Lithiová baterie je typ baterie, která jako materiál záporné elektrody používá kov lithia nebo lithiovou slitinu a používá nevodný roztok elektrolytu.Nejstarší představená lithiová baterie pocházela od velkého vynálezce Edisona.
Lithiové baterie – lithiové baterie
lithiová baterie
Lithiová baterie je typ baterie, která jako materiál záporné elektrody používá kov lithia nebo lithiovou slitinu a používá nevodný roztok elektrolytu.Nejstarší představená lithiová baterie pocházela od velkého vynálezce Edisona.
Protože chemické vlastnosti kovového lithia jsou velmi aktivní, má zpracování, skladování a aplikace kovového lithia velmi vysoké požadavky na životní prostředí.Proto se lithiové baterie již dlouhou dobu nepoužívají.
S rozvojem mikroelektronických technologií ve dvacátém století přibývá miniaturizovaných zařízení každým dnem, což klade vysoké požadavky na napájení.Lithiové baterie pak vstoupily do rozsáhlé praktické fáze.
Poprvé byl použit v kardiostimulátorech.Protože rychlost samovybíjení lithiových baterií je extrémně nízká, vybíjecí napětí je strmé.Umožňuje implantovat kardiostimulátor do lidského těla na dlouhou dobu.
Lithiové baterie mají obecně jmenovité napětí vyšší než 3,0 V a jsou vhodnější pro napájení integrovaných obvodů.Baterie oxidu manganičitého jsou široce používány v počítačích, kalkulačkách, fotoaparátech a hodinkách.
Aby bylo možné vyvinout odrůdy s lepším výkonem, byly studovány různé materiály.A pak vyrábět produkty jako nikdy předtím.Velmi výrazné jsou například lithiové baterie s oxidem siřičitým a lithiumthionylchloridové baterie.Jejich pozitivní aktivní materiál je také rozpouštědlem pro elektrolyt.Tato struktura je přítomna pouze v nevodných elektrochemických systémech.Studium lithiových baterií proto také podpořilo rozvoj elektrochemické teorie nevodných systémů.Kromě použití různých nevodných rozpouštědel byl prováděn také výzkum polymerních tenkovrstvých baterií.
V roce 1992 společnost Sony úspěšně vyvinula lithium-iontové baterie.Jeho praktické použití výrazně snižuje hmotnost a objem přenosných elektronických zařízení, jako jsou mobilní telefony a notebooky.Doba použití se výrazně prodlouží.Vzhledem k tomu, že lithium-iontové baterie ve srovnání s nikl-chromovými bateriemi neobsahují těžký kov, je znečištění životního prostředí výrazně sníženo.
1. Lithium-iontová baterie
Lithium-iontové baterie jsou nyní rozděleny do dvou kategorií: tekuté lithium-iontové baterie (LIB) a polymerové lithium-iontové baterie (PLB).Mezi nimi se kapalná lithium-iontová baterie týká sekundární baterie, ve které je Li+ interkalační sloučenina kladnými a zápornými elektrodami.Kladná elektroda vybírá sloučeninu lithia LiCoO2 nebo LiMn2O4 a záporná elektroda vybírá mezivrstvu lithium-uhlík.Lithium-iontové baterie jsou ideální hnací silou pro vývoj v 21. století kvůli jejich vysokému provoznímu napětí, malým rozměrům, nízké hmotnosti, vysoké energii, žádnému paměťovému efektu, žádnému znečištění, nízkému samovybíjení a dlouhé životnosti.
2. Stručná historie vývoje lithium-iontových baterií
Lithiové baterie a lithium-iontové baterie jsou nové vysokoenergetické baterie úspěšně vyvinuté ve 20. století.Záporná elektroda této baterie je kovová lithiová a kladná elektroda MnO2, SOCL2, (CFx)n atd. Do praktického používání byla uvedena v 70. letech 20. století.Vzhledem ke své vysoké energii, vysokému napětí baterie, širokému rozsahu provozních teplot a dlouhé životnosti se široce používá ve vojenských a civilních malých elektrických spotřebičích, jako jsou mobilní telefony, přenosné počítače, videokamery, fotoaparáty atd. výměna tradičních baterií..
3. Perspektivy vývoje lithium-iontových baterií
Lithium-iontové baterie byly široce používány v přenosných zařízeních, jako jsou laptopy, videokamery a mobilní komunikace, díky jejich jedinečným funkčním výhodám.Nyní vyvinutá velkokapacitní lithium-iontová baterie byla testována v elektrických vozidlech a odhaduje se, že se stane jedním z primárních zdrojů energie pro elektrická vozidla v 21. století a bude používána v satelitech, letectví a skladování energie. .
4. Základní funkce baterie
(1) Napětí baterie naprázdno
(2) Vnitřní odpor baterie
(3) Provozní napětí baterie
(4) Nabíjecí napětí
Nabíjecí napětí se týká napětí aplikovaného na oba konce baterie externím napájecím zdrojem, když se sekundární baterie nabíjí.Mezi základní způsoby nabíjení patří nabíjení konstantním proudem a nabíjení konstantním napětím.Obecně se používá nabíjení konstantním proudem a jeho charakteristikou je, že nabíjecí proud je během procesu nabíjení stabilní.Jak nabíjení postupuje, aktivní materiál se obnovuje, reakční plocha elektrody se neustále snižuje a polarizace motoru se postupně zvyšuje.
(5) Kapacita baterie
Kapacita baterie označuje množství elektřiny získané z baterie, které se obvykle vyjadřuje v C a jednotka je obvykle vyjádřena v Ah nebo mAh.Kapacita je důležitým cílem elektrického výkonu baterie.Kapacita baterie se obvykle dělí na teoretickou kapacitu, praktickou kapacitu a jmenovitou kapacitu.
Kapacita baterie je dána kapacitou elektrod.Pokud nejsou kapacity elektrod stejné, závisí kapacita baterie na elektrodě s menší kapacitou, ale v žádném případě se nejedná o součet kapacit kladných a záporných elektrod.
(6) Skladovací funkce a životnost baterie
Jedním z primárních rysů chemických zdrojů energie je, že mohou uvolňovat elektrickou energii, když se používají, a ukládat elektrickou energii, když se nepoužívají.Takzvaná akumulační funkce je schopnost udržovat nabíjení sekundární baterie.
Pokud jde o sekundární baterii, životnost je důležitým parametrem pro měření výkonu baterie.Sekundární baterie se jednou nabije a vybije, což se nazývá cyklus (nebo cyklus).Podle určitého kritéria nabíjení a vybíjení se počet dob nabíjení a vybíjení, které baterie vydrží, než kapacita baterie dosáhne určité hodnoty, nazývá provozní cyklus sekundární baterie.Lithium-iontové baterie mají vynikající skladovací výkon a dlouhou životnost.
Lithiové baterie – vlastnosti
A. Vysoká hustota energie
Hmotnost lithium-iontové baterie je poloviční ve srovnání s nikl-kadmiovou nebo nikl-vodíkovou baterií stejné kapacity a objem je 40-50% nikl-kadmiové a 20-30% nikl-vodíkové baterie .
B. Vysoké napětí
Provozní napětí jedné lithium-iontové baterie je 3,7 V (průměrná hodnota), což odpovídá třem nikl-kadmiovým nebo nikl-metal hydridovým bateriím zapojeným do série.
C. Žádné znečištění
Lithium-iontové baterie neobsahují škodlivé kovy, jako je kadmium, olovo a rtuť.
D. Neobsahuje kovové lithium
Lithium-iontové baterie neobsahují kovové lithium, a proto nepodléhají předpisům, jako je zákaz přepravy lithiových baterií v osobních letadlech.
E. Vysoká cyklická životnost
Za normálních podmínek mohou mít lithium-iontové baterie více než 500 cyklů nabití a vybití.
F. Žádný paměťový efekt
Paměťový efekt se týká jevu, kdy se kapacita nikl-kadmiové baterie snižuje během cyklu nabíjení a vybíjení.Lithium-iontové baterie tento efekt nemají.
G. Rychlé nabíjení
Pomocí nabíječky s konstantním proudem a konstantním napětím se jmenovitým napětím 4,2 V lze plně nabít lithium-iontovou baterii za jednu až dvě hodiny.
Lithiová baterie – princip a struktura lithiové baterie
1. Struktura a princip činnosti lithium-iontové baterie: Takzvaná lithium-iontová baterie označuje sekundární baterii složenou ze dvou sloučenin, které mohou reverzibilně interkalovat a deinterkalovat lithiové ionty jako kladné a záporné elektrody.Lidé nazývají tuto lithium-iontovou baterii s jedinečným mechanismem, který spoléhá na přenos iontů lithia mezi kladnými a zápornými elektrodami k dokončení operace nabíjení a vybíjení baterie, jako „baterie houpacího křesla“, běžně známá jako „lithiová baterie“ .Vezměte si jako příklad LiCoO2: (1) Když se baterie nabíjí, ionty lithia jsou deinterkalovány z kladné elektrody a interkalovány do záporné elektrody a naopak při vybíjení.To vyžaduje, aby byla elektroda před montáží ve stavu lithiové interkalace.Obecně je jako kladná elektroda vybrán lithiový interkalační oxid přechodného kovu s potenciálem vyšším než 3 V vzhledem k lithiu a stabilním na vzduchu, jako je LiCo02, LiNi02, LiMn204, LiFePO4.(2) Pro materiály, které jsou zápornými elektrodami, vyberte interkalovatelné sloučeniny lithia, jejichž potenciál je co nejblíže potenciálu lithia.Například různé uhlíkové materiály zahrnují přírodní grafit, syntetický grafit, uhlíková vlákna, mezofázový sférický uhlík atd. a oxidy kovů, včetně SnO, SnO2, kompozitního oxidu cínu SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) atd.
lithiová baterie
2. Baterie obecně obsahuje: kladný, záporný, elektrolyt, separátor, kladné olovo, zápornou desku, centrální svorku, izolační materiál (izolátor), pojistný ventil (bezpečnostní ventil), těsnicí kroužek (těsnění), PTC (kladná svorka pro řízení teploty), pouzdro na baterie.Obecně se lidé více zajímají o kladnou elektrodu, zápornou elektrodu a elektrolyt.
lithiová baterie
Srovnání struktury lithium-iontové baterie
Podle různých katodových materiálů se dělí na železo lithium, kobalt lithium, mangan lithium atd.;
Z klasifikace tvaru se obecně dělí na válcové a čtvercové a polymerní lithné ionty lze také vyrobit do libovolného tvaru;
Podle různých materiálů elektrolytu používaných v lithium-iontových bateriích lze lithium-iontové baterie rozdělit do dvou kategorií: tekuté lithium-iontové baterie (LIB) a polovodičové lithium-iontové baterie.PLIB) je druh polovodičové lithium-iontové baterie.
elektrolyt
Kolektor proudu s bariérou shell/balíček
Tekutá lithium-iontová baterie Tekutá nerezová ocel, hliníková 25μPE měděná fólie a hliníková fólie polymerová lithium-iontová baterie koloidní polymerová hliníková/PP kompozitní fólie bez bariéry nebo jedna μPE měděná fólie a hliníková fólie
Lithiové baterie – funkce lithium-iontových baterií
1. Vysoká hustota energie
Ve srovnání s bateriemi NI/CD nebo NI/MH stejné kapacity jsou lithium-iontové baterie lehčí a jejich objemová specifická energie je 1,5 až 2krát větší než u těchto dvou typů baterií.
2. Vysoké napětí
Lithium-iontové baterie používají vysoce elektronegativní lithiové elektrody obsahující prvky k dosažení koncového napětí až 3,7 V, což je trojnásobek napětí NI/CD nebo NI/MH baterií.
3. Neznečišťující, šetrné k životnímu prostředí
4. Dlouhá životnost cyklu
Životnost přesahuje 500krát
5. Vysoká nosnost
Lithium-iontové baterie lze nepřetržitě vybíjet velkým proudem, takže tuto baterii lze použít ve vysoce výkonných spotřebičích, jako jsou fotoaparáty a přenosné počítače.
6. Vynikající zabezpečení
Díky použití vynikajících materiálů anody je překonán problém růstu lithiového dendritu během nabíjení baterie, což výrazně zlepšuje bezpečnost lithium-iontových baterií.Zároveň je vybráno speciální obnovitelné příslušenství, které zajistí bezpečnost baterie během používání.
Lithiová baterie – metoda nabíjení lithium-iontové baterie
Metoda 1. Než lithium-iontová baterie opustí továrnu, provedl výrobce aktivační ošetření a přednabití, takže lithium-iontová baterie má zbytkovou energii a lithium-iontová baterie se nabíjí podle nastavené doby.Tuto dobu úpravy je třeba provést 3 až 5krát úplně.Vybít.
Metoda 2. Před nabíjením není třeba lithium-iontovou baterii speciálně vybíjet.Nesprávné vybití poškodí baterii.Při nabíjení zkuste použít pomalé nabíjení a omezte rychlé nabíjení;doba by neměla přesáhnout 24 hodin.Teprve poté, co baterie projde třemi až pěti cykly úplného nabití a vybití, budou její vnitřní chemikálie plně „aktivovány“ pro optimální využití.
Metoda 3. Použijte prosím originální nabíječku nebo nabíječku renomované značky.Pro lithiové baterie použijte speciální nabíječku pro lithiové baterie a postupujte podle pokynů.V opačném případě bude baterie poškozena nebo dokonce ohrožena.
Metoda 4. Nově zakoupená baterie je lithium-iontová, takže prvních 3 až 5 nabití se obecně nazývá perioda přizpůsobení a měla by se nabíjet déle než 14 hodin, aby se zajistilo, že aktivita iontů lithia bude plně aktivována.Lithium-iontové baterie nemají paměťový efekt, ale mají silnou inertnost.Měly by být plně aktivovány, aby byl zajištěn nejlepší výkon v budoucích aplikacích.
Metoda 5. Lithium-iontová baterie musí používat speciální nabíječku, jinak nemusí dosáhnout stavu nasycení a ovlivnit její funkci.Po nabití nepokládejte baterii na nabíječku na dobu delší než 12 hodin a oddělte baterii od mobilního elektronického produktu, pokud se delší dobu nepoužívá.
Lithiová baterie – použití
S rozvojem mikroelektronických technologií ve dvacátém století přibývá miniaturizovaných zařízení každým dnem, což klade vysoké požadavky na napájení.Lithiové baterie pak vstoupily do rozsáhlé praktické fáze.
Poprvé byl použit v kardiostimulátorech.Protože rychlost samovybíjení lithiových baterií je extrémně nízká, vybíjecí napětí je strmé.Umožňuje implantovat kardiostimulátor do lidského těla na dlouhou dobu.
Lithiové baterie mají obecně jmenovité napětí vyšší než 3,0 V a jsou vhodnější pro napájení integrovaných obvodů.Baterie oxidu manganičitého jsou široce používány v počítačích, kalkulačkách, fotoaparátech a hodinkách.
Příklad aplikace
1. Existuje mnoho bateriových sad jako náhrady za opravy bateriových sad: například ty, které se používají v noteboocích.Po opravě se zjistí, že při poškození této sady baterií mají problémy pouze jednotlivé baterie.Lze ji nahradit vhodnou jednočlánkovou lithiovou baterií.
2. Výroba miniaturní svítilny s vysokou svítivostí Autor jednou použil jedinou lithiovou baterii 3,6V1,6AH s bílou supersvítivou trubicí vyzařující světlo k výrobě miniaturní svítilny, která se snadno používá, je kompaktní a krásná.A díky velké kapacitě baterie jej lze používat v průměru půl hodiny každou noc a bez nabíjení je používán více než dva měsíce.
3. Alternativní napájení 3V
Protože napětí jednočlánkové lithiové baterie je 3,6V.Pouze jedna lithiová baterie tedy může nahradit dvě běžné baterie pro napájení malých domácích spotřebičů, jako jsou rádia, walkmany, fotoaparáty atd., které jsou nejen lehké, ale také dlouho vydrží.
Materiál anody lithium-iontové baterie – lithium titanát
Lze jej kombinovat s manganátem lithným, ternárními materiály nebo fosforečnanem lithno-železitým a dalšími pozitivními materiály za účelem vytvoření 2,4V nebo 1,9V lithium-iontových sekundárních baterií.Kromě toho může být také použit jako kladná elektroda pro vytvoření 1,5V lithiové baterie se sekundární baterií s kovovým lithiem nebo slitinou lithia.
Díky vysoké bezpečnosti, vysoké stabilitě, dlouhé životnosti a zeleným vlastnostem titaničitanu lithného.Lze předvídat, že materiál lithium titanát se za 2-3 roky stane negativním elektrodovým materiálem nové generace lithium-iontových baterií a bude široce používán v nových motorových vozidlech, elektrických motocyklech a těch, které vyžadují vysokou bezpečnost, vysokou stabilitu a dlouhý cyklus.oblast použití.Provozní napětí lithium-titanátové baterie je 2,4V, nejvyšší napětí je 3,0V a nabíjecí proud je až 2C.
Složení lithium-titanátové baterie
Pozitivní elektroda: fosforečnan lithný, manganát lithný nebo ternární materiál, manganát lithný a niklový.
Negativní elektroda: materiál lithium titanát.
Bariéra: Aktuální bariéra lithiové baterie s uhlíkem jako zápornou elektrodou.
Elektrolyt: Elektrolyt lithiové baterie s uhlíkem jako zápornou elektrodou.
Pouzdro na baterie: Pouzdro na lithiové baterie s uhlíkem jako zápornou elektrodou.
Výhody lithium-titanátových baterií: výběr elektrických vozidel jako náhrady za vozidla s palivem je nejlepší volbou pro řešení znečištění životního prostředí ve městech.Mezi nimi lithium-iontové napájecí baterie přitahovaly velkou pozornost výzkumníků.Aby byly splněny požadavky elektrických vozidel na palubní lithium-iontové napájecí baterie, výzkum a vývoj Negativní materiály s vysokou bezpečností, dobrým rychlostním výkonem a dlouhou životností jsou jeho horkými místy a problémy.
Komerční záporné elektrody lithium-iontových baterií používají převážně uhlíkové materiály, ale stále existují určité nevýhody při použití lithiových baterií používajících uhlík jako zápornou elektrodu:
1. Lithiové dendrity se při přebíjení snadno vysrážejí, což vede ke zkratu baterie a ovlivňuje bezpečnostní funkci lithiové baterie;
2. Je snadné vytvořit film SEI, což má za následek nízkou počáteční nabíjecí a vybíjecí sílu a velkou nevratnou kapacitu;
3. To znamená, že napětí platformy uhlíkových materiálů je nízké (blízko kovového lithia) a je snadné způsobit rozklad elektrolytu, což přinese bezpečnostní rizika.
4. V procesu vkládání a extrakce lithiových iontů se objem výrazně mění a stabilita cyklu je špatná.
Ve srovnání s uhlíkovými materiály má spinelový typ Li4Ti5012 významné výhody:
1. Je to materiál s nulovým namáháním a má dobrý oběhový výkon;
2. Vybíjecí napětí je stabilní a elektrolyt se nebude rozkládat, což zlepšuje bezpečnost lithiových baterií;
3. Ve srovnání s materiály uhlíkové anody má titaničitan lithný vysoký koeficient difúze iontů lithia (2*10-8cm2/s) a lze jej nabíjet a vybíjet vysokou rychlostí.
4. Potenciál titaničitanu lithného je vyšší než u čistého kovového lithia a není snadné vytvářet lithiové dendrity, což poskytuje základ pro zajištění bezpečnosti lithiových baterií.
okruh údržby
Skládá se ze dvou tranzistorů s efektem pole a vyhrazeného údržbového integrovaného bloku S-8232.Řídicí trubice přebití FET2 a řídicí trubice přebití FET1 jsou zapojeny sériově do obvodu a napětí baterie je monitorováno a řízeno údržbovým IC.Když napětí baterie stoupne na 4,2 V, trubice FET1 pro udržování přebití se vypne a nabíjení se ukončí.Aby se předešlo chybné funkci, je do vnějšího obvodu obvykle přidán zpožďovací kondenzátor.Když je baterie ve vybitém stavu, napětí baterie klesne na 2,55.
Čas odeslání: 30. března 2023