Baterai litium adalah jenis baterai yang menggunakan logam litium atau paduan litium sebagai bahan elektroda negatifnya dan menggunakan larutan elektrolit tidak berair.Baterai litium yang paling awal diperkenalkan berasal dari penemu hebat Edison.
Baterai Litium – Baterai Litium
baterai litium
Baterai litium adalah jenis baterai yang menggunakan logam litium atau paduan litium sebagai bahan elektroda negatifnya dan menggunakan larutan elektrolit tidak berair.Baterai litium yang paling awal diperkenalkan berasal dari penemu hebat Edison.
Karena sifat kimia logam litium sangat aktif, pemrosesan, penyimpanan, dan penerapan logam litium memiliki persyaratan lingkungan yang sangat tinggi.Oleh karena itu, baterai litium sudah lama tidak digunakan.
Dengan berkembangnya teknologi mikroelektronika di abad ke-20, perangkat mini semakin meningkat dari hari ke hari, sehingga memerlukan pasokan listrik yang tinggi.Baterai lithium kemudian memasuki tahap praktis skala besar.
Ini pertama kali digunakan pada alat pacu jantung.Karena tingkat self-discharge baterai litium sangat rendah, tegangan pelepasannya pun tinggi.Hal ini memungkinkan untuk menanamkan alat pacu jantung ke dalam tubuh manusia untuk waktu yang lama.
Baterai litium umumnya memiliki tegangan nominal lebih tinggi dari 3,0 volt dan lebih cocok untuk catu daya sirkuit terpadu.Baterai mangan dioksida banyak digunakan di komputer, kalkulator, kamera, dan jam tangan.
Untuk mengembangkan varietas dengan kinerja yang lebih baik, berbagai materi telah dipelajari.Dan kemudian membuat produk yang belum pernah ada sebelumnya.Misalnya, baterai litium sulfur dioksida dan baterai litium tionil klorida sangat berbeda.Bahan aktif positifnya juga merupakan pelarut elektrolit.Struktur ini hanya terdapat pada sistem elektrokimia non-air.Oleh karena itu, studi tentang baterai litium juga mendorong perkembangan teori elektrokimia sistem non-air.Selain penggunaan berbagai pelarut non-air, penelitian tentang baterai film tipis polimer juga telah dilakukan.
Pada tahun 1992, Sony berhasil mengembangkan baterai lithium-ion.Penerapan praktisnya sangat mengurangi berat dan volume perangkat elektronik portabel seperti ponsel dan komputer notebook.Waktu penggunaan sangat diperpanjang.Karena baterai lithium-ion tidak mengandung logam berat kromium, dibandingkan dengan baterai nikel-kromium, polusi terhadap lingkungan jauh berkurang.
1. Baterai litium-ion
Baterai litium-ion kini dibagi menjadi dua kategori: baterai litium-ion cair (LIB) dan baterai litium-ion polimer (PLB).Diantaranya, baterai lithium ion cair mengacu pada baterai sekunder di mana senyawa interkalasi Li + adalah elektroda positif dan negatif.Elektroda positif memilih senyawa litium LiCoO2 atau LiMn2O4, dan elektroda negatif memilih senyawa interlayer litium-karbon.Baterai lithium-ion adalah kekuatan pendorong yang ideal untuk pengembangan di abad ke-21 karena tegangan pengoperasiannya yang tinggi, ukurannya yang kecil, ringan, energinya tinggi, tidak ada efek memori, tidak ada polusi, self-discharge rendah, dan siklus hidup yang panjang.
2. Sejarah singkat perkembangan baterai lithium-ion
Baterai litium dan baterai litium ion merupakan baterai berenergi tinggi baru yang berhasil dikembangkan pada abad ke-20.Elektroda negatif baterai ini adalah litium logam, dan elektroda positifnya adalah MnO2, SOCL2, (CFx)n, dll. Ini mulai digunakan secara praktis pada tahun 1970-an.Karena energinya yang tinggi, tegangan baterai yang tinggi, rentang suhu pengoperasian yang luas, dan masa penyimpanan yang lama, peralatan ini telah banyak digunakan pada peralatan listrik kecil militer dan sipil, seperti ponsel, komputer portabel, kamera video, kamera, dll., sebagian mengganti baterai tradisional..
3. Prospek pengembangan baterai lithium-ion
Baterai lithium-ion telah banyak digunakan pada peralatan portabel seperti komputer laptop, kamera video, dan komunikasi seluler karena keunggulan fungsionalnya yang unik.Baterai lithium-ion berkapasitas besar yang dikembangkan saat ini telah diuji coba pada kendaraan listrik, dan diperkirakan akan menjadi salah satu sumber tenaga utama kendaraan listrik di abad ke-21, dan akan digunakan pada satelit, ruang angkasa, dan penyimpanan energi. .
4. Fungsi dasar baterai
(1) Tegangan rangkaian terbuka baterai
(2) Resistansi internal baterai
(3) Tegangan pengoperasian baterai
(4) Tegangan pengisian
Tegangan pengisian mengacu pada tegangan yang diterapkan ke kedua ujung baterai oleh catu daya eksternal saat baterai sekunder sedang diisi.Metode dasar pengisian meliputi pengisian arus konstan dan pengisian tegangan konstan.Umumnya digunakan pengisian arus konstan, dan ciri khasnya adalah arus pengisian stabil selama proses pengisian.Saat pengisian berlangsung, bahan aktif diperoleh kembali, area reaksi elektroda terus berkurang, dan polarisasi motor meningkat secara bertahap.
(5) Kapasitas baterai
Kapasitas baterai mengacu pada jumlah listrik yang diperoleh dari baterai, yang biasanya dinyatakan dengan C, dan satuannya biasanya dinyatakan dengan Ah atau mAh.Kapasitas merupakan tujuan penting dari kinerja kelistrikan baterai.Kapasitas baterai biasanya dibagi menjadi kapasitas teoretis, kapasitas praktis, dan kapasitas terukur.
Kapasitas baterai ditentukan oleh kapasitas elektroda.Apabila kapasitas elektroda-elektrodanya tidak sama, maka kapasitas baterai bergantung pada elektroda yang kapasitasnya lebih kecil, namun bukan merupakan penjumlahan dari kapasitas elektroda positif dan negatif.
(6) Fungsi penyimpanan dan masa pakai baterai
Salah satu ciri utama sumber tenaga kimia adalah dapat melepaskan energi listrik saat digunakan dan menyimpan energi listrik saat tidak digunakan.Fungsi penyimpanan yang disebut adalah kemampuan untuk mempertahankan pengisian daya baterai sekunder.
Mengenai baterai sekunder, masa pakai merupakan parameter penting untuk mengukur kinerja baterai.Baterai sekunder diisi dan dikosongkan satu kali, yang disebut satu siklus (atau siklus).Berdasarkan kriteria pengisian dan pengosongan tertentu, jumlah waktu pengisian dan pengosongan yang dapat ditahan baterai sebelum kapasitas baterai mencapai nilai tertentu disebut siklus pengoperasian baterai sekunder.Baterai lithium-ion memiliki kinerja penyimpanan yang sangat baik dan masa pakai yang lama.
Baterai Lithium – Fitur
A. Kepadatan energi yang tinggi
Berat baterai lithium-ion adalah setengah dari baterai nikel-kadmium atau nikel-hidrogen dengan kapasitas yang sama, dan volumenya 40-50% dari baterai nikel-kadmium dan 20-30% dari baterai nikel-hidrogen. .
B.Tegangan Tinggi
Tegangan pengoperasian satu baterai lithium-ion adalah 3,7V (nilai rata-rata), yang setara dengan tiga baterai nikel-kadmium atau nikel-metal hidrida yang dihubungkan secara seri.
C.Tidak ada polusi
Baterai lithium-ion tidak mengandung logam berbahaya seperti kadmium, timbal, dan merkuri.
D. Tidak mengandung logam litium
Baterai litium-ion tidak mengandung logam litium dan oleh karena itu tidak tunduk pada peraturan seperti larangan membawa baterai litium di pesawat penumpang.
E. Siklus hidup yang tinggi
Dalam kondisi normal, baterai lithium-ion dapat memiliki lebih dari 500 siklus pengisian-pengosongan.
F. Tidak ada efek memori
Efek memori mengacu pada fenomena berkurangnya kapasitas baterai nikel-kadmium selama siklus pengisian dan pengosongan.Baterai lithium-ion tidak memiliki efek ini.
G.Pengisian daya cepat
Menggunakan pengisi daya arus konstan dan tegangan konstan dengan tegangan pengenal 4.2V dapat mengisi penuh baterai lithium-ion dalam satu hingga dua jam.
Baterai Lithium – Prinsip dan Struktur Baterai Lithium
1. Struktur dan prinsip kerja baterai litium ion: Yang disebut baterai litium ion mengacu pada baterai sekunder yang terdiri dari dua senyawa yang dapat menginterkalasi dan mendeinterkalasi ion litium secara reversibel sebagai elektroda positif dan negatif.Orang-orang menyebut baterai litium-ion ini dengan mekanisme unik, yang mengandalkan transfer ion litium antara elektroda positif dan negatif untuk menyelesaikan operasi pengisian dan pengosongan baterai, sebagai “baterai kursi goyang”, yang biasa dikenal dengan “baterai litium”. .Ambil LiCoO2 sebagai contoh: (1) Saat baterai diisi, ion litium dideinterkalasi dari elektroda positif dan diinterkalasi di elektroda negatif, dan sebaliknya saat pemakaian.Hal ini memerlukan elektroda berada dalam keadaan interkalasi litium sebelum perakitan.Umumnya, oksida logam transisi interkalasi litium dengan potensial lebih besar dari 3V relatif terhadap litium dan stabil di udara dipilih sebagai elektroda positif, seperti LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Untuk bahan yang merupakan elektroda negatif, pilih senyawa litium yang dapat diinterkalasi yang potensialnya sedekat mungkin dengan potensial litium.Misalnya, berbagai bahan karbon termasuk grafit alam, grafit sintetik, serat karbon, karbon bola mesofasa, dll. dan oksida logam, termasuk SnO, SnO2, oksida komposit timah SnBxPyOz (x=0.4～0.6, y=0.6～0.4, z= (2+3x+5y)/2) dst.
baterai litium
2. Baterai umumnya meliputi: positif, negatif, elektrolit, pemisah, timbal positif, pelat negatif, terminal pusat, bahan isolasi (isolator), katup pengaman (safetyvent), cincin penyegel (gasket), PTC (terminal pengatur suhu positif), tempat baterai.Umumnya masyarakat lebih mementingkan elektroda positif, elektroda negatif, dan elektrolit.
baterai litium
Perbandingan struktur baterai lithium-ion
Menurut bahan katoda yang berbeda, ia dibagi menjadi litium besi, litium kobalt, litium mangan, dll.;
Dari klasifikasi bentuknya, umumnya dibagi menjadi silinder dan persegi, dan ion litium polimer juga dapat dibuat dalam bentuk apa pun;
Menurut bahan elektrolit berbeda yang digunakan dalam baterai litium-ion, baterai litium-ion dapat dibagi menjadi dua kategori: baterai litium-ion cair (LIB) dan baterai litium-ion solid-state.PLIB) adalah sejenis baterai lithium-ion solid-state.
elektrolit
Kolektor Arus Penghalang Shell/Paket
Baterai lithium-ion cair Baja tahan karat cair, aluminium foil tembaga 25μPE dan aluminium foil polimer baterai lithium-ion polimer koloid aluminium/film komposit PP tanpa penghalang atau foil tembaga μPE dan aluminium foil tunggal
Baterai Lithium – Fungsi Baterai Lithium Ion
1. Kepadatan energi yang tinggi
Dibandingkan dengan baterai NI/CD atau NI/MH dengan kapasitas yang sama, baterai lithium-ion lebih ringan, dan energi spesifik volumenya 1,5 hingga 2 kali lipat dari kedua jenis baterai tersebut.
2. Tegangan tinggi
Baterai litium-ion menggunakan elektroda litium yang mengandung elemen sangat elektronegatif untuk mencapai tegangan terminal setinggi 3,7V, yang tiga kali lipat tegangan baterai NI/CD atau NI/MH.
3. Tidak menimbulkan polusi, ramah lingkungan
4. Siklus hidup yang panjang
Rentang hidup melebihi 500 kali lipat
5. Kapasitas beban tinggi
Baterai lithium-ion dapat terus menerus dikosongkan dengan arus yang besar, sehingga baterai ini dapat digunakan pada peralatan berdaya tinggi seperti kamera dan komputer laptop.
6. Keamanan yang sangat baik
Karena penggunaan bahan anoda yang sangat baik, masalah pertumbuhan litium dendrit selama pengisian baterai dapat diatasi, yang sangat meningkatkan keamanan baterai litium-ion.Pada saat yang sama, aksesori khusus yang dapat dipulihkan dipilih untuk memastikan keamanan baterai saat digunakan.
Baterai litium – Metode pengisian baterai litium ion
Metode 1. Sebelum baterai litium-ion keluar dari pabrik, pabrikan telah melakukan perawatan aktivasi dan melakukan pra-pengisian, sehingga baterai litium-ion memiliki sisa daya, dan baterai litium-ion diisi sesuai dengan periode penyesuaian.Periode penyesuaian ini perlu dilakukan 3 sampai 5 kali seluruhnya.Memulangkan.
Metode 2. Sebelum mengisi daya, baterai lithium-ion tidak perlu dikosongkan secara khusus.Pengosongan yang tidak tepat akan merusak baterai.Saat mengisi daya, coba gunakan pengisian daya lambat dan kurangi pengisian daya cepat;waktunya tidak boleh melebihi 24 jam.Hanya setelah baterai menjalani tiga hingga lima siklus pengisian dan pengosongan penuh, bahan kimia internalnya akan “diaktifkan” sepenuhnya untuk penggunaan optimal.
Metode 3. Harap gunakan pengisi daya asli atau pengisi daya merek ternama.Untuk baterai litium, gunakan pengisi daya khusus untuk baterai litium dan ikuti petunjuknya.Jika tidak, baterai akan rusak atau bahkan berisiko.
Metode 4. Baterai yang baru dibeli adalah baterai lithium ion, jadi pengisian 3 hingga 5 kali pertama umumnya disebut periode penyesuaian, dan harus diisi selama lebih dari 14 jam untuk memastikan aktivitas ion lithium diaktifkan sepenuhnya.Baterai litium-ion tidak memiliki efek memori, namun memiliki kelembaman yang kuat.Mereka harus diaktifkan sepenuhnya untuk memastikan kinerja terbaik di aplikasi masa depan.
Metode 5. Baterai lithium-ion harus menggunakan pengisi daya khusus, jika tidak maka baterai tidak akan mencapai keadaan jenuh dan mempengaruhi fungsinya.Setelah mengisi daya, hindari meletakkannya di pengisi daya lebih dari 12 jam, dan pisahkan baterai dari produk elektronik seluler jika tidak digunakan dalam waktu lama.
Baterai litium – gunakan
Dengan berkembangnya teknologi mikroelektronika di abad ke-20, perangkat mini semakin meningkat dari hari ke hari, sehingga memerlukan pasokan listrik yang tinggi.Baterai lithium kemudian memasuki tahap praktis skala besar.
Ini pertama kali digunakan pada alat pacu jantung.Karena tingkat self-discharge baterai litium sangat rendah, tegangan pelepasannya pun tinggi.Hal ini memungkinkan untuk menanamkan alat pacu jantung ke dalam tubuh manusia untuk waktu yang lama.
Baterai litium umumnya memiliki tegangan nominal lebih tinggi dari 3,0 volt dan lebih cocok untuk catu daya sirkuit terpadu.Baterai mangan dioksida banyak digunakan di komputer, kalkulator, kamera, dan jam tangan.
Contoh aplikasi
1. Ada banyak baterai sebagai pengganti perbaikan baterai: seperti yang digunakan pada komputer notebook.Setelah diperbaiki, diketahui bahwa jika baterai ini rusak, hanya baterai individual yang bermasalah.Itu dapat diganti dengan baterai lithium sel tunggal yang sesuai.
2. Membuat obor mini dengan kecerahan tinggi Penulis pernah menggunakan satu baterai lithium 3.6V1.6AH dengan tabung pemancar cahaya super kecerahan putih untuk membuat obor mini, yang mudah digunakan, kompak dan indah.Dan karena kapasitas baterainya yang besar, rata-rata dapat digunakan selama setengah jam setiap malam, dan telah digunakan lebih dari dua bulan tanpa mengisi daya.
3. Catu daya alternatif 3V
Karena tegangan baterai lithium sel tunggal adalah 3.6V.Oleh karena itu, hanya satu baterai litium yang dapat menggantikan dua baterai biasa untuk menyuplai daya ke peralatan rumah tangga kecil seperti radio, walkman, kamera, dll., yang tidak hanya ringan, tetapi juga tahan lama.
Bahan anoda baterai litium-ion – litium titanat
Dapat dikombinasikan dengan litium manganat, bahan terner atau litium besi fosfat dan bahan positif lainnya untuk membentuk baterai sekunder litium ion 2.4V atau 1.9V.Selain itu, dapat juga digunakan sebagai elektroda positif untuk membentuk baterai lithium 1.5V dengan baterai sekunder elektroda negatif lithium logam atau paduan lithium.
Karena keamanan tinggi, stabilitas tinggi, umur panjang, dan karakteristik ramah lingkungan dari litium titanat.Bahan litium titanat dapat diprediksi akan menjadi bahan elektroda negatif baterai litium ion generasi baru dalam 2-3 tahun dan akan banyak digunakan pada kendaraan bertenaga baru, sepeda motor listrik, dan kendaraan yang memerlukan keselamatan tinggi, stabilitas tinggi, dan siklus panjang.bidang aplikasi.Tegangan pengoperasian baterai lithium titanate adalah 2.4V, tegangan tertinggi adalah 3.0V, dan arus pengisian hingga 2C.
Komposisi baterai litium titanat
Elektroda positif: litium besi fosfat, litium manganat atau bahan terner, litium nikel manganat.
Elektroda negatif: bahan litium titanat.
Penghalang: Penghalang baterai lithium saat ini dengan karbon sebagai elektroda negatif.
Elektrolit: Elektrolit baterai litium dengan karbon sebagai elektroda negatif.
Tempat baterai: Tempat baterai litium dengan karbon sebagai elektroda negatif.
Keunggulan baterai lithium titanate: memilih kendaraan listrik untuk menggantikan kendaraan bahan bakar merupakan pilihan terbaik untuk mengatasi pencemaran lingkungan perkotaan.Diantaranya, baterai bertenaga lithium-ion telah menarik banyak perhatian para peneliti.Untuk memenuhi persyaratan kendaraan listrik untuk baterai daya litium-ion terpasang, penelitian dan pengembangan Bahan negatif dengan keamanan tinggi, kinerja laju yang baik, dan umur panjang adalah titik panas dan kesulitannya.
Elektroda negatif baterai lithium-ion komersial sebagian besar menggunakan bahan karbon, namun masih terdapat beberapa kelemahan dalam penerapan baterai lithium yang menggunakan karbon sebagai elektroda negatifnya:
1. Dendrit litium mudah mengendap saat pengisian daya berlebihan, mengakibatkan korsleting pada baterai dan memengaruhi fungsi keselamatan baterai litium;
2. Film SEI mudah dibentuk, menghasilkan daya pengisian dan pengosongan awal yang rendah serta kapasitas ireversibel yang besar;
3. Artinya, tegangan platform bahan karbon rendah (mendekati logam litium), dan mudah menyebabkan penguraian elektrolit, yang akan menimbulkan risiko keamanan.
4. Dalam proses penyisipan dan ekstraksi ion litium, volumenya sangat berubah, dan stabilitas siklusnya buruk.
Dibandingkan dengan bahan karbon, Li4Ti5012 tipe spinel memiliki keunggulan signifikan:
1. Ini adalah bahan tanpa regangan dan memiliki kinerja sirkulasi yang baik;
2. Tegangan pelepasan stabil, dan elektrolit tidak akan terurai, meningkatkan kinerja keselamatan baterai litium;
3. Dibandingkan dengan bahan anoda karbon, litium titanat memiliki koefisien difusi ion litium yang tinggi (2*10-8cm2/s), dan dapat diisi dan dikosongkan dengan kecepatan tinggi.
4. Potensi litium titanat lebih tinggi dibandingkan litium logam murni, dan tidak mudah untuk menghasilkan dendrit litium, yang menjadi dasar untuk menjamin keamanan baterai litium.
sirkuit pemeliharaan
Ini terdiri dari dua transistor efek medan dan blok terintegrasi pemeliharaan khusus S-8232.Tabung kontrol overcharge FET2 dan tabung kontrol overdischarge FET1 dihubungkan secara seri ke sirkuit, dan tegangan baterai dipantau dan dikendalikan oleh IC pemeliharaan.Ketika tegangan baterai naik menjadi 4.2V, tabung pemeliharaan overcharge FET1 dimatikan, dan pengisian daya dihentikan.Untuk menghindari kegagalan fungsi, kapasitor penundaan biasanya ditambahkan ke sirkuit eksternal.Saat baterai dalam keadaan kosong, tegangan baterai turun menjadi 2,55.
Waktu posting: 30 Maret 2023