може да се използва и като положителен електрод за образуване на 1,5 V литиева батерия с метален литий или вторична батерия с отрицателен електрод от литиева сплав.
Поради високата безопасност, високата стабилност, дълголетието и зелените характеристики на литиевия титанат.Може да се предвиди, че материалът от литиев титанат ще се превърне в материал за отрицателни електроди на ново поколение литиево-йонни батерии след 2-3 години и ще се използва широко в нови електрически превозни средства, електрически мотоциклети и такива, изискващи висока безопасност, висока стабилност и дълъг цикъл.област на приложение.Работното напрежение на литиево-титанатната батерия е 2,4 V, най-високото напрежение е 3,0 V, а зарядният ток е до 2C.
Състав на литиево-титанатната батерия
Положителен електрод: литиево-железен фосфат, литиев манганат или троен материал, литиево-никелов манганат.
Отрицателен електрод: материал литиев титанат.
Бариера: текущата бариера от литиева батерия с въглерод като отрицателен електрод.
Електролит: електролит от литиева батерия с въглерод като отрицателен електрод.
Кутия за батерии: Кутия за литиева батерия с въглерод като отрицателен електрод.
Предимствата на литиево-титанатните батерии: изборът на електрически превозни средства за замяна на превозни средства с гориво е най-добрият избор за решаване на замърсяването на градската среда.Сред тях литиево-йонните батерии привлякоха голямо внимание на изследователите.За да се изпълнят изискванията на електрическите превозни средства за бордови литиево-йонни захранващи батерии, научните изследвания и разработки Отрицателни материали с висока безопасност, добра производителност и дълголетие са неговите горещи точки и трудности.
Търговските отрицателни електроди на литиево-йонни батерии използват главно въглеродни материали, но все още има някои недостатъци при прилагането на литиеви батерии, използващи въглерод като отрицателен електрод:
1. Литиевите дендрити лесно се утаяват по време на презареждане, което води до късо съединение на батерията и засяга функцията за безопасност на литиевата батерия;
2. Лесно е да се формира SEI филм, което води до ниска първоначална мощност на зареждане и разреждане и голям необратим капацитет;
3. Тоест напрежението на платформата на въглеродните материали е ниско (близко до металния литий) и е лесно да се предизвика разлагане на електролита, което ще доведе до рискове за сигурността.
4. В процеса на вмъкване и извличане на литиеви йони обемът се променя значително и стабилността на цикъла е лоша.
В сравнение с въглеродните материали, шпинел тип Li4Ti5012 има значителни предимства:
1. Това е материал с нулево напрежение и има добра циркулация;
2. Напрежението на разреждане е стабилно и електролитът няма да се разложи, подобрявайки безопасността на литиевите батерии;
3. В сравнение с въглеродните анодни материали, литиевият титанат има висок коефициент на дифузия на литиеви йони (2*10-8cm2/s) и може да се зарежда и разрежда с висока скорост.
4. Потенциалът на литиевия титанат е по-висок от този на чистия метален литий и не е лесно да се генерират литиеви дендрити, което осигурява основа за осигуряване на безопасността на литиевите батерии.
верига за поддръжка
Състои се от два полеви транзистора и специален поддържащ интегриран блок S-8232.Тръбата за контрол на презареждането FET2 и тръбата за контрол на свръхразряда FET1 са свързани последователно към веригата и напрежението на батерията се наблюдава и контролира от IC за поддръжка.Когато напрежението на батерията се повиши до 4,2 V, тръбата за поддържане на презареждане FET1 се изключва и зареждането се прекратява.За да се избегне неизправност, към външната верига обикновено се добавя забавящ кондензатор.Когато батерията е в разредено състояние, напрежението на батерията пада до 2,55.
Време на публикуване: 30 март 2023 г