Litijska baterija je vrsta baterije koja koristi metalni litij ili slitinu litija kao materijal negativne elektrode i koristi nevodenu otopinu elektrolita.Najranije predstavljena litijska baterija došla je od velikog izumitelja Edisona.
Litijske baterije – Litijeve baterije
litijska baterija
Litijska baterija je vrsta baterije koja koristi metalni litij ili slitinu litija kao materijal negativne elektrode i koristi nevodenu otopinu elektrolita.Najranije predstavljena litijska baterija došla je od velikog izumitelja Edisona.
Budući da su kemijska svojstva metalnog litija vrlo aktivna, obrada, skladištenje i primjena metalnog litija imaju vrlo visoke ekološke zahtjeve.Stoga se litijeve baterije dugo ne koriste.
S razvojem tehnologije mikroelektronike u dvadesetom stoljeću, minijaturizirani uređaji su iz dana u dan sve veći, što postavlja visoke zahtjeve za napajanje.Litijske baterije tada su ušle u praktičnu fazu velikih razmjera.
Prvo je korišten u srčanim stimulatorima.Budući da je stopa samopražnjenja litijevih baterija izuzetno niska, napon pražnjenja je visok.Omogućuje implantaciju pejsmejkera u ljudsko tijelo na duže vrijeme.
Litijske baterije općenito imaju nazivni napon veći od 3,0 volta i prikladnije su za napajanje s integriranim krugom.Baterije s mangan-dioksidom naširoko se koriste u računalima, kalkulatorima, kamerama i satovima.
Kako bi se razvile sorte s boljim učinkom, proučavani su različiti materijali.I onda napravite proizvode kao nikada prije.Na primjer, litij sumpor dioksid baterije i litij tionil klorid baterije su vrlo različite.Njihov pozitivni aktivni materijal također je otapalo za elektrolit.Ova struktura je prisutna samo u nevodenim elektrokemijskim sustavima.Stoga je proučavanje litijevih baterija također pospješilo razvoj elektrokemijske teorije nevodenih sustava.Osim korištenja različitih nevodenih otapala, također su provedena istraživanja polimernih tankoslojnih baterija.
Godine 1992. Sony je uspješno razvio litij-ionske baterije.Njegova praktična primjena uvelike smanjuje težinu i obujam prijenosnih elektroničkih uređaja poput mobilnih telefona i prijenosnih računala.Vrijeme korištenja je znatno produženo.Budući da litij-ionske baterije ne sadrže teški metal krom, u usporedbi s nikal-krom baterijama, onečišćenje okoliša je znatno smanjeno.
1. Litij-ionska baterija
Litij-ionske baterije sada se dijele u dvije kategorije: tekuće litij-ionske baterije (LIB) i polimerne litij-ionske baterije (PLB).Među njima, tekuća litij-ionska baterija odnosi se na sekundarnu bateriju u kojoj je Li + interkalacijski spoj pozitivna i negativna elektroda.Pozitivna elektroda odabire litijev spoj LiCoO2 ili LiMn2O4, a negativna elektroda odabire međuslojni spoj litij-ugljik.Litij-ionske baterije idealna su pokretačka snaga za razvoj u 21. stoljeću zbog svog visokog radnog napona, male veličine, male težine, visoke energije, bez efekta pamćenja, bez zagađenja, niskog samopražnjenja i dugog vijeka trajanja.
2. Kratka povijest razvoja litij-ionske baterije
Litijeve baterije i litij-ionske baterije nove su visokoenergetske baterije uspješno razvijene u 20. stoljeću.Negativna elektroda ove baterije je metalni litij, a pozitivna MnO2, SOCL2, (CFx)n itd. U praktičnu upotrebu ušla je sedamdesetih godina prošlog stoljeća.Zbog svoje visoke energije, visokog napona baterije, širokog raspona radnih temperatura i dugog vijeka skladištenja, naširoko se koristi u vojnim i civilnim malim električnim uređajima, kao što su mobilni telefoni, prijenosna računala, video kamere, fotoaparati itd., djelomično zamjena tradicionalnih baterija..
3. Perspektive razvoja litij-ionskih baterija
Litij-ionske baterije naširoko se koriste u prijenosnim uređajima kao što su prijenosna računala, video kamere i mobilne komunikacije zbog svojih jedinstvenih funkcionalnih prednosti.Sada razvijena litij-ionska baterija velikog kapaciteta isprobana je u električnim vozilima, a procjenjuje se da će postati jedan od primarnih izvora energije za električna vozila u 21. stoljeću, a koristit će se u satelitima, zrakoplovstvu i pohrani energije .
4. Osnovna funkcija baterije
(1) Napon otvorenog kruga baterije
(2) Unutarnji otpor baterije
(3) Radni napon baterije
(4) Napon punjenja
Napon punjenja odnosi se na napon koji vanjski izvor napajanja primjenjuje na oba kraja baterije kada se sekundarna baterija puni.Osnovne metode punjenja uključuju punjenje konstantnom strujom i punjenje konstantnim naponom.Uglavnom se koristi punjenje konstantnom strujom, a karakteristika mu je da je struja punjenja stabilna tijekom procesa punjenja.Kako punjenje napreduje, aktivni materijal se obnavlja, područje reakcije elektrode se kontinuirano smanjuje, a polarizacija motora se postupno povećava.
(5) Kapacitet baterije
Kapacitet baterije odnosi se na količinu električne energije dobivenu iz baterije, koja se obično izražava s C, a jedinica se obično izražava s Ah ili mAh.Kapacitet je važan cilj električnih performansi baterije.Kapacitet baterije obično se dijeli na teoretski kapacitet, praktični kapacitet i nazivni kapacitet.
Kapacitet baterije određen je kapacitetom elektroda.Ako kapaciteti elektroda nisu jednaki, kapacitet baterije ovisi o elektrodi manjeg kapaciteta, ali nikako nije zbroj kapaciteta pozitivne i negativne elektrode.
(6) Funkcija skladištenja i vijek trajanja baterije
Jedna od primarnih značajki kemijskih izvora energije je da mogu oslobađati električnu energiju kada su u upotrebi i pohraniti električnu energiju kada nisu u upotrebi.Takozvana funkcija pohrane je sposobnost održavanja napunjenosti sekundarne baterije.
Što se tiče sekundarne baterije, vijek trajanja je važan parametar za mjerenje performansi baterije.Sekundarna baterija se puni i prazni jednom, što se naziva ciklus (ili ciklus).Pod određenim kriterijem punjenja i pražnjenja, broj vremena punjenja i pražnjenja koje baterija može izdržati prije nego što kapacitet baterije dosegne određenu vrijednost naziva se radni ciklus sekundarne baterije.Litij-ionske baterije imaju izvrsne performanse skladištenja i dug životni vijek.
Litijske baterije – značajke
A. Visoka gustoća energije
Težina litij-ionske baterije upola je manja od nikal-kadmijeve ili nikal-vodikove baterije istog kapaciteta, a volumen je 40-50% nikal-kadmijeve i 20-30% nikal-vodikove baterije .
B. Visoki napon
Radni napon jedne litij-ionske baterije je 3,7 V (prosječna vrijednost), što je ekvivalentno trima nikal-kadmijevim ili nikal-metal-hidridnim baterijama spojenim u seriju.
C. Nema zagađenja
Litij-ionske baterije ne sadrže štetne metale kao što su kadmij, olovo i živa.
D. Ne sadrži metalni litij
Litij-ionske baterije ne sadrže metalni litij i stoga ne podliježu propisima kao što je zabrana nošenja litijskih baterija u putničkim zrakoplovima.
E. Visoki životni ciklus
U normalnim uvjetima, litij-ionske baterije mogu imati više od 500 ciklusa punjenja i pražnjenja.
F. Nema efekta pamćenja
Efekt memorije odnosi se na pojavu da se kapacitet nikal-kadmijeve baterije smanjuje tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja.Litij-ionske baterije nemaju taj učinak.
G. Brzo punjenje
Korištenjem punjača konstantne struje i konstantnog napona s nazivnim naponom od 4,2 V možete u potpunosti napuniti litij-ionsku bateriju za jedan do dva sata.
Litijeva baterija – princip i struktura litijeve baterije
1. Struktura i princip rada litij-ionske baterije: Takozvana litij-ionska baterija odnosi se na sekundarnu bateriju sastavljenu od dva spoja koji mogu reverzibilno interkalirati i deinterkalirati litijeve ione kao pozitivne i negativne elektrode.Ljudi nazivaju ovu litij-ionsku bateriju s jedinstvenim mehanizmom, koji se oslanja na prijenos litijevih iona između pozitivne i negativne elektrode kako bi se dovršila operacija punjenja i pražnjenja baterije, kao "baterija stolice za ljuljanje", obično poznata kao "litijeva baterija". .Uzmimo LiCoO2 kao primjer: (1) Kada je baterija napunjena, litijevi ioni se deinterkaliraju iz pozitivne elektrode i interkaliraju u negativnu elektrodu, i obrnuto prilikom pražnjenja.Ovo zahtijeva da elektroda bude u stanju interkalacije litija prije sastavljanja.Općenito, kao pozitivna elektroda odabire se interkalacijski litijev oksid prijelaznog metala s potencijalom većim od 3 V u odnosu na litij i stabilan na zraku, poput LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Za materijale koji su negativne elektrode, odaberite spojeve litija koji se mogu interkalirati čiji je potencijal što bliži potencijalu litija.Na primjer, različiti ugljični materijali uključuju prirodni grafit, sintetski grafit, ugljična vlakna, mezofazni sferični ugljik, itd. i metalne okside, uključujući SnO, SnO2, kompozitni oksid kositra SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) itd.
litijska baterija
2. Baterija općenito uključuje: pozitivan, negativan, elektrolit, separator, pozitivni vod, negativnu ploču, središnji terminal, izolacijski materijal (izolator), sigurnosni ventil (safetyvent), brtveni prsten (brtva), PTC (pozitivni terminal za kontrolu temperature), kućište baterije.Općenito, ljudi su više zabrinuti za pozitivnu elektrodu, negativnu elektrodu i elektrolit.
litijska baterija
Usporedba strukture litij-ionske baterije
Prema različitim materijalima katode, dijeli se na željezo litij, kobalt litij, mangan litij itd.;
Prema klasifikaciji oblika, općenito se dijeli na cilindrične i kvadratne, a polimerni litijevi ioni također se mogu napraviti u bilo kojem obliku;
Prema različitim materijalima elektrolita koji se koriste u litij-ionskim baterijama, litij-ionske baterije mogu se podijeliti u dvije kategorije: tekuće litij-ionske baterije (LIB) i čvrste litij-ionske baterije.PLIB) je vrsta litij-ionske baterije u čvrstom stanju.
elektrolit
Shell/Package Barrier Strujni kolektor
Tekuća litij-ionska baterija Tekući nehrđajući čelik, aluminijska 25μPE bakrena folija i aluminijska folija polimer litij-ionska baterija koloidni polimer aluminij/PP kompozitni film bez barijere ili jedna μPE bakrena folija i aluminijska folija
Litijske baterije – Funkcija litij-ionskih baterija
1. Visoka gustoća energije
U usporedbi s NI/CD ili NI/MH baterijama istog kapaciteta, litij-ionske baterije su lakše u težini, a njihova volumenska specifična energija je 1,5 do 2 puta veća od ove dvije vrste baterija.
2. Visoki napon
Litij-ionske baterije koriste litijeve elektrode koje sadrže visoko elektronegativne elemente za postizanje napona na terminalima od čak 3,7 V, što je tri puta više od napona NI/CD ili NI/MH baterija.
3. Ne zagađuje, ekološki prihvatljiv
4. Dug životni ciklus
Životni vijek prelazi 500 puta
5. Visoka nosivost
Litij-ionske baterije mogu se kontinuirano prazniti velikom strujom, tako da se ova baterija može koristiti u uređajima velike snage kao što su kamere i prijenosna računala.
6. Izvrsna sigurnost
Zbog upotrebe izvrsnih anodnih materijala, problem rasta litijevog dendrita tijekom punjenja baterije je prevladan, što uvelike poboljšava sigurnost litij-ionskih baterija.Istodobno, odabrani su posebni dodaci koji se mogu obnoviti kako bi se osigurala sigurnost baterije tijekom uporabe.
Litijska baterija – Metoda punjenja litij-ionske baterije
Metoda 1. Prije nego što litij-ionska baterija napusti tvornicu, proizvođač je izvršio aktivacijski tretman i prethodno je napunio, tako da litij-ionska baterija ima preostalu snagu, a litij-ionska baterija se puni prema razdoblju prilagodbe.Ovo razdoblje prilagodbe potrebno je provesti 3 do 5 puta u potpunosti.Pražnjenje.
Metoda 2. Prije punjenja litij-ionsku bateriju nije potrebno posebno prazniti.Nepravilno pražnjenje će oštetiti bateriju.Prilikom punjenja pokušajte koristiti sporo punjenje i smanjite brzo punjenje;vrijeme ne smije biti dulje od 24 sata.Tek nakon što baterija prođe tri do pet potpunih ciklusa punjenja i pražnjenja, njezine unutarnje kemikalije bit će potpuno "aktivirane" za optimalnu upotrebu.
Metoda 3. Koristite originalni punjač ili punjač renomirane marke.Za litijeve baterije koristite poseban punjač za litijeve baterije i slijedite upute.U suprotnom, baterija će se oštetiti ili čak biti u opasnosti.
Metoda 4. Novokupljena baterija je litij-ionska, pa se prvih 3 do 5 punjenja općenito naziva razdobljem prilagodbe, a treba je puniti više od 14 sati kako bi se osiguralo da je aktivnost litijevih iona u potpunosti aktivirana.Litij-ionske baterije nemaju efekt pamćenja, ali imaju jaku inertnost.Oni bi trebali biti potpuno aktivirani kako bi se osigurala najbolja izvedba u budućim aplikacijama.
Metoda 5. Litij-ionska baterija mora koristiti poseban punjač, inače možda neće doći do stanja zasićenja i utjecati na njezinu funkciju.Nakon punjenja, nemojte ga stavljati na punjač dulje od 12 sati i odvojite bateriju od mobilnog elektroničkog proizvoda ako se ne koristi dulje vrijeme.
Litijeva baterija – korištenje
S razvojem tehnologije mikroelektronike u dvadesetom stoljeću, minijaturizirani uređaji su iz dana u dan sve veći, što postavlja visoke zahtjeve za napajanje.Litijske baterije tada su ušle u praktičnu fazu velikih razmjera.
Prvo je korišten u srčanim stimulatorima.Budući da je stopa samopražnjenja litijevih baterija izuzetno niska, napon pražnjenja je visok.Omogućuje implantaciju pejsmejkera u ljudsko tijelo na duže vrijeme.
Litijske baterije općenito imaju nazivni napon veći od 3,0 volta i prikladnije su za napajanje s integriranim krugom.Baterije s mangan-dioksidom naširoko se koriste u računalima, kalkulatorima, kamerama i satovima.
Primjer primjene
1. Postoji mnogo baterija kao zamjena za popravke baterija: poput onih koje se koriste u prijenosnim računalima.Nakon popravka, ustanovljeno je da kada se ova baterija ošteti, samo pojedinačne baterije imaju problema.Može se zamijeniti odgovarajućom jednoćelijskom litijskom baterijom.
2. Izrada minijaturne svjetiljke visoke svjetline Autor je jednom upotrijebio jednu litijevu bateriju od 3,6 V1,6 AH s bijelom cijevi koja emitira svjetlost super svjetline kako bi napravio minijaturnu svjetiljku, koja je jednostavna za korištenje, kompaktna i lijepa.A zbog velikog kapaciteta baterije može se koristiti u prosjeku pola sata svake noći, a bez punjenja je korišten više od dva mjeseca.
3. Alternativno napajanje od 3V
Budući da je napon jednoćelijske litijske baterije 3,6 V.Dakle, samo jedna litijska baterija može zamijeniti dvije obične baterije za napajanje malih kućanskih aparata kao što su radio, walkman, kamere i sl., koja ne samo da ima malu težinu, već i dugo traje.
Materijal anode litij-ionske baterije – litij titanat
Može se kombinirati s litij manganatom, ternarnim materijalima ili litij željezo fosfatom i drugim pozitivnim materijalima kako bi se formirale litij ionske sekundarne baterije od 2,4 V ili 1,9 V.Osim toga, također se može koristiti kao pozitivna elektroda za formiranje litijske baterije od 1,5 V sa sekundarnom baterijom s metalnom litijem ili negativnom elektrodom od legure litija.
Zbog visoke sigurnosti, visoke stabilnosti, dugovječnosti i zelenih karakteristika litij titanata.Može se predvidjeti da će materijal litij-titanat postati materijal negativne elektrode nove generacije litij-ionskih baterija za 2-3 godine i da će se široko koristiti u novim motornim vozilima, električnim motociklima i onima koji zahtijevaju visoku sigurnost, visoku stabilnost i dugi ciklus.polje primjene.Radni napon litij-titanatne baterije je 2,4 V, najviši napon je 3,0 V, a struja punjenja je do 2 C.
Sastav baterije litij-titanat
Pozitivna elektroda: litij željezo fosfat, litij manganat ili ternarni materijal, litij nikal manganat.
Negativna elektroda: materijal litij titanat.
Barijera: Trenutna barijera litijske baterije s ugljikom kao negativnom elektrodom.
Elektrolit: elektrolit litijeve baterije s ugljikom kao negativnom elektrodom.
Kućište za bateriju: Kućište za litijsku bateriju s ugljikom kao negativnom elektrodom.
Prednosti litij titanatnih baterija: odabir električnih vozila za zamjenu vozila na gorivo najbolji je izbor za rješavanje urbanog onečišćenja okoliša.Među njima, litij-ionske baterije privukle su veliku pozornost istraživača.Kako bi se zadovoljili zahtjevi električnih vozila za ugrađene litij-ionske baterije, istraživanje i razvoj Negativni materijali s visokom sigurnošću, dobrom brzinom i dugotrajnošću su njegove vruće točke i poteškoće.
Komercijalne negativne elektrode litij-ionskih baterija uglavnom koriste ugljične materijale, ali još uvijek postoje neki nedostaci u primjeni litijevih baterija koje koriste ugljik kao negativnu elektrodu:
1. Litijevi dendriti se lako talože tijekom prekomjernog punjenja, što dovodi do kratkog spoja baterije i utječe na sigurnosnu funkciju litijske baterije;
2. Lako se oblikuje SEI film, što rezultira malom početnom snagom punjenja i pražnjenja i velikim nepovratnim kapacitetom;
3. To jest, napon platforme karbonskih materijala je nizak (blizu metalnog litija), i lako je izazvati razgradnju elektrolita, što će donijeti sigurnosne rizike.
4. U procesu umetanja i ekstrakcije litijevog iona, volumen se jako mijenja, a stabilnost ciklusa je loša.
U usporedbi s ugljičnim materijalima, spinel tipa Li4Ti5012 ima značajne prednosti:
1. To je materijal bez naprezanja i ima dobru cirkulaciju;
2. Napon pražnjenja je stabilan, a elektrolit se neće razgraditi, poboljšavajući sigurnosne performanse litijevih baterija;
3. U usporedbi s ugljičnim anodnim materijalima, litij titanat ima visok koeficijent difuzije litij iona (2*10-8cm2/s) i može se puniti i prazniti velikom brzinom.
4. Potencijal litij titanata veći je od potencijala čistog metala litija, a nije lako generirati litijeve dendrite, što daje osnovu za osiguranje sigurnosti litijevih baterija.
krug održavanja
Sastoji se od dva tranzistora s efektom polja i namjenskog integriranog bloka za održavanje S-8232.Kontrolna cijev prekomjernog punjenja FET2 i kontrolna cijev prekomjernog pražnjenja FET1 serijski su spojene na strujni krug, a napon baterije prati i kontrolira IC za održavanje.Kada napon baterije poraste na 4,2 V, cijev za održavanje prekomjernog punjenja FET1 se isključuje i punjenje se prekida.Kako bi se izbjegao kvar, kondenzator kašnjenja obično se dodaje vanjskom krugu.Kada je baterija u ispražnjenom stanju, napon baterije pada na 2,55.
Vrijeme objave: 30. ožujka 2023