Liitiumaku on aku tüüp, mis kasutab negatiivse elektroodi materjalina liitiummetalli või liitiumisulamit ja kasutab mittevesilahust.Varaseim esitletud liitiumaku pärines suurelt leiutajalt Edisonilt.
Liitiumakud – liitiumakud
liitiumaku
Liitiumaku on aku tüüp, mis kasutab negatiivse elektroodi materjalina liitiummetalli või liitiumisulamit ja kasutab mittevesilahust.Varaseim esitletud liitiumaku pärines suurelt leiutajalt Edisonilt.
Kuna liitiummetalli keemilised omadused on väga aktiivsed, on liitiummetalli töötlemisel, ladustamisel ja kasutamisel väga kõrged keskkonnanõuded.Seetõttu pole liitiumakusid pikka aega kasutatud.
Mikroelektroonika tehnoloogia arenguga 20. sajandil suureneb miniatuursete seadmete arv iga päevaga, mis seab toiteallikale kõrged nõuded.Liitiumpatareid on seejärel jõudnud laiaulatuslikku praktilisse etappi.
Seda kasutati esmakordselt südamestimulaatorites.Kuna liitiumakude isetühjenemise kiirus on äärmiselt madal, on tühjenemise pinge järsk.See võimaldab implanteerida südamestimulaatorit inimese kehasse pikaks ajaks.
Liitiumakude nimipinge on üldiselt kõrgem kui 3,0 volti ja need sobivad paremini integraallülituse toiteallikateks.Mangaandioksiidi patareisid kasutatakse laialdaselt arvutites, kalkulaatorites, kaamerates ja kellades.
Parema jõudlusega sortide arendamiseks on uuritud erinevaid materjale.Ja siis valmistage tooteid, mis pole kunagi varem olnud.Näiteks liitiumvääveldioksiidi akud ja liitiumtionüülkloriidi akud on väga omanäolised.Nende positiivne aktiivne materjal on ka elektrolüüdi lahusti.See struktuur esineb ainult mittevesipõhistes elektrokeemilistes süsteemides.Seetõttu on liitiumakude uurimine soodustanud ka mittevesisüsteemide elektrokeemilise teooria arengut.Lisaks erinevate mittevesilahustite kasutamisele on tehtud ka polümeersete õhukesekilepatareide uuringuid.
1992. aastal töötas Sony edukalt välja liitiumioonakud.Selle praktiline rakendus vähendab oluliselt kaasaskantavate elektroonikaseadmete, nagu mobiiltelefonid ja sülearvutid, kaalu ja mahtu.Kasutusaeg pikeneb oluliselt.Kuna liitium-ioonakud ei sisalda raskmetalli kroomi, on võrreldes nikkel-kroom akudega keskkonnasaaste oluliselt vähenenud.
1. Liitiumioonaku
Liitiumioonakud jagunevad nüüd kahte kategooriasse: vedelad liitiumioonakud (LIB) ja polümeer-liitiumioonakud (PLB).Nende hulgas viitab vedel liitiumioonaku sekundaarakule, milles Li + interkalatsiooniühend on positiivne ja negatiivne elektrood.Positiivne elektrood valib liitiumiühendi LiCoO2 või LiMn2O4 ja negatiivne elektrood valib liitium-süsinik vahekihi ühendi.Liitium-ioonakud on 21. sajandi arengu jaoks ideaalne liikumapanev jõud, kuna neil on kõrge tööpinge, väiksus, kerge kaal, kõrge energiasisaldus, mäluefekt puudub, saaste puudub, madal isetühjenemine ja pikk kasutusiga.
2. Lühike liitiumioonakude arendamise ajalugu
Liitiumpatareid ja liitiumioonakud on uued suure energiatarbega akud, mis töötati edukalt välja 20. sajandil.Selle aku negatiivne elektrood on metallist liitium ja positiivne elektrood on MnO2, SOCL2, (CFx)n jne. Praktikas võeti see kasutusele 1970. aastatel.Suure energia, kõrge aku pinge, laia töötemperatuuri vahemiku ja pika säilivusaja tõttu on seda osaliselt laialdaselt kasutatud militaar- ja tsiviilotstarbelistes väikestes elektriseadmetes, nagu mobiiltelefonid, kaasaskantavad arvutid, videokaamerad, kaamerad jne. traditsiooniliste akude asendamine..
3. Liitium-ioonakude arenguväljavaated
Liitiumioonakusid on nende ainulaadsete funktsionaalsete eeliste tõttu laialdaselt kasutatud kaasaskantavates seadmetes, nagu sülearvutid, videokaamerad ja mobiilside.Praegu välja töötatud suure mahutavusega liitiumioonakut on katsetatud elektrisõidukites ja sellest saab hinnanguliselt 21. sajandil üks peamisi elektrisõidukite toiteallikaid ning seda hakatakse kasutama satelliitides, kosmosetööstuses ja energiasalvestuses. .
4. Aku põhifunktsioon
(1) Aku avatud vooluahela pinge
(2) Aku sisetakistus
(3) Aku tööpinge
(4) Laadimispinge
Laadimispinge viitab pingele, mille sekundaaraku laadimise ajal rakendab väline toiteallikas aku mõlemale otsale.Laadimise põhimeetodid hõlmavad pideva voolu ja pideva pinge laadimist.Üldjuhul kasutatakse pideva vooluga laadimist ja selle tunnuseks on see, et laadimisvool on laadimisprotsessi ajal stabiilne.Laadimise edenedes taastub aktiivne materjal, elektroodi reaktsiooniala väheneb pidevalt ja mootori polarisatsioon suureneb järk-järgult.
(5) Aku mahutavus
Aku mahutavus viitab akust saadava elektrienergia hulgale, mida tavaliselt väljendatakse C-ga ja ühikut väljendatakse tavaliselt Ah või mAh-ga.Maht on aku elektrilise jõudluse oluline eesmärk.Aku mahutavus jaguneb tavaliselt teoreetiliseks, praktiliseks ja nimivõimsuseks.
Aku võimsuse määrab elektroodide võimsus.Kui elektroodide võimsused ei ole võrdsed, sõltub aku mahtuvus väiksema mahutavusega elektroodist, kuid see ei ole mingil juhul positiivse ja negatiivse elektroodi võimsuste summa.
(6) Säilitusfunktsioon ja aku eluiga
Keemiliste jõuallikate üks peamisi omadusi on see, et need võivad kasutamisel eraldada elektrienergiat ja salvestada elektrienergiat, kui neid ei kasutata.Nn salvestusfunktsioon on võime säilitada sekundaaraku laadimist.
Sekundaaraku puhul on kasutusiga oluline parameeter aku jõudluse mõõtmisel.Sekundaarset akut laetakse ja tühjeneb üks kord, seda nimetatakse tsükliks (või tsükliks).Teatud laadimis- ja tühjenemiskriteeriumi korral nimetatakse sekundaaraku töötsükliks laadimis- ja tühjenemiskordade arvu, mille aku suudab vastu pidada enne, kui aku mahutavus saavutab teatud väärtuse.Liitiumioonakudel on suurepärane säilitusvõime ja pikk kasutusiga.
Liitiumakud – omadused
A. Kõrge energiatihedus
Liitium-ioonaku kaal on poole väiksem sama mahutavusega nikkel-kaadmium- või nikkel-vesinikaku omast ning maht on 40-50% nikkel-kaadmiumaku ja 20-30% nikkel-vesinikaku oma. .
B. Kõrgepinge
Ühe liitiumioonaku tööpinge on 3,7 V (keskmine väärtus), mis võrdub kolme järjestikku ühendatud nikkel-kaadmium- või nikkel-metallhüdriidakuga.
C. Ei saasta
Liitiumioonakud ei sisalda kahjulikke metalle, nagu kaadmium, plii ja elavhõbe.
D. Ei sisalda metallilist liitiumi
Liitiumioonakud ei sisalda metallilist liitiumi ja seetõttu ei kehti nende suhtes eeskirjad, nagu näiteks liitiumpatareide reisilennukites kaasas kandmise keeld.
E. Kõrge tsükli eluiga
Normaalsetes tingimustes võib liitiumioonakudel olla rohkem kui 500 laadimis- ja tühjenemistsüklit.
F. Mäluefekt puudub
Mäluefekt viitab nähtusele, et nikkel-kaadmiumaku võimsus väheneb laadimis- ja tühjendustsükli ajal.Liitiumioonakudel seda efekti ei ole.
G. Kiirlaadimine
Konstantse voolu ja konstantse pingega laadija, mille nimipinge on 4,2 V, kasutamine võib liitiumioonaku täis laadida ühe kuni kahe tunniga.
Liitiumaku – liitiumaku põhimõte ja struktuur
1. Liitiumioonaku ehitus ja tööpõhimõte: nn liitiumioonaku viitab sekundaarsele akule, mis koosneb kahest ühendist, mis suudavad liitiumiioone pöörduvalt interkaleerida ja deinterkaleerida positiivsete ja negatiivsete elektroodidena.Inimesed kutsuvad seda ainulaadse mehhanismiga liitiumioonakut, mis põhineb liitiumioonide ülekandmisel positiivse ja negatiivse elektroodi vahel, et viia lõpule aku laadimine ja tühjendamine, "kiiktooli akuks", mida tavaliselt tuntakse kui "liitiumakut". .Võtke näiteks LiCoO2: (1) Kui aku on laetud, eemaldatakse liitiumioonid positiivselt elektroodilt ja interkaleeritakse negatiivsesse elektroodi ning tühjenemisel vastupidi.See nõuab, et elektrood oleks enne kokkupanekut liitiumi interkalatsiooni olekus.Üldiselt valitakse positiivseks elektroodiks liitiumi interkalatsiooni siirdemetalli oksiid, mille potentsiaal on liitiumi suhtes suurem kui 3 V ja mis on õhus stabiilne, näiteks LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Materjalide jaoks, mis on negatiivsed elektroodid, valige interkaleeritavad liitiumiühendid, mille potentsiaal on liitiumipotentsiaalile võimalikult lähedal.Näiteks erinevad süsinikmaterjalid hõlmavad looduslikku grafiiti, sünteetilist grafiiti, süsinikkiudu, mesofaasi sfäärilist süsinikku jne ja metallioksiide, sealhulgas SnO, SnO2, tina komposiitoksiid SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5a)/2) jne.
liitiumaku
2. Aku sisaldab üldiselt: positiivset, negatiivset, elektrolüüti, eraldajat, positiivset juhet, negatiivset plaati, keskklemmi, isoleermaterjali (isolaator), kaitseklappi (kaitseventiili), tihendusrõngast (tihend), PTC-d (positiivse temperatuuri juhtklemm), aku korpus.Üldiselt on inimesed rohkem mures positiivse elektroodi, negatiivse elektroodi ja elektrolüüdi pärast.
liitiumaku
Liitium-ioonaku struktuuri võrdlus
Erinevate katoodmaterjalide järgi jaguneb see raudliitiumiks, koobaltliitiumiks, mangaanliitiumiks jne;
Kuju klassifikatsiooni järgi jaguneb see üldiselt silindriliseks ja ruudukujuliseks ning polümeeri liitiumioone saab teha ka mis tahes kujuga;
Liitium-ioonakudes kasutatavate erinevate elektrolüütide materjalide järgi võib liitiumioonakud jagada kahte kategooriasse: vedelad liitiumioonakud (LIB) ja tahkis-liitiumioonakud.PLIB) on omamoodi tahkis-liitiumioonaku.
elektrolüüt
Shell/Package Barrier Current Collector
Vedel liitiumioonaku Vedel roostevaba teras, alumiinium 25μPE vaskfoolium ja alumiiniumfooliumpolümeer liitium-ioonaku kolloidne polümeer alumiinium/PP komposiitkile ilma tõkketa või üks μPE vaskfoolium ja alumiiniumfoolium
Liitiumpatareid – liitiumioonakude funktsioon
1. Kõrge energiatihedus
Võrreldes sama mahutavusega NI/CD või NI/MH akudega on liitiumioonakud kaalult kergemad ja nende mahuspetsiifiline energia on 1,5–2 korda suurem kui nendel kahel akutüübil.
2. Kõrgepinge
Liitiumioonakud kasutavad väga elektronegatiivseid elemente sisaldavaid liitiumelektroode, et saavutada kuni 3,7 V klemmipinge, mis on kolm korda suurem kui NI/CD või NI/MH akude pinge.
3. Mittesaastav, keskkonnasõbralik
4. Pikk tsükli eluiga
Eluiga ületab 500 korda
5. Suur kandevõime
Liitiumioonakusid saab suure vooluga pidevalt tühjendada, nii et seda akut saab kasutada suure võimsusega seadmetes, nagu kaamerad ja sülearvutid.
6. Suurepärane turvalisus
Suurepäraste anoodmaterjalide kasutamise tõttu on liitiumdendriidi kasvu probleem aku laadimise ajal ületatud, mis parandab oluliselt liitium-ioonakude ohutust.Samal ajal valitakse spetsiaalsed taastatavad tarvikud, et tagada aku ohutus kasutamise ajal.
Liitiumaku – liitiumioonaku laadimismeetod
1. meetod. Enne liitiumioonaku tehasest lahkumist on tootja läbi viinud aktiveerimistöötluse ja eellaadinud, nii et liitiumioonakul on jääkvõimsust ja liitiumioonakut laetakse vastavalt reguleerimisperioodile.Seda kohanemisperioodi tuleb täielikult läbi viia 3–5 korda.Tühjenemine.
2. meetod. Enne laadimist ei pea liitiumioonakut spetsiaalselt tühjendama.Ebaõige tühjendamine kahjustab akut.Laadimisel proovige kasutada aeglast laadimist ja vähendada kiirlaadimist;aeg ei tohiks ületada 24 tundi.Alles pärast seda, kui aku on läbinud kolm kuni viis täielikku laadimis- ja tühjendustsüklit, aktiveeritakse selle sisemised kemikaalid optimaalseks kasutamiseks.
3. meetod. Kasutage originaallaadijat või hea mainega laadijat.Liitiumakude jaoks kasutage spetsiaalset liitiumakude laadijat ja järgige juhiseid.Vastasel juhul saab aku kahjustada või isegi oht.
Meetod 4. Äsja ostetud aku on liitiumioonaku, seega nimetatakse esimest 3–5 laadimiskorda üldiselt kohanemisperioodiks ja seda tuleks laadida rohkem kui 14 tundi, et liitiumioonide aktiivsus oleks täielikult aktiveeritud.Liitiumioonakudel puudub mäluefekt, kuid neil on tugev inertsus.Need peaksid olema täielikult aktiveeritud, et tagada tulevastes rakendustes parim jõudlus.
Meetod 5. Liitium-ioonaku peab kasutama spetsiaalset laadijat, vastasel juhul ei pruugi see jõuda küllastusolekusse ja mõjutada selle funktsiooni.Pärast laadimist ärge asetage seda laadijasse kauemaks kui 12 tunniks ja eraldage aku mobiilsest elektroonikatootest, kui seda pikemat aega ei kasutata.
Liitiumaku – kasutage
Mikroelektroonika tehnoloogia arenguga 20. sajandil suureneb miniatuursete seadmete arv iga päevaga, mis seab toiteallikale kõrged nõuded.Liitiumpatareid on seejärel jõudnud laiaulatuslikku praktilisse etappi.
Seda kasutati esmakordselt südamestimulaatorites.Kuna liitiumakude isetühjenemise kiirus on äärmiselt madal, on tühjenemise pinge järsk.See võimaldab implanteerida südamestimulaatorit inimese kehasse pikaks ajaks.
Liitiumakude nimipinge on üldiselt kõrgem kui 3,0 volti ja need sobivad paremini integraallülituse toiteallikateks.Mangaandioksiidi patareisid kasutatakse laialdaselt arvutites, kalkulaatorites, kaamerates ja kellades.
Rakenduse näide
1. Akukomplektide parandamiseks on palju akusid, näiteks neid, mida kasutatakse sülearvutites.Pärast parandamist selgub, et kui see aku on kahjustatud, on probleeme ainult üksikutel akudel.Selle saab asendada sobiva üheelemendilise liitiumakuga.
2. Suure heledusega miniatuurse taskulambi valmistamine Autor kasutas kunagi üksikut 3,6V1,6AH liitiumakut koos valge ülihele valgust kiirgava toruga miniatuurse taskulambi valmistamiseks, mida on lihtne kasutada, kompaktne ja ilus.Ja suure aku mahu tõttu saab seda igal õhtul kasutada keskmiselt pool tundi ning laadimata on seda kasutatud üle kahe kuu.
3. Alternatiivne 3V toiteallikas
Kuna üheelemendilise liitiumaku pinge on 3,6 V.Seetõttu suudab ainult üks liitiumaku asendada kahte tavalist akut, et varustada toidet väikestele kodumasinatele nagu raadiod, walkmanid, kaamerad jne, mis ei ole mitte ainult kaalult kerge, vaid kestab ka kaua.
Liitium-ioonaku anoodimaterjal – liitiumtitanaat
Seda saab kombineerida liitiummanganaadi, kolmekomponentsete materjalide või liitiumraudfosfaadi ja muude positiivsete materjalidega, et moodustada 2,4 V või 1,9 V liitiumioonakusid.Lisaks saab seda kasutada ka positiivse elektroodina, et moodustada 1,5 V liitiumaku metallist liitium- või liitiumisulamist negatiivse elektroodi sekundaarakuga.
Liitiumtitanaadi kõrge ohutuse, kõrge stabiilsuse, pikaealisuse ja roheliste omaduste tõttu.Võib ennustada, et liitiumtitanaatmaterjalist saab 2–3 aasta pärast uue põlvkonna liitiumioonakude negatiivne elektroodmaterjal ning seda kasutatakse laialdaselt uutes jõusõidukites, elektrimootorratastes ja kõrget ohutust, suurt stabiilsust ja pikka töötsüklit nõudvates sõidukites.rakendusvaldkond.Liitiumtitanaadi aku tööpinge on 2,4 V, kõrgeim pinge on 3,0 V ja laadimisvool kuni 2 C.
Liitiumtitanaadi aku koostis
Positiivne elektrood: liitiumraudfosfaat, liitiummanganaat või kolmekomponentne materjal, liitiumnikkelmanganaat.
Negatiivne elektrood: liitiumtitanaatmaterjal.
Barjäär: praegune liitiumaku barjäär, mille negatiivse elektroodina on süsinik.
Elektrolüüt: liitiumaku elektrolüüt, mille negatiivse elektroodina on süsinik.
Akuümbris: liitiumaku korpus, mille negatiivse elektroodina on süsinik.
Liitiumtitanaatpatareide eelised: elektrisõidukite valimine kütusega sõidukite asendamiseks on parim valik linnakeskkonna reostuse lahendamiseks.Nende hulgas on liitiumioonakud pälvinud teadlaste suurt tähelepanu.Elektrisõidukite nõuete täitmiseks pardal olevatele liitium-ioonakudele on uurimis- ja arendustegevus Kõrge ohutuse, hea jõudluse ja pikaealisusega negatiivsed materjalid on selle kuumad kohad ja raskused.
Kaubanduslikud liitium-ioonaku negatiivsed elektroodid kasutavad peamiselt süsinikmaterjale, kuid liitiumpatareide kasutamisel, mis kasutavad negatiivse elektroodina süsinikku, on siiski mõned puudused:
1. Liitiumdendriidid sadestuvad kergesti ülelaadimise ajal, mis põhjustab aku lühise ja mõjutab liitiumaku ohutusfunktsiooni;
2. SEI-kilet on lihtne moodustada, mille tulemuseks on madal alglaadimis- ja tühjendusvõimsus ning suur pöördumatu võimsus;
3. See tähendab, et süsinikmaterjalide platvormi pinge on madal (lähedane metallliitiumile) ja elektrolüüdi lagunemist on lihtne põhjustada, mis toob kaasa turvariske.
4. Liitiumioonide sisestamise ja ekstraheerimise käigus muutub maht oluliselt ja tsükli stabiilsus on halb.
Võrreldes süsinikmaterjalidega on spinell-tüüpi Li4Ti5012-l olulisi eeliseid:
1. see on nullpinge materjal ja sellel on hea ringlusvõime;
2. tühjenduspinge on stabiilne ja elektrolüüt ei lagune, parandades liitiumakude ohutust;
3. Võrreldes süsinikanoodi materjalidega on liitiumtitanaadil kõrge liitiumioonide difusioonikoefitsient (2 * 10–8 cm2 / s) ning seda saab laadida ja tühjendada suure kiirusega.
4. Liitiumtitanaadi potentsiaal on kõrgem kui puhtal metallil liitiumil ning liitiumdendriite pole lihtne tekitada, mis annab aluse liitiumakude ohutuse tagamiseks.
hooldusahel
See koosneb kahest väljatransistorist ja spetsiaalsest hoolduse integreeritud plokist S-8232.Ülelaadimise juhttoru FET2 ja ülelaadimise juhttoru FET1 on ühendatud ahelaga järjestikku ning aku pinget jälgib ja juhib hooldus-IC.Kui aku pinge tõuseb 4,2 V-ni, lülitatakse ülelaadimise hooldustoru FET1 välja ja laadimine lõpetatakse.Rikke vältimiseks lisatakse välisele vooluringile üldjuhul viitekondensaator.Kui aku on tühjenenud, langeb aku pinge 2,55-ni.
Postitusaeg: 30. märts 2023