باتری لیتیومی دارای قابلیت شارژ باتری لیتیومی است

باتری لیتیومی نوعی باتری است که از فلز لیتیوم یا آلیاژ لیتیوم به عنوان ماده الکترود منفی استفاده می کند و از محلول الکترولیت غیرآبی استفاده می کند.اولین باتری لیتیومی ارائه شده از مخترع بزرگ ادیسون ساخته شده است.

باتری های لیتیومی – باتری های لیتیومی

باتری لیتیومی
باتری لیتیومی نوعی باتری است که از فلز لیتیوم یا آلیاژ لیتیوم به عنوان ماده الکترود منفی استفاده می کند و از محلول الکترولیت غیرآبی استفاده می کند.اولین باتری لیتیومی ارائه شده از مخترع بزرگ ادیسون ساخته شده است.

از آنجایی که خواص شیمیایی فلز لیتیوم بسیار فعال است، پردازش، ذخیره سازی و کاربرد فلز لیتیوم دارای الزامات زیست محیطی بسیار بالایی است.بنابراین، باتری های لیتیومی برای مدت طولانی مورد استفاده قرار نگرفته اند.

با توسعه فناوری میکروالکترونیک در قرن بیستم، دستگاه های کوچک روز به روز در حال افزایش هستند که نیازهای زیادی را برای منبع تغذیه مطرح می کند.سپس باتری های لیتیومی وارد مرحله عملی در مقیاس بزرگ شده اند.

اولین بار در ضربان سازهای قلبی استفاده شد.از آنجایی که نرخ خود تخلیه باتری های لیتیومی بسیار کم است، ولتاژ تخلیه تند است.این امکان کاشت ضربان ساز را برای مدت طولانی در بدن انسان فراهم می کند.

باتری‌های لیتیومی معمولاً دارای ولتاژ نامی بالاتر از 3.0 ولت هستند و برای منابع تغذیه مدار مجتمع مناسب‌تر هستند.باتری های دی اکسید منگنز به طور گسترده در رایانه ها، ماشین حساب ها، دوربین ها و ساعت ها استفاده می شوند.

به منظور توسعه انواع با عملکرد بهتر، مواد مختلفی مورد مطالعه قرار گرفته است.و سپس محصولاتی را مانند قبل بسازید.به عنوان مثال، باتری های لیتیوم سولفور دی اکسید و باتری های لیتیوم تیونیل کلرید بسیار متمایز هستند.ماده فعال مثبت آنها نیز یک حلال برای الکترولیت است.این ساختار فقط در سیستم های الکتروشیمیایی غیر آبی وجود دارد.بنابراین، مطالعه باتری‌های لیتیومی توسعه نظریه الکتروشیمیایی سیستم‌های غیرآبی را نیز ارتقا داده است.علاوه بر استفاده از حلال‌های مختلف غیرآبی، تحقیقات روی باتری‌های لایه نازک پلیمری نیز انجام شده است.

در سال 1992، سونی با موفقیت باتری های لیتیوم یونی را توسعه داد.کاربرد عملی آن وزن و حجم دستگاه های الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن همراه و رایانه های نوت بوک را تا حد زیادی کاهش می دهد.زمان استفاده بسیار افزایش یافته است.از آنجایی که باتری های لیتیوم یونی حاوی کروم فلزات سنگین نیستند، در مقایسه با باتری های نیکل کروم، آلودگی محیط زیست تا حد زیادی کاهش می یابد.

1. باتری لیتیوم یون
باتری های لیتیوم یونی در حال حاضر به دو دسته تقسیم می شوند: باتری های لیتیوم یون مایع (LIBs) و باتری های لیتیوم یون پلیمری (PLBs).در میان آنها، باتری لیتیوم یون مایع به باتری ثانویه ای اطلاق می شود که در آن ترکیب میانجی لیتیوم الکترودهای مثبت و منفی است.الکترود مثبت ترکیب لیتیوم LiCoO2 یا LiMn2O4 را انتخاب می کند و الکترود منفی ترکیب بین لایه ای لیتیوم-کربن را انتخاب می کند.باتری های لیتیوم یونی به دلیل ولتاژ کاری بالا، اندازه کوچک، وزن سبک، انرژی بالا، بدون اثر حافظه، بدون آلودگی، تخلیه خود کم و عمر چرخه طولانی، یک نیروی محرکه ایده آل برای توسعه در قرن بیست و یکم هستند.

2. تاریخچه مختصری از توسعه باتری لیتیوم یون
باتری های لیتیومی و باتری های لیتیوم یونی باتری های جدید پر انرژی هستند که با موفقیت در قرن بیستم توسعه یافتند.الکترود منفی این باتری لیتیوم فلزی و الکترود مثبت MnO2، SOCL2، (CFx)n و ... می باشد که در دهه 1970 مورد استفاده عملی قرار گرفت.به دلیل انرژی بالا، ولتاژ بالای باتری، محدوده دمای عملیاتی گسترده و عمر ذخیره‌سازی طولانی، به طور گسترده در وسایل برقی کوچک نظامی و غیرنظامی مانند تلفن‌های همراه، رایانه‌های قابل حمل، دوربین‌های ویدیویی، دوربین‌ها و غیره استفاده می‌شود. تعویض باتری های سنتی.

3. چشم انداز توسعه باتری های لیتیوم یون
باتری‌های لیتیوم یونی به دلیل مزایای عملکردی منحصربه‌فرد به طور گسترده در لوازم قابل حمل مانند رایانه‌های لپ‌تاپ، دوربین‌های ویدیویی و ارتباطات سیار استفاده می‌شوند.باتری لیتیوم یونی با ظرفیت بالا که اکنون ساخته شده است در خودروهای الکتریکی آزمایش شده است و تخمین زده می شود که به یکی از منابع اولیه انرژی برای وسایل نقلیه الکتریکی در قرن بیست و یکم تبدیل شود و در ماهواره ها، هوا فضا و ذخیره انرژی مورد استفاده قرار گیرد. .

4. عملکرد اصلی باتری
(1) ولتاژ مدار باز باتری
(2) مقاومت داخلی باتری
(3) ولتاژ کار باتری

(4) ولتاژ شارژ
ولتاژ شارژ به ولتاژ اعمال شده به هر دو سر باتری توسط منبع تغذیه خارجی هنگام شارژ باتری ثانویه اشاره دارد.روش های اولیه شارژ شامل شارژ جریان ثابت و شارژ با ولتاژ ثابت می باشد.به طور کلی از شارژ جریان ثابت استفاده می شود و مشخصه آن این است که جریان شارژ در طول فرآیند شارژ پایدار است.با پیشرفت شارژ، ماده فعال بازیابی می شود، ناحیه واکنش الکترود به طور مداوم کاهش می یابد و قطبش موتور به تدریج افزایش می یابد.

(5) ظرفیت باتری
ظرفیت باتری به مقدار برق بدست آمده از باتری اشاره دارد که معمولاً با C بیان می شود و واحد معمولاً با Ah یا mAh بیان می شود.ظرفیت یک هدف مهم عملکرد الکتریکی باتری است.ظرفیت باتری معمولا به ظرفیت تئوری، ظرفیت عملی و ظرفیت نامی تقسیم می شود.

ظرفیت باتری با ظرفیت الکترودها تعیین می شود.اگر ظرفیت الکترودها برابر نباشد، ظرفیت باتری به الکترود با ظرفیت کمتر بستگی دارد، اما به هیچ وجه مجموع ظرفیت الکترودهای مثبت و منفی نیست.

(6) عملکرد ذخیره سازی و عمر باتری
یکی از ویژگی های اولیه منابع انرژی شیمیایی این است که می توانند انرژی الکتریکی را در هنگام استفاده آزاد کنند و انرژی الکتریکی را در صورت عدم استفاده ذخیره کنند.به اصطلاح عملکرد ذخیره سازی، توانایی حفظ شارژ باتری ثانویه است.

در مورد باتری ثانویه، طول عمر یک پارامتر مهم برای اندازه گیری عملکرد باتری است.باتری ثانویه یک بار شارژ و دشارژ می شود که سیکل (یا چرخه) نامیده می شود.تحت یک معیار شارژ و دشارژ معین، تعداد دفعات شارژ و دشارژی که باتری می تواند قبل از رسیدن ظرفیت باتری به مقدار معینی تحمل کند، چرخه کارکرد باتری ثانویه نامیده می شود.باتری های لیتیوم یون عملکرد ذخیره سازی عالی و عمر چرخه طولانی دارند.

باتری های لیتیومی - ویژگی ها
الف. چگالی انرژی بالا
وزن باتری لیتیوم یونی نصف باتری نیکل-کادمیم یا نیکل-هیدروژن با همان ظرفیت است و حجم آن 40-50 درصد نیکل-کادمیم و 20-30 درصد باتری نیکل-هیدروژن است. .

ب. ولتاژ بالا
ولتاژ کاری یک باتری لیتیوم یونی 3.7 ولت (مقدار متوسط) است که معادل سه باتری نیکل-کادمیم یا نیکل-فلز هیدرید متصل به صورت سری است.

ج- عدم آلودگی
باتری های لیتیوم یونی حاوی فلزات مضر مانند کادمیوم، سرب و جیوه نیستند.

د. فاقد لیتیوم فلزی است
باتری های لیتیوم یونی حاوی لیتیوم فلزی نیستند و بنابراین مشمول مقرراتی مانند ممنوعیت حمل باتری های لیتیومی در هواپیماهای مسافربری نیستند.

E. عمر چرخه بالا
در شرایط عادی، باتری‌های لیتیوم یونی می‌توانند بیش از 500 چرخه شارژ-دشارژ داشته باشند.

F. بدون اثر حافظه
اثر حافظه به پدیده ای اشاره دارد که ظرفیت باتری نیکل-کادمیم در طول چرخه شارژ و دشارژ کاهش می یابد.باتری های لیتیوم یونی این اثر را ندارند.

G. شارژ سریع
با استفاده از یک شارژر جریان ثابت و ولتاژ ثابت با ولتاژ نامی 4.2 ولت می توان باتری لیتیوم یون را در عرض یک تا دو ساعت به طور کامل شارژ کرد.

باتری لیتیومی - اصل و ساختار باتری لیتیومی
1. ساختار و اصل کار باتری لیتیوم یونی: به اصطلاح باتری لیتیوم یونی به باتری ثانویه ای اطلاق می شود که از دو ترکیب تشکیل شده است که می تواند به طور برگشت پذیر یون های لیتیوم را به عنوان الکترودهای مثبت و منفی بیندازد و از بین ببرد.مردم این باتری لیتیوم یونی با مکانیزم منحصر به فرد را که بر انتقال یون های لیتیوم بین الکترودهای مثبت و منفی برای تکمیل عملیات شارژ و تخلیه باتری متکی است، به عنوان "باتری صندلی گهواره ای" می نامند که معمولا به عنوان "باتری لیتیومی" شناخته می شود. .LiCoO2 را به عنوان مثال در نظر بگیرید: (1) هنگامی که باتری شارژ می شود، یون های لیتیوم از الکترود مثبت جدا می شوند و در الکترود منفی قرار می گیرند و برعکس هنگام تخلیه.این امر مستلزم آن است که یک الکترود قبل از مونتاژ در یک حالت بین لیتیوم باشد.به طور کلی، یک اکسید فلزی واسطه با پتانسیل بیشتر از 3 ولت نسبت به لیتیوم و پایدار در هوا به عنوان الکترود مثبت انتخاب می شود، مانند LiCoO2، LiNiO2، LiMn2O4، LiFePO4.(2) برای موادی که الکترودهای منفی هستند، ترکیبات لیتیومی را انتخاب کنید که پتانسیل آنها تا حد امکان به پتانسیل لیتیوم نزدیک باشد.به عنوان مثال، مواد کربنی مختلف شامل گرافیت طبیعی، گرافیت مصنوعی، فیبر کربن، کربن کروی مزوفاز و غیره و اکسیدهای فلزی، از جمله SnO، SnO2، اکسید کامپوزیت قلع SnBxPyOz (x=0.4×0.6، y=0.6×0.4، z= (2+3x+5y)/2) و غیره

باتری لیتیومی
2. باتری به طور کلی شامل: مثبت، منفی، الکترولیت، جداکننده، سرب مثبت، صفحه منفی، ترمینال مرکزی، مواد عایق (عایق)، شیر اطمینان (Sefevent)، حلقه آب بندی (واشر)، PTC (ترمینال کنترل دمای مثبت)، جای باتری.عموماً مردم بیشتر نگران الکترود مثبت، الکترود منفی و الکترولیت هستند.

باتری لیتیومی
مقایسه ساختار باتری لیتیوم یون
با توجه به مواد مختلف کاتد، به لیتیوم آهن، لیتیوم کبالت، لیتیوم منگنز و غیره تقسیم می شود.
از طبقه بندی شکل، به طور کلی به استوانه و مربع تقسیم می شود و یون های لیتیوم پلیمری نیز می توانند به هر شکلی ساخته شوند.
با توجه به مواد مختلف الکترولیت مورد استفاده در باتری های لیتیوم یونی، باتری های لیتیوم یونی را می توان به دو دسته تقسیم کرد: باتری های لیتیوم یون مایع (LIB) و باتری های لیتیوم یون حالت جامد.PLIB) نوعی باتری لیتیوم یونی حالت جامد است.

الکترولیت
گردآورنده جریان مانع پوسته/بسته
باتری لیتیوم یون مایع فولاد ضد زنگ مایع، فویل مس آلومینیومی 25μPE و فویل آلومینیوم پلیمری باتری لیتیوم یونی باتری پلیمری کلوئیدی آلومینیوم/PP کامپوزیت فیلم بدون مانع یا فویل مس تک میکرو پی‌ای و فویل آلومینیوم

باتری های لیتیومی - عملکرد باتری های لیتیوم یونی

1. چگالی انرژی بالا
در مقایسه با باتری‌های NI/CD یا NI/MH با ظرفیت یکسان، باتری‌های لیتیوم یون وزن سبک‌تری دارند و انرژی ویژه حجمی آن‌ها 1.5 تا 2 برابر این دو نوع باتری است.

2. ولتاژ بالا
باتری‌های لیتیوم یونی از الکترودهای لیتیوم حاوی عنصر بسیار الکترونگاتیو برای دستیابی به ولتاژ پایانه‌ای تا 3.7 ولت استفاده می‌کنند که سه برابر ولتاژ باتری‌های NI/CD یا NI/MH است.

3. غیر آلاینده، سازگار با محیط زیست

4. عمر چرخه طولانی
طول عمر بیش از 500 برابر است

5. ظرفیت بار بالا
باتری های لیتیوم یونی را می توان به طور مداوم با جریان زیاد تخلیه کرد، به طوری که این باتری می تواند در وسایل پرقدرت مانند دوربین ها و لپ تاپ ها استفاده شود.

6. امنیت عالی
به دلیل استفاده از مواد آند عالی، مشکل رشد دندریت لیتیوم در هنگام شارژ باتری برطرف می شود که ایمنی باتری های لیتیوم یون را تا حد زیادی بهبود می بخشد.در عین حال، لوازم جانبی قابل بازیابی ویژه ای برای اطمینان از ایمنی باتری در حین استفاده انتخاب می شود.

باتری لیتیومی - روش شارژ باتری لیتیوم یونی
روش 1. قبل از اینکه باتری لیتیوم یون کارخانه را ترک کند، سازنده عملیات فعال سازی را انجام داده و از قبل شارژ شده است، بنابراین باتری لیتیوم یون دارای قدرت باقی مانده است و باتری لیتیوم یون مطابق با دوره تنظیم شارژ می شود.این دوره تنظیم باید 3 تا 5 بار به طور کامل انجام شود.تخلیه.
روش 2. قبل از شارژ، باتری لیتیوم یونی نیازی به تخلیه خاصی ندارد.تخلیه نامناسب به باتری آسیب می رساند.هنگام شارژ، سعی کنید از شارژ آهسته استفاده کنید و شارژ سریع را کاهش دهید.زمان نباید بیش از 24 ساعت باشد.تنها پس از اینکه باتری سه تا پنج چرخه شارژ و دشارژ کامل را پشت سر گذاشت، مواد شیمیایی داخلی آن برای استفاده بهینه به طور کامل فعال می شوند.
روش 3. لطفا از شارژر اصلی یا شارژر مارک معتبر استفاده کنید.برای باتری های لیتیومی، از شارژر مخصوص باتری های لیتیومی استفاده کنید و دستورالعمل ها را دنبال کنید.در غیر این صورت، باتری آسیب دیده و یا حتی در معرض خطر است.
روش 4. باتری تازه خریداری شده لیتیوم یونی است، بنابراین به 3 تا 5 بار اول شارژ معمولاً دوره تنظیم می گویند و برای اطمینان از فعال شدن کامل فعالیت یون های لیتیوم باید بیش از 14 ساعت شارژ شود.باتری های لیتیوم یون هیچ اثر حافظه ای ندارند، اما بی اثری قوی دارند.آنها باید به طور کامل فعال شوند تا از بهترین عملکرد در برنامه های آینده اطمینان حاصل شود.
روش 5. باتری لیتیوم یونی باید از شارژر مخصوص استفاده کند، در غیر این صورت ممکن است به حالت اشباع نرسد و بر عملکرد آن تأثیر بگذارد.پس از شارژ از قرار دادن آن بر روی شارژر به مدت بیش از 12 ساعت خودداری کنید و در صورت عدم استفاده طولانی مدت باتری را از محصول الکترونیکی سیار جدا کنید.

باتری لیتیومی - استفاده کنید
با توسعه فناوری میکروالکترونیک در قرن بیستم، دستگاه های کوچک روز به روز در حال افزایش هستند که نیازهای زیادی را برای منبع تغذیه مطرح می کند.سپس باتری های لیتیومی وارد مرحله عملی در مقیاس بزرگ شده اند.
اولین بار در ضربان سازهای قلبی استفاده شد.از آنجایی که نرخ خود تخلیه باتری های لیتیومی بسیار کم است، ولتاژ تخلیه تند است.این امکان کاشت ضربان ساز را برای مدت طولانی در بدن انسان فراهم می کند.
باتری‌های لیتیومی معمولاً دارای ولتاژ نامی بالاتر از 3.0 ولت هستند و برای منابع تغذیه مدار مجتمع مناسب‌تر هستند.باتری های دی اکسید منگنز به طور گسترده در رایانه ها، ماشین حساب ها، دوربین ها و ساعت ها استفاده می شوند.

مثال کاربردی
1. بسته های باتری زیادی به عنوان جایگزین برای تعمیر بسته باتری وجود دارد: مانند مواردی که در رایانه های نوت بوک استفاده می شود.پس از تعمیر، مشخص می شود که وقتی این بسته باتری آسیب می بیند، فقط باتری های جداگانه مشکل دارند.می توان آن را با یک باتری لیتیومی تک سلولی مناسب جایگزین کرد.
2. ساخت یک مشعل مینیاتوری با روشنایی بالا نویسنده زمانی از یک باتری لیتیومی 3.6V1.6AH با یک لوله تابش نور سفید با روشنایی فوق العاده برای ساخت یک مشعل مینیاتوری استفاده کرد که استفاده آسان، فشرده و زیبا است.و به دلیل ظرفیت بالای باتری می توان به طور متوسط ​​هر شب نیم ساعت از آن استفاده کرد و بیش از دو ماه بدون شارژ از آن استفاده کرد.
3. منبع تغذیه جایگزین 3 ولت

زیرا ولتاژ باتری لیتیوم تک سلولی 3.6 ولت است.بنابراین تنها یک باتری لیتیومی می تواند جایگزین دو باتری معمولی برای تامین برق لوازم خانگی کوچک مانند رادیو، واکمن، دوربین و ... شود که نه تنها وزن کمی دارد، بلکه برای مدت طولانی نیز دوام می آورد.

مواد آند باتری لیتیوم یون - لیتیوم تیتانات

می توان آن را با منگنات لیتیوم، مواد سه تایی یا فسفات آهن لیتیوم و سایر مواد مثبت ترکیب کرد تا باتری های ثانویه لیتیوم یونی 2.4 ولت یا 1.9 ولت را تشکیل دهد.علاوه بر این، می توان از آن به عنوان یک الکترود مثبت برای تشکیل باتری لیتیومی 1.5 ولتی با باتری ثانویه الکترود منفی لیتیوم فلزی یا آلیاژ لیتیوم استفاده کرد.

به دلیل ایمنی بالا، پایداری بالا، طول عمر و ویژگی های سبز لیتیوم تیتانات.می توان پیش بینی کرد که ماده لیتیوم تیتانات در عرض 2 تا 3 سال به ماده الکترود منفی نسل جدیدی از باتری های لیتیوم یون تبدیل می شود و به طور گسترده در وسایل نقلیه جدید قدرت، موتورسیکلت های برقی و آنهایی که نیاز به ایمنی بالا، پایداری بالا و چرخه طولانی دارند استفاده می شود.زمینه ی کابرد.ولتاژ کار باتری لیتیوم تیتانات 2.4 ولت، بالاترین ولتاژ 3.0 ولت و جریان شارژ تا 2C است.

ترکیب باتری لیتیوم تیتانات
الکترود مثبت: فسفات آهن لیتیوم، منگنات لیتیوم یا مواد سه تایی، لیتیوم نیکل منگنات.
الکترود منفی: ماده لیتیوم تیتانات.
سد: سد باتری لیتیوم فعلی با کربن به عنوان الکترود منفی.
الکترولیت: الکترولیت باتری لیتیومی با کربن به عنوان الکترود منفی.
جعبه باتری: جعبه باتری لیتیومی با کربن به عنوان الکترود منفی.

مزایای باتری های لیتیوم تیتانات: انتخاب خودروهای الکتریکی برای جایگزینی خودروهای سوختی بهترین انتخاب برای حل آلودگی محیط زیست شهری است.در میان آنها، باتری های لیتیوم یون قدرت توجه گسترده محققان را به خود جلب کرده است.به منظور برآورده ساختن الزامات وسایل نقلیه الکتریکی برای باتری های لیتیوم یون روی برد، تحقیق و توسعه مواد منفی با ایمنی بالا، عملکرد نرخ خوب و طول عمر نقاط داغ و دشواری های آن است.

الکترودهای منفی باتری لیتیوم یون تجاری عمدتاً از مواد کربنی استفاده می کنند، اما هنوز در استفاده از باتری های لیتیومی با استفاده از کربن به عنوان الکترود منفی، معایبی وجود دارد:
1. دندریت های لیتیومی به راحتی در هنگام شارژ بیش از حد رسوب می کنند که منجر به اتصال کوتاه باتری می شود و بر عملکرد ایمنی باتری لیتیومی تأثیر می گذارد.
2. تشکیل فیلم SEI آسان است که منجر به شارژ اولیه و قدرت تخلیه و ظرفیت غیرقابل برگشت بزرگ می شود.
3. یعنی ولتاژ پلت فرم مواد کربنی کم است (نزدیک به لیتیوم فلزی) و به راحتی باعث تجزیه الکترولیت می شود که خطرات امنیتی را به همراه خواهد داشت.
4. در فرآیند وارد کردن و استخراج یون لیتیوم، حجم به شدت تغییر می کند و ثبات چرخه ضعیف است.

در مقایسه با مواد کربنی، Li4Ti5012 نوع اسپینل دارای مزایای قابل توجهی است:
1. این ماده بدون کرنش است و عملکرد گردش خون خوبی دارد.
2. ولتاژ تخلیه پایدار است و الکترولیت تجزیه نمی شود و عملکرد ایمنی باتری های لیتیومی را بهبود می بخشد.
3. در مقایسه با مواد آند کربن، لیتیوم تیتانات دارای ضریب انتشار یون لیتیوم بالا (2*10-8cm2/s) است و می تواند با سرعت بالایی شارژ و تخلیه شود.
4. پتانسیل لیتیوم تیتانات بالاتر از لیتیوم فلز خالص است و تولید دندریت های لیتیومی آسان نیست که زمینه ای برای اطمینان از ایمنی باتری های لیتیومی فراهم می کند.

مدار تعمیر و نگهداری
این شامل دو ترانزیستور اثر میدانی و یک بلوک یکپارچه تعمیر و نگهداری اختصاصی S-8232 است.لوله کنترل اضافه شارژ FET2 و لوله کنترل تخلیه بیش از حد FET1 به صورت سری به مدار متصل می شوند و ولتاژ باتری توسط آی سی تعمیر و نگهداری کنترل و کنترل می شود.هنگامی که ولتاژ باتری به 4.2 ولت افزایش می یابد، لوله تعمیر و نگهداری اضافه شارژ FET1 خاموش می شود و شارژ پایان می یابد.به منظور جلوگیری از نقص، به طور کلی یک خازن تاخیری به مدار خارجی اضافه می شود.هنگامی که باتری در حالت دشارژ است، ولتاژ باتری به 2.55 کاهش می یابد.