La batteria al litio è dotata di ricarica della batteria al litio

La batteria al litio è un tipo di batteria che utilizza litio metallico o lega di litio come materiale dell'elettrodo negativo e utilizza una soluzione elettrolitica non acquosa.La prima batteria al litio presentata proveniva dal grande inventore Edison.

Batterie al litio – Batterie al litio

batteria al litio
La batteria al litio è un tipo di batteria che utilizza litio metallico o lega di litio come materiale dell'elettrodo negativo e utilizza una soluzione elettrolitica non acquosa.La prima batteria al litio presentata proveniva dal grande inventore Edison.

Poiché le proprietà chimiche del litio metallico sono molto attive, la lavorazione, lo stoccaggio e l'applicazione del litio metallico richiedono requisiti ambientali molto elevati.Pertanto, le batterie al litio non vengono utilizzate da molto tempo.

Con lo sviluppo della tecnologia microelettronica nel XX secolo, i dispositivi miniaturizzati aumentano di giorno in giorno, il che comporta requisiti elevati per l'alimentazione elettrica.Le batterie al litio sono quindi entrate nella fase pratica su larga scala.

È stato utilizzato per la prima volta nei pacemaker cardiaci.Poiché la velocità di autoscarica delle batterie al litio è estremamente bassa, la tensione di scarica è elevata.Permette di impiantare il pacemaker nel corpo umano per un lungo periodo.

Le batterie al litio hanno generalmente una tensione nominale superiore a 3,0 volt e sono più adatte per alimentatori a circuito integrato.Le batterie al biossido di manganese sono ampiamente utilizzate nei computer, nelle calcolatrici, nelle fotocamere e negli orologi.

Per sviluppare varietà con prestazioni migliori sono stati studiati diversi materiali.E poi realizza prodotti come mai prima d'ora.Ad esempio, le batterie al litio biossido di zolfo e le batterie al litio cloruro di tionile sono molto particolari.Il loro materiale attivo positivo è anche un solvente per l'elettrolita.Questa struttura è presente solo nei sistemi elettrochimici non acquosi.Pertanto, lo studio delle batterie al litio ha favorito anche lo sviluppo della teoria elettrochimica dei sistemi non acquosi.Oltre all'uso di vari solventi non acquosi, sono state condotte anche ricerche sulle batterie polimeriche a film sottile.

Nel 1992, Sony ha sviluppato con successo batterie agli ioni di litio.La sua applicazione pratica riduce notevolmente il peso e il volume dei dispositivi elettronici portatili come telefoni cellulari e computer notebook.Il tempo di utilizzo è notevolmente esteso.Poiché le batterie agli ioni di litio non contengono metalli pesanti al cromo, rispetto alle batterie al nichel-cromo, l'inquinamento ambientale è notevolmente ridotto.

1. Batteria agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio sono ora divise in due categorie: batterie agli ioni di litio liquidi (LIB) e batterie agli ioni di litio polimeriche (PLB).Tra questi, la batteria agli ioni di litio liquida si riferisce alla batteria secondaria in cui il composto intercalante Li+ rappresenta gli elettrodi positivo e negativo.L'elettrodo positivo seleziona il composto di litio LiCoO2 o LiMn2O4 e l'elettrodo negativo seleziona il composto interstrato di litio-carbonio.Le batterie agli ioni di litio sono una forza trainante ideale per lo sviluppo nel 21° secolo grazie alla loro elevata tensione operativa, dimensioni ridotte, leggerezza, alta energia, nessun effetto memoria, nessun inquinamento, bassa autoscarica e lunga durata.

2. Una breve storia dello sviluppo delle batterie agli ioni di litio
Le batterie al litio e le batterie agli ioni di litio sono nuove batterie ad alta energia sviluppate con successo nel 20° secolo.L'elettrodo negativo di questa batteria è litio metallico e l'elettrodo positivo è MnO2, SOCL2, (CFx)n, ecc. È stato messo in uso pratico negli anni '70.A causa della sua elevata energia, dell'elevata tensione della batteria, dell'ampio intervallo di temperature operative e della lunga durata di conservazione, è stato ampiamente utilizzato in piccoli elettrodomestici militari e civili, come telefoni cellulari, computer portatili, videocamere, macchine fotografiche, ecc., In parte sostituzione delle batterie tradizionali..

3. Prospettive di sviluppo delle batterie agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio sono state ampiamente utilizzate in apparecchi portatili come computer portatili, videocamere e comunicazioni mobili grazie ai loro vantaggi funzionali unici.La batteria agli ioni di litio di grande capacità sviluppata ora è stata sperimentata nei veicoli elettrici e si stima che diventerà una delle fonti di energia primarie per i veicoli elettrici nel 21° secolo e sarà utilizzata nei satelliti, nel settore aerospaziale e nello stoccaggio di energia. .

4. La funzione di base della batteria
(1) La tensione a circuito aperto della batteria
(2) Resistenza interna della batteria
(3) La tensione operativa della batteria

(4) Tensione di carica
La tensione di carica si riferisce alla tensione applicata ad entrambe le estremità della batteria dall'alimentatore esterno quando viene caricata la batteria secondaria.I metodi di base di ricarica includono la carica a corrente costante e la carica a tensione costante.Generalmente viene utilizzata la carica a corrente costante e la sua caratteristica è che la corrente di carica è stabile durante il processo di carica.Man mano che la carica procede, il materiale attivo viene recuperato, l'area di reazione dell'elettrodo viene ridotta continuamente e la polarizzazione del motore viene gradualmente aumentata.

(5) Capacità della batteria
La capacità della batteria si riferisce alla quantità di elettricità ottenuta dalla batteria, che di solito è espressa in C, e l'unità è solitamente espressa in Ah o mAh.La capacità è un obiettivo importante per le prestazioni elettriche della batteria.La capacità della batteria è solitamente divisa in capacità teorica, capacità pratica e capacità nominale.

La capacità della batteria è determinata dalla capacità degli elettrodi.Se le capacità degli elettrodi non sono uguali, la capacità della batteria dipende dall'elettrodo con la capacità minore, ma non è assolutamente la somma delle capacità degli elettrodi positivo e negativo.

(6) Funzione di conservazione e durata della batteria
Una delle caratteristiche principali delle fonti di energia chimica è che possono rilasciare energia elettrica quando sono in uso e immagazzinare energia elettrica quando non sono in uso.La cosiddetta funzione di memorizzazione è la capacità di mantenere in carica la batteria secondaria.

Per quanto riguarda la batteria secondaria, la durata è un parametro importante per misurare le prestazioni della batteria.Una batteria secondaria viene caricata e scaricata una volta, chiamata ciclo (o ciclo).Con un determinato criterio di carica e scarica, il numero di tempi di carica e scarica che la batteria può sopportare prima che la capacità della batteria raggiunga un determinato valore viene chiamato ciclo operativo della batteria secondaria.Le batterie agli ioni di litio hanno eccellenti prestazioni di conservazione e una lunga durata.

Batterie al litio – Caratteristiche
A. Alta densità di energia
Il peso della batteria agli ioni di litio è la metà di quello della batteria al nichel-cadmio o al nichel-idrogeno della stessa capacità e il volume è pari al 40-50% della batteria al nichel-cadmio e al 20-30% della batteria al nichel-idrogeno .

B. Alta tensione
La tensione operativa di una singola batteria agli ioni di litio è di 3,7 V (valore medio), che equivale a tre batterie al nichel-cadmio o nichel-metallo idruro collegate in serie.

C. Nessun inquinamento
Le batterie agli ioni di litio non contengono metalli nocivi come cadmio, piombo e mercurio.

D. Non contiene litio metallico
Le batterie agli ioni di litio non contengono litio metallico e quindi non sono soggette a normative come il divieto di trasportare batterie al litio sugli aerei passeggeri.

E. Ciclo di vita elevato
In condizioni normali, le batterie agli ioni di litio possono avere più di 500 cicli di carica-scarica.

F. Nessun effetto memoria
L'effetto memoria si riferisce al fenomeno per cui la capacità della batteria al nichel-cadmio viene ridotta durante il ciclo di carica e scarica.Le batterie agli ioni di litio non hanno questo effetto.

G. Ricarica rapida
Utilizzando un caricabatterie a corrente e voltaggio costante con una tensione nominale di 4,2 V è possibile caricare completamente la batteria agli ioni di litio in una o due ore.

Batteria al litio – Principio e struttura della batteria al litio
1. Struttura e principio di funzionamento della batteria agli ioni di litio: la cosiddetta batteria agli ioni di litio si riferisce a una batteria secondaria composta da due composti che possono intercalare e deiintercalare in modo reversibile gli ioni di litio come elettrodi positivi e negativi.La gente chiama questa batteria agli ioni di litio con un meccanismo unico, che si basa sul trasferimento di ioni di litio tra gli elettrodi positivo e negativo per completare l'operazione di carica e scarica della batteria, come una "batteria per sedia a dondolo", comunemente nota come "batteria al litio" .Prendiamo come esempio LiCoO2: (1) Quando la batteria è carica, gli ioni di litio vengono deiintercalati dall'elettrodo positivo e intercalati nell'elettrodo negativo e viceversa durante la scarica.Ciò richiede che un elettrodo sia in uno stato di intercalazione di litio prima dell'assemblaggio.Generalmente, come elettrodo positivo viene selezionato un ossido di metallo di transizione intercalante di litio con un potenziale maggiore di 3 V rispetto al litio e stabile in aria, come LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Per i materiali che sono elettrodi negativi, selezionare composti di litio intercalabili il cui potenziale sia il più vicino possibile al potenziale del litio.Ad esempio, vari materiali di carbonio includono grafite naturale, grafite sintetica, fibra di carbonio, carbonio sferico mesofase, ecc. e ossidi metallici, inclusi SnO, SnO2, ossido composito di stagno SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5a)/2) ecc.

batteria al litio
2. La batteria generalmente comprende: positivo, negativo, elettrolita, separatore, cavo positivo, piastra negativa, terminale centrale, materiale isolante (isolante), valvola di sicurezza (safetyvent), anello di tenuta (guarnizione), PTC (terminale positivo di controllo della temperatura), Custodia della batteria.In generale, le persone sono più preoccupate per l’elettrodo positivo, l’elettrodo negativo e l’elettrolita.

batteria al litio
Confronto della struttura della batteria agli ioni di litio
In base ai diversi materiali catodici, è suddiviso in ferro litio, cobalto litio, manganese litio, ecc.;
Dalla classificazione della forma, è generalmente diviso in cilindrico e quadrato e gli ioni polimerici di litio possono anche essere trasformati in qualsiasi forma;
In base ai diversi materiali elettrolitici utilizzati nelle batterie agli ioni di litio, le batterie agli ioni di litio possono essere suddivise in due categorie: batterie agli ioni di litio liquide (LIB) e batterie agli ioni di litio a stato solido.PLIB) è una sorta di batteria agli ioni di litio a stato solido.

elettrolita
Collettore di corrente barriera guscio/pacchetto
Batteria agli ioni di litio liquida Acciaio inossidabile liquido, alluminio Foglio di rame da 25μPE e foglio di alluminio Batteria polimerica agli ioni di litio Polimero colloidale film composito di alluminio/PP senza barriera o singolo foglio di rame μPE e foglio di alluminio

Batterie al litio – La funzione delle batterie agli ioni di litio

1. Alta densità di energia
Rispetto alle batterie NI/CD o NI/MH della stessa capacità, le batterie agli ioni di litio sono più leggere e la loro energia specifica in termini di volume è da 1,5 a 2 volte quella di questi due tipi di batterie.

2. Alta tensione
Le batterie agli ioni di litio utilizzano elettrodi al litio contenenti elementi altamente elettronegativi per raggiungere tensioni terminali fino a 3,7 V, ovvero tre volte la tensione delle batterie NI/CD o NI/MH.

3. Non inquinante, rispettoso dell'ambiente

4. Ciclo di vita lungo
La durata della vita supera 500 volte

5. Elevata capacità di carico
Le batterie agli ioni di litio possono essere scaricate continuamente con una corrente elevata, in modo che possano essere utilizzate in apparecchi ad alta potenza come fotocamere e computer portatili.

6. Sicurezza eccellente
Grazie all'utilizzo di eccellenti materiali anodici, viene superato il problema della crescita dei dendriti di litio durante la ricarica della batteria, il che migliora notevolmente la sicurezza delle batterie agli ioni di litio.Allo stesso tempo, vengono selezionati speciali accessori recuperabili per garantire la sicurezza della batteria durante l'uso.

Batteria al litio: metodo di ricarica della batteria agli ioni di litio
Metodo 1. Prima che la batteria agli ioni di litio lasci la fabbrica, il produttore ha effettuato un trattamento di attivazione e precaricato, quindi la batteria agli ioni di litio ha potenza residua e la batteria agli ioni di litio viene caricata in base al periodo di regolazione.Questo periodo di adattamento deve essere eseguito completamente da 3 a 5 volte.Scarico.
Metodo 2. Prima della ricarica, non è necessario scaricare particolarmente la batteria agli ioni di litio.Uno scaricamento improprio danneggerà la batteria.Durante la ricarica, provare a utilizzare la ricarica lenta e ridurre la ricarica rapida;il tempo non deve superare le 24 ore.Solo dopo che la batteria ha subito da tre a cinque cicli completi di carica e scarica, i suoi prodotti chimici interni saranno completamente “attivati” per un utilizzo ottimale.
Metodo 3. Utilizzare il caricabatterie originale o un caricabatterie di marca affidabile.Per le batterie al litio, utilizzare un caricatore speciale per batterie al litio e seguire le istruzioni.In caso contrario, la batteria verrà danneggiata o addirittura messa a rischio.
Metodo 4. La batteria appena acquistata è agli ioni di litio, quindi le prime 3-5 ricariche sono generalmente chiamate periodo di adattamento e dovrebbe essere caricata per più di 14 ore per garantire che l'attività degli ioni di litio sia completamente attivata.Le batterie agli ioni di litio non hanno effetto memoria, ma hanno una forte inerzia.Dovrebbero essere completamente attivati ​​per garantire le migliori prestazioni nelle applicazioni future.
Metodo 5. La batteria agli ioni di litio deve utilizzare un caricabatterie speciale, altrimenti potrebbe non raggiungere lo stato di saturazione e comprometterne il funzionamento.Dopo la ricarica, evitare di posizionarla sul caricabatterie per più di 12 ore e separare la batteria dal prodotto elettronico mobile quando non viene utilizzata per un lungo periodo.

Batteria al litio – utilizzo
Con lo sviluppo della tecnologia microelettronica nel XX secolo, i dispositivi miniaturizzati aumentano di giorno in giorno, il che comporta requisiti elevati per l'alimentazione elettrica.Le batterie al litio sono quindi entrate nella fase pratica su larga scala.
È stato utilizzato per la prima volta nei pacemaker cardiaci.Poiché la velocità di autoscarica delle batterie al litio è estremamente bassa, la tensione di scarica è elevata.Permette di impiantare il pacemaker nel corpo umano per un lungo periodo.
Le batterie al litio hanno generalmente una tensione nominale superiore a 3,0 volt e sono più adatte per alimentatori a circuito integrato.Le batterie al biossido di manganese sono ampiamente utilizzate nei computer, nelle calcolatrici, nelle fotocamere e negli orologi.

Esempio di applicazione
1. Sono disponibili numerose batterie come sostituti per le riparazioni delle batterie: come quelle utilizzate nei computer notebook.Dopo la riparazione, si è riscontrato che quando la batteria è danneggiata, solo le singole batterie presentano problemi.Può essere sostituita con un'apposita batteria al litio a cella singola.
2. Realizzazione di una torcia in miniatura ad alta luminosità L'autore una volta ha utilizzato una singola batteria al litio da 3,6 V 1,6 Ah con un tubo bianco emettitore di luce ad altissima luminosità per realizzare una torcia in miniatura, facile da usare, compatta e bella.Inoltre, grazie alla grande capacità della batteria, può essere utilizzato in media per mezz'ora ogni notte ed è stato utilizzato per più di due mesi senza ricarica.
3. Alimentazione alternativa da 3 V

Perché la tensione della batteria al litio a cella singola è 3,6 V.Pertanto, solo una batteria al litio può sostituire due normali batterie per alimentare piccoli elettrodomestici come radio, walkman, fotocamere, ecc., che non solo sono leggeri, ma durano anche a lungo.

Materiale dell'anodo della batteria agli ioni di litio: titanato di litio

Può essere combinato con manganato di litio, materiali ternari o fosfato di litio ferro e altri materiali positivi per formare batterie secondarie agli ioni di litio da 2,4 V o 1,9 V.Inoltre, può essere utilizzato anche come elettrodo positivo per formare una batteria al litio da 1,5 V con batteria secondaria con elettrodo negativo al litio metallico o in lega di litio.

A causa dell'elevata sicurezza, elevata stabilità, longevità e caratteristiche ecologiche del titanato di litio.Si può prevedere che il materiale titanato di litio diventerà il materiale dell'elettrodo negativo di una nuova generazione di batterie agli ioni di litio in 2-3 anni e sarà ampiamente utilizzato nei nuovi veicoli a motore, nei motocicli elettrici e in quelli che richiedono elevata sicurezza, elevata stabilità e ciclo lungo.campo di applicazione.La tensione operativa della batteria al titanato di litio è 2,4 V, la tensione massima è 3,0 V e la corrente di carica è fino a 2 C.

Composizione della batteria al titanato di litio
Elettrodo positivo: litio ferro fosfato, litio manganato o materiale ternario, litio nichel manganato.
Elettrodo negativo: materiale al titanato di litio.
Barriera: l'attuale barriera della batteria al litio con carbonio come elettrodo negativo.
Elettrolita: elettrolita della batteria al litio con carbonio come elettrodo negativo.
Custodia della batteria: custodia della batteria al litio con carbonio come elettrodo negativo.

I vantaggi delle batterie al litio titanato: scegliere veicoli elettrici in sostituzione di quelli a carburante è la scelta migliore per risolvere l'inquinamento ambientale urbano.Tra questi, le batterie agli ioni di litio hanno attirato l'attenzione dei ricercatori.Al fine di soddisfare i requisiti dei veicoli elettrici per le batterie di bordo agli ioni di litio, la ricerca e lo sviluppo di materiali negativi con elevata sicurezza, buone prestazioni e longevità sono i suoi punti caldi e le sue difficoltà.

Gli elettrodi negativi delle batterie agli ioni di litio commerciali utilizzano principalmente materiali di carbonio, ma ci sono ancora alcuni svantaggi nell'applicazione delle batterie al litio che utilizzano il carbonio come elettrodo negativo:
1. I dendriti di litio precipitano facilmente durante il sovraccarico, provocando un cortocircuito della batteria e compromettendo la funzione di sicurezza della batteria al litio;
2. È facile formare la pellicola SEI, con conseguente bassa potenza di carica e scarica iniziale e grande capacità irreversibile;
3. Cioè, la tensione della piattaforma dei materiali in carbonio è bassa (vicino al litio metallico) ed è facile provocare la decomposizione dell'elettrolita, con conseguenti rischi per la sicurezza.
4. Nel processo di inserimento ed estrazione degli ioni di litio, il volume cambia notevolmente e la stabilità del ciclo è scarsa.

Rispetto ai materiali in carbonio, il Li4Ti5012 di tipo spinello presenta vantaggi significativi:
1. È materiale a deformazione zero e ha buone prestazioni di circolazione;
2. La tensione di scarica è stabile e l'elettrolito non si decompone, migliorando le prestazioni di sicurezza delle batterie al litio;
3. Rispetto ai materiali anodici di carbonio, il titanato di litio ha un elevato coefficiente di diffusione degli ioni di litio (2*10-8 cm2/s) e può essere caricato e scaricato ad una velocità elevata.
4. Il potenziale del titanato di litio è superiore a quello del litio metallico puro e non è facile generare dendriti di litio, che forniscono una base per garantire la sicurezza delle batterie al litio.

circuito di manutenzione
È costituito da due transistor ad effetto di campo e un blocco integrato di manutenzione dedicato S-8232.Il tubo di controllo del sovraccarico FET2 e il tubo di controllo del sovraccarico FET1 sono collegati in serie al circuito e la tensione della batteria è monitorata e controllata dall'IC di manutenzione.Quando la tensione della batteria sale a 4,2 V, il tubo di mantenimento del sovraccarico FET1 viene spento e la carica viene terminata.Per evitare malfunzionamenti, generalmente viene aggiunto un condensatore di ritardo al circuito esterno.Quando la batteria è scarica, la tensione della batteria scende a 2,55.