A lítium akkumulátor olyan típusú akkumulátor, amely lítiumfémet vagy lítiumötvözetet használ negatív elektróda anyagaként, és nem vizes elektrolitoldatot használ.A legkorábban bemutatott lítium akkumulátor a nagy feltaláló Edisontól származott.
Lítium akkumulátorok – Lítium akkumulátorok
lítium akkumulátor
A lítium akkumulátor olyan típusú akkumulátor, amely lítiumfémet vagy lítiumötvözetet használ negatív elektróda anyagaként, és nem vizes elektrolitoldatot használ.A legkorábban bemutatott lítium akkumulátor a nagy feltaláló Edisontól származott.
Mivel a lítium fém kémiai tulajdonságai nagyon aktívak, a lítium fém feldolgozása, tárolása és alkalmazása nagyon magas környezetvédelmi követelményeket támaszt.Ezért a lítium akkumulátorokat már régóta nem használják.
A mikroelektronikai technológia huszadik századi fejlődésével napról napra növekszik a miniatürizált eszközök száma, ami magas követelményeket támaszt a tápellátással szemben.A lítium akkumulátorok ekkor nagyszabású gyakorlati szakaszba léptek.
Először szívritmus-szabályozókban használták.Mivel a lítium akkumulátorok önkisülési sebessége rendkívül alacsony, a kisülési feszültség meredek.Lehetővé teszi a pacemaker hosszú időre történő beültetését az emberi szervezetbe.
A lítium akkumulátorok névleges feszültsége általában meghaladja a 3,0 V-ot, és jobban megfelelnek integrált áramköri tápegységekhez.A mangán-dioxid akkumulátorokat széles körben használják számítógépekben, számológépekben, fényképezőgépekben és órákban.
A jobb teljesítményű fajták kifejlesztése érdekében különféle anyagokat tanulmányoztak.Aztán olyan termékeket készíthet, mint még soha.Például a lítium-kén-dioxid akkumulátorok és a lítium-tionil-klorid akkumulátorok nagyon jellegzetesek.Pozitív hatóanyaguk az elektrolit oldószere is.Ez a szerkezet csak nem vizes elektrokémiai rendszerekben van jelen.Ezért a lítium akkumulátorok tanulmányozása a nemvizes rendszerek elektrokémiai elméletének fejlődését is elősegítette.A különféle nemvizes oldószerek alkalmazása mellett polimer vékonyfilm akkumulátorokkal kapcsolatos kutatásokat is végeztek.
1992-ben a Sony sikeresen fejlesztette ki a lítium-ion akkumulátorokat.Praktikus alkalmazása nagymértékben csökkenti a hordozható elektronikus eszközök, például mobiltelefonok és notebook számítógépek súlyát és térfogatát.A használati idő jelentősen meghosszabbodik.Mivel a lítium-ion akkumulátorok nem tartalmaznak nehézfém-krómot, a nikkel-króm akkumulátorokhoz képest a környezetszennyezés jelentősen csökken.
1. Lítium-ion akkumulátor
A lítium-ion akkumulátorok jelenleg két kategóriába sorolhatók: folyékony lítium-ion akkumulátorok (LIB) és polimer lítium-ion akkumulátorok (PLB).Ezek közül a folyékony lítium-ion akkumulátor a másodlagos akkumulátorra utal, amelyben a Li + interkalációs vegyület a pozitív és negatív elektródák.A pozitív elektróda a LiCoO2 vagy LiMn2O4 lítiumvegyületet választja ki, a negatív elektróda pedig a lítium-szén közbenső vegyületet.A lítium-ion akkumulátorok ideális hajtóerőt jelentenek a 21. századi fejlődéshez, mivel magas üzemi feszültségük, kis méretük, könnyű súlyuk, nagy energiájuk, nincs memóriaeffektusuk, nincs szennyeződésük, alacsony önkisülésük és hosszú élettartamuk.
2. A lítium-ion akkumulátor fejlesztésének rövid története
A lítium akkumulátorok és a lítium-ion akkumulátorok új, nagy energiájú akkumulátorok, amelyeket a 20. században sikeresen fejlesztettek ki.Ennek az akkumulátornak a negatív elektródája fém-lítium, pozitív elektródája pedig MnO2, SOCL2, (CFx)n stb. A gyakorlati használatba az 1970-es években került sor.Nagy energiája, nagy akkumulátorfeszültsége, széles üzemi hőmérséklet-tartománya és hosszú tárolási ideje miatt széles körben alkalmazzák katonai és polgári kisméretű elektromos készülékekben, mint például mobiltelefonok, hordozható számítógépek, videokamerák, kamerák stb. hagyományos akkumulátorok cseréje..
3. A lítium-ion akkumulátorok fejlesztési kilátásai
A lítium-ion akkumulátorokat egyedülálló funkcionális előnyeik miatt széles körben használják hordozható készülékekben, például laptopokban, videokamerákban és mobilkommunikációban.A most kifejlesztett nagykapacitású lítium-ion akkumulátort elektromos járművekben próbálták ki, és a becslések szerint a 21. században az elektromos járművek egyik elsődleges energiaforrásává válik, és műholdakban, űrhajózásban és energiatárolásban használják majd. .
4. Az akkumulátor alapvető funkciója
(1) Az akkumulátor nyitott áramköri feszültsége
(2) Az akkumulátor belső ellenállása
(3) Az akkumulátor üzemi feszültsége
(4) Töltőfeszültség
A töltési feszültség arra a feszültségre utal, amelyet a külső tápegység az akkumulátor mindkét végére kapcsol a másodlagos akkumulátor töltésekor.A töltés alapvető módjai közé tartozik az állandó áramú töltés és az állandó feszültségű töltés.Általában állandó áramú töltést alkalmaznak, amelynek jellemzője, hogy a töltési folyamat során a töltőáram stabil.A töltés előrehaladtával az aktív anyag visszanyerődik, az elektróda reakcióterülete folyamatosan csökken, és a motor polarizációja fokozatosan nő.
(5) Az akkumulátor kapacitása
Az akkumulátor kapacitása az akkumulátorból nyert villamos energia mennyiségére vonatkozik, amelyet általában C-vel, a mértékegységet pedig Ah-val vagy mAh-val fejeznek ki.A kapacitás az akkumulátor elektromos teljesítményének egyik fontos célja.Az akkumulátor kapacitását általában elméleti kapacitásra, gyakorlati kapacitásra és névleges kapacitásra osztják.
Az akkumulátor kapacitását az elektródák kapacitása határozza meg.Ha az elektródák kapacitása nem egyenlő, akkor az akkumulátor kapacitása a kisebb kapacitású elektródától függ, de semmiképpen sem a pozitív és negatív elektródák kapacitásának összege.
(6) Az akkumulátor tárolási funkciója és élettartama
A kémiai energiaforrások egyik elsődleges jellemzője, hogy használat közben elektromos energiát bocsátanak ki, használaton kívül pedig elektromos energiát tárolnak.Az úgynevezett tárolási funkció a másodlagos akkumulátor töltésének fenntartása.
A másodlagos akkumulátorral kapcsolatban az élettartam fontos paraméter az akkumulátor teljesítményének mérésére.A másodlagos akkumulátort egyszer feltöltik és lemerítik, ezt ciklusnak (vagy ciklusnak) nevezik.Egy bizonyos töltési és kisütési kritérium mellett a töltési és kisütési idők számát, amelyet az akkumulátor kibír, mielőtt az akkumulátor kapacitása elér egy bizonyos értéket, a másodlagos akkumulátor működési ciklusának nevezzük.A lítium-ion akkumulátorok kiváló tárolási teljesítménnyel és hosszú élettartammal rendelkeznek.
Lítium akkumulátorok – Jellemzők
A. Nagy energiasűrűség
A lítium-ion akkumulátor tömege fele akkora, mint az azonos kapacitású nikkel-kadmium vagy nikkel-hidrogén akkumulátoré, térfogata pedig a nikkel-kadmium 40-50%-a és a nikkel-hidrogén akkumulátoré 20-30%-a. .
B. Nagyfeszültség
Egyetlen lítium-ion akkumulátor üzemi feszültsége 3,7 V (átlagos érték), ami három sorba kapcsolt nikkel-kadmium vagy nikkel-fém-hidrid akkumulátornak felel meg.
C. Nincs szennyezés
A lítium-ion akkumulátorok nem tartalmaznak káros fémeket, például kadmiumot, ólmot és higanyt.
D. Nem tartalmaz fémes lítiumot
A lítium-ion akkumulátorok nem tartalmaznak fém lítiumot, ezért nem vonatkoznak rájuk olyan szabályozások, mint például a lítium akkumulátorok utasszállító repülőgépeken való szállításának tilalma.
E. Magas ciklusélettartam
Normál körülmények között a lítium-ion akkumulátorok több mint 500 töltési-kisütési ciklussal rendelkezhetnek.
F. Nincs memóriaeffektus
A memóriaeffektus arra a jelenségre utal, hogy a nikkel-kadmium akkumulátor kapacitása csökken a töltési és kisütési ciklus során.A lítium-ion akkumulátoroknak nincs ilyen hatása.
G. Gyors töltés
A 4,2 V névleges feszültségű állandó áramú és állandó feszültségű töltővel egy-két óra alatt teljesen feltölthető a lítium-ion akkumulátor.
Lítium akkumulátor – A lítium akkumulátor elve és felépítése
1. A lítium-ion akkumulátor felépítése és működési elve: Az úgynevezett lítium-ion akkumulátor egy két vegyületből álló másodlagos akkumulátorra vonatkozik, amely reverzibilisen interkalálhatja és deinterkalálhatja a lítiumionokat pozitív és negatív elektródákként.Az emberek ezt az egyedülálló mechanizmussal rendelkező lítium-ion akkumulátort, amely a lítium-ionok pozitív és negatív elektródák közötti átvitelén alapul, hogy befejezze az akkumulátor töltési és kisütési műveletét, „hintaszék akkumulátornak”, közismert nevén „lítium akkumulátornak”. .Vegyük például a LiCoO2-t: (1) Az akkumulátor feltöltésekor a lítium-ionok deinterkalálódnak a pozitív elektródáról, és a negatív elektródába interkalálódnak, kisütéskor pedig fordítva.Ehhez az összeszerelés előtt az elektródának lítium interkalációban kell lennie.Általában a lítiumhoz viszonyított 3 V-nál nagyobb potenciálú és levegőben stabil lítium interkalációs átmenetifém-oxidot választanak pozitív elektródként, például LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Azokhoz az anyagokhoz, amelyek negatív elektródák, válasszon olyan intercalable lítiumvegyületeket, amelyek potenciálja a lehető legközelebb van a lítiumpotenciálhoz.Például a különféle szénanyagok közé tartozik a természetes grafit, szintetikus grafit, szénszál, mezofázisú gömbszén stb. és fém-oxidok, köztük SnO, SnO2, ón kompozit oxid SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5év)/2) stb.
lítium akkumulátor
2. Az akkumulátor általában a következőket tartalmazza: pozitív, negatív, elektrolit, elválasztó, pozitív vezeték, negatív lemez, központi kapocs, szigetelőanyag (szigetelő), biztonsági szelep ( biztonsági szelep), tömítőgyűrű (tömítés), PTC (pozitív hőmérséklet-szabályozó kapocs), akkumulátor tok.Általában az emberek jobban aggódnak a pozitív elektróda, a negatív elektróda és az elektrolit miatt.
lítium akkumulátor
Lítium-ion akkumulátor szerkezeti összehasonlítás
A különböző katódanyagok szerint vas-lítiumra, kobalt-lítiumra, mangán-lítiumra stb.
Az alakbesorolásból általában hengeresre és négyzet alakúra osztják, és a polimer lítium-ionok is tetszőleges alakra készíthetők;
A lítium-ion akkumulátorokban használt különböző elektrolit anyagok szerint a lítium-ion akkumulátorok két kategóriába sorolhatók: folyékony lítium-ion akkumulátorok (LIB) és szilárdtest-lítium-ion akkumulátorok.A PLIB) egyfajta szilárdtest lítium-ion akkumulátor.
elektrolit
Shell/Package Barrier Current Collector
Folyékony lítium-ion akkumulátor Folyékony rozsdamentes acél, alumínium 25 μPE rézfólia és alumínium fólia polimer lítium-ion akkumulátor kolloid polimer alumínium/PP kompozit fólia gát nélkül vagy egyetlen μPE rézfólia és alumínium fólia
Lítium akkumulátorok – A lítium-ion akkumulátorok funkciója
1. Nagy energiasűrűség
Az azonos kapacitású NI/CD vagy NI/MH akkumulátorokhoz képest a lítium-ion akkumulátorok könnyebbek, és térfogat-fajlagos energiájuk 1,5-2-szerese ennek a két akkumulátortípusnak.
2. Nagyfeszültség
A lítium-ion akkumulátorok erősen elektronegatív elemet tartalmazó lítium elektródákat használnak, hogy elérjék a 3,7 V-os kapocsfeszültséget, ami háromszorosa az NI/CD vagy NI/MH akkumulátorok feszültségének.
3. Nem szennyező, környezetbarát
4. Hosszú ciklusélettartam
Az élettartam meghaladja az 500-szorost
5. Nagy teherbírás
A lítium-ion akkumulátorok nagy áramerősséggel folyamatosan kisüthetők, így ez az akkumulátor nagy teljesítményű készülékekben, például fényképezőgépekben és laptopokban használható.
6. Kiváló biztonság
A kiváló anódanyagok felhasználásának köszönhetően az akkumulátor töltése során a lítium-dendrit növekedésének problémája megoldódik, ami nagymértékben javítja a lítium-ion akkumulátorok biztonságát.Ugyanakkor speciális helyreállítható tartozékokat választanak ki, hogy biztosítsák az akkumulátor biztonságát a használat során.
Lítium akkumulátor – Lítium-ion akkumulátor töltési módszer
Módszer 1. Mielőtt a lítium-ion akkumulátor elhagyja a gyárat, a gyártó aktiválási kezelést és előtöltést hajtott végre, így a lítium-ion akkumulátornak van maradék energiája, és a lítium-ion akkumulátort a beállítási időszaknak megfelelően tölti fel.Ezt a beállítási időszakot 3-5 alkalommal kell teljesen végrehajtani.Kisülés.
2. módszer. Töltés előtt a lítium-ion akkumulátort nem kell külön lemeríteni.A nem megfelelő kisütés károsítja az akkumulátort.Töltés közben próbáljon lassú töltést használni, és csökkentse a gyors töltést;az idő nem haladhatja meg a 24 órát.Csak azután, hogy az akkumulátor három-öt teljes töltési és kisütési cikluson ment keresztül, a belső vegyszerek teljesen „aktiválódnak” az optimális használat érdekében.
3. módszer. Kérjük, használja az eredeti töltőt vagy egy jó hírű töltőt.Lítium akkumulátorokhoz használjon speciális töltőt a lítium akkumulátorokhoz, és kövesse az utasításokat.Ellenkező esetben az akkumulátor megsérül, vagy akár veszélybe is kerülhet.
4. módszer. Az újonnan vásárolt akkumulátor lítium-ionos, ezért a töltés első 3-5 alkalmát általában alkalmazkodási periódusnak nevezik, és 14 óránál tovább kell tölteni, hogy a lítium-ionok aktivitása teljes mértékben aktiválódjon.A lítium-ion akkumulátoroknak nincs memóriaeffektusuk, de erős tehetetlenséggel rendelkeznek.Ezeket teljesen aktiválni kell, hogy a jövőbeni alkalmazásokban a legjobb teljesítményt biztosítsák.
5. módszer. A lítium-ion akkumulátorhoz speciális töltőt kell használni, különben nem éri el a telítettségi állapotot, és nem befolyásolja a működését.Töltés után ne helyezze a töltőre 12 óránál hosszabb ideig, és válassza le az akkumulátort a mobil elektronikai termékről, ha hosszabb ideig nem használja.
Lítium akkumulátor – használat
A mikroelektronikai technológia huszadik századi fejlődésével napról napra növekszik a miniatürizált eszközök száma, ami magas követelményeket támaszt a tápellátással szemben.A lítium akkumulátorok ekkor nagyszabású gyakorlati szakaszba léptek.
Először szívritmus-szabályozókban használták.Mivel a lítium akkumulátorok önkisülési sebessége rendkívül alacsony, a kisülési feszültség meredek.Lehetővé teszi a pacemaker hosszú időre történő beültetését az emberi szervezetbe.
A lítium akkumulátorok névleges feszültsége általában meghaladja a 3,0 V-ot, és jobban megfelelnek integrált áramköri tápegységekhez.A mangán-dioxid akkumulátorokat széles körben használják számítógépekben, számológépekben, fényképezőgépekben és órákban.
Alkalmazási példa
1. Számos akkumulátorcsomag helyettesíti az akkumulátorcsomag javítását: például a notebook számítógépekben használtak.A javítás után kiderül, hogy ha ez az akkumulátorcsomag megsérül, akkor csak az egyes akkumulátorokkal van probléma.Cserélhető megfelelő egycellás lítium akkumulátorral.
2. Nagy fényerejű miniatűr zseblámpa készítése A szerző egyszer egyetlen 3,6V1,6AH lítium elemből, fehér szuperfényes fénykibocsátó csővel készített miniatűr zseblámpát, amely könnyen használható, kompakt és gyönyörű.A nagy akkumulátorkapacitás miatt pedig minden este átlagosan fél óráig használható, több mint két hónapja pedig töltés nélkül.
3. Alternatív 3V-os tápegység
Mivel az egycellás lítium akkumulátor feszültsége 3,6 V.Ezért csak egy lítium akkumulátor helyettesíthet két közönséges akkumulátort, amelyek tápellátást biztosítanak a kis háztartási készülékekhez, például rádiókhoz, walkmanekhez, kamerákhoz stb., amelyek nemcsak könnyűek, de hosszú ideig is használhatók.
Lítium-ion akkumulátor anód anyaga – lítium-titanát
Lítium-manganáttal, háromkomponensű anyagokkal vagy lítium-vas-foszfáttal és más pozitív anyagokkal kombinálva 2,4 V-os vagy 1,9 V-os lítium-ion másodlagos akkumulátorokat képezhet.Ezenkívül pozitív elektródaként is használható egy 1,5 V-os lítium akkumulátor fém-lítium vagy lítiumötvözet negatív elektródája másodlagos akkumulátorral történő kialakításához.
A lítium-titanát nagy biztonsága, nagy stabilitása, hosszú élettartama és zöld tulajdonságai miatt.Megjósolható, hogy a lítium-titanát anyag 2-3 éven belül a lítium-ion akkumulátorok új generációjának negatív elektródaanyagává válik, és széles körben alkalmazható új erőgépjárművekben, elektromos motorkerékpárokban, valamint a nagy biztonságot, nagy stabilitást és hosszú ciklust igénylő járművekben.alkalmazási terület.A lítium-titanát akkumulátor üzemi feszültsége 2,4 V, a legmagasabb feszültség 3,0 V, a töltőáram pedig legfeljebb 2 C.
Lítium-titanát akkumulátor összetétele
Pozitív elektróda: lítium-vas-foszfát, lítium-manganát vagy háromkomponensű anyag, lítium-nikkel-manganát.
Negatív elektróda: lítium-titanát anyag.
Gát: A jelenlegi lítium akkumulátor gát, negatív elektródaként szénnel.
Elektrolit: Lítium akkumulátor elektrolit, negatív elektródaként szénnel.
Akkumulátorház: Lítium akkumulátorház, negatív elektródaként szénnel.
A lítium-titanát akkumulátorok előnyei: az elektromos járművek választása az üzemanyaggal működő járművek helyett a legjobb választás a városi környezetszennyezés megoldására.Közülük a lítium-ion akkumulátorok nagy figyelmet szenteltek a kutatóknak.Az elektromos járművek fedélzeti lítium-ion akkumulátorokkal szemben támasztott követelményeinek teljesítése érdekében kutatás és fejlesztés A nagy biztonságú, jó sebességű és hosszú élettartamú negatív anyagok jelentik a forró pontokat és nehézségeket.
A kereskedelemben kapható lítium-ion akkumulátor negatív elektródák főként szén anyagokat használnak, de még mindig vannak hátrányai a szenet negatív elektródaként használó lítium akkumulátorok alkalmazásának:
1. A lítium-dendritek könnyen kicsapódnak a túltöltés során, ami rövidzárlatot eredményez az akkumulátorban, és befolyásolja a lítium akkumulátor biztonsági funkcióját;
2. Könnyen kialakítható SEI film, ami alacsony kezdeti töltési és kisütési teljesítményt és nagy visszafordíthatatlan kapacitást eredményez;
3. Vagyis a karbon anyagok platformfeszültsége alacsony (közel a fém-lítiumhoz), és könnyen előidézhető az elektrolit bomlása, ami biztonsági kockázatokat hordoz magában.
4. A lítium-ion beillesztése és extrakciója során a térfogat nagymértékben megváltozik, és a ciklusstabilitás gyenge.
A karbon anyagokhoz képest a spinel típusú Li4Ti5012 jelentős előnyökkel rendelkezik:
1. Ez nulla törzs anyag, és jó keringési teljesítményt nyújt;
2. A kisülési feszültség stabil, és az elektrolit nem bomlik le, javítva a lítium akkumulátorok biztonsági teljesítményét;
3. A szénanód anyagokhoz képest a lítium-titanát magas lítium-ion diffúziós együtthatóval rendelkezik (2*10-8cm2/s), és nagy sebességgel tölthető és kisüthető.
4. A lítium-titanát potenciálja nagyobb, mint a tiszta fém-lítiumé, és nem könnyű lítium-dendriteket előállítani, ami alapot ad a lítium akkumulátorok biztonságának biztosításához.
karbantartási kör
Két térhatású tranzisztorból és egy dedikált karbantartási integrált S-8232 blokkból áll.A FET2 túltöltés-szabályozó cső és a FET1 túltöltés-szabályozó cső sorba van kötve az áramkörrel, és az akkumulátor feszültségét a karbantartási IC figyeli és vezérli.Amikor az akkumulátor feszültsége 4,2 V-ra emelkedik, a FET1 túltöltés-karbantartó cső kikapcsol, és a töltés megszakad.A meghibásodás elkerülése érdekében általában egy késleltető kondenzátort adnak a külső áramkörhöz.Amikor az akkumulátor lemerült, az akkumulátor feszültsége 2,55-re csökken.
Feladás időpontja: 2023. március 30