Литий батареясы - теріс электрод материалы ретінде литий металын немесе литий қорытпасын пайдаланатын және сусыз электролит ерітіндісін пайдаланатын батарея түрі.Ең алғашқы ұсынылған литий батареясы ұлы өнертапқыш Эдисоннан шыққан.
Литий батареялары – литий батареялары
литий батареясы
Литий батареясы - теріс электрод материалы ретінде литий металын немесе литий қорытпасын пайдаланатын және сусыз электролит ерітіндісін пайдаланатын батарея түрі.Ең алғашқы ұсынылған литий батареясы ұлы өнертапқыш Эдисоннан шыққан.
Литий металының химиялық қасиеттері өте белсенді болғандықтан, литий металын өңдеу, сақтау және қолдану өте жоғары экологиялық талаптарға ие.Сондықтан литий батареялары ұзақ уақыт бойы пайдаланылмаған.
ХХ ғасырда микроэлектроника технологиясының дамуымен миниатюралық құрылғылар күн санап көбейіп келеді, бұл электрмен жабдықтауға жоғары талаптар қояды.Содан кейін литий батареялары кең ауқымды практикалық кезеңге өтті.
Ол алғаш рет кардиостимуляторларда қолданылған.Литий батареяларының өздігінен зарядсыздану жылдамдығы өте төмен болғандықтан, разряд кернеуі күрт.Бұл кардиостимуляторды адам ағзасына ұзақ уақыт бойы имплантациялауға мүмкіндік береді.
Литий батареялары әдетте 3,0 вольттан жоғары номиналды кернеуге ие және интегралды схеманың қуат көздеріне қолайлырақ.Марганец диоксиді батареялары компьютерлерде, калькуляторларда, фотоаппараттарда және сағаттарда кеңінен қолданылады.
Өнімділігі жақсы сорттарды дамыту үшін әртүрлі материалдар зерттелді.Содан кейін бұрын-соңды болмаған өнімдер жасаңыз.Мысалы, литий күкірт диоксиді батареялары мен литий тионилхлоридті батареялар өте ерекшеленеді.Олардың оң белсенді материалы да электролит үшін еріткіш болып табылады.Бұл құрылым сусыз электрохимиялық жүйелерде ғана бар.Сондықтан литий батареяларын зерттеу сусыз жүйелердің электрохимиялық теориясының дамуына да ықпал етті.Әртүрлі сусыз еріткіштерді қолданумен қатар, полимерлі жұқа пленкалы аккумуляторлар бойынша зерттеулер де жүргізілді.
1992 жылы Sony компаниясы литий-ионды батареяларды сәтті әзірледі.Оның практикалық қолданылуы ұялы телефондар мен ноутбуктер сияқты портативті электрондық құрылғылардың салмағы мен көлемін айтарлықтай азайтады.Пайдалану уақыты айтарлықтай ұзартылды.Литий-ионды аккумуляторларда никель-хром батареяларымен салыстырғанда ауыр металл хромы болмағандықтан, қоршаған ортаның ластануы айтарлықтай төмендейді.
1. Литий-ионды батарея
Литий-ионды батареялар қазір екі санатқа бөлінеді: сұйық литий-ионды батареялар (LIBs) және полимерлі литий-ионды батареялар (PLB).Олардың ішінде сұйық литий-ионды аккумулятор екінші батареяға жатады, онда Li + интеркалация қосылысы оң және теріс электродтар болып табылады.Оң электрод литий қосылысын LiCoO2 немесе LiMn2O4 таңдайды, ал теріс электрод литий-көміртекті қабат аралық қосылысын таңдайды.Литий-ионды аккумуляторлар 21-ші ғасырда дамудың тамаша қозғаушы күші болып табылады, өйткені олардың жоғары жұмыс кернеуі, шағын өлшемдері, жеңіл салмағы, жоғары энергиясы, жады әсерінің жоқтығы, ластанудың болмауы, өздігінен разрядтың аздығы және ұзақ цикл мерзімі.
2. Литий-иондық аккумулятордың дамуының қысқаша тарихы
Литий батареялары мен литий-иондық батареялар 20 ғасырда сәтті жасалған жаңа жоғары энергиялы батареялар болып табылады.Бұл аккумулятордың теріс электроды – металл литий, ал оң электроды – MnO2, SOCL2, (CFx)n, т.б. Ол 1970 жылдары тәжірибеде қолданылған.Оның жоғары энергиясы, жоғары батарея кернеуі, кең жұмыс температурасы диапазоны және ұзақ сақтау мерзімі болғандықтан, ол ұялы телефондар, портативті компьютерлер, бейне камералар, камералар және т.б. сияқты әскери және азаматтық шағын электр құрылғыларында кеңінен қолданылды. дәстүрлі батареяларды ауыстыру..
3. Литий-ионды аккумуляторлардың даму перспективалары
Литий-ионды аккумуляторлар өздерінің бірегей функционалдық артықшылықтарына байланысты ноутбуктер, бейнекамералар және ұялы байланыстар сияқты портативті құрылғыларда кеңінен қолданылды.Қазір әзірленген үлкен сыйымдылығы бар литий-ионды аккумулятор электр көліктерінде сынақтан өтті және ол 21-ші ғасырда электр көліктері үшін негізгі қуат көздерінің біріне айналады және спутниктерде, аэроғарышта және энергия сақтауда қолданылады деп есептеледі. .
4. Аккумулятордың негізгі қызметі
(1) Батареяның ашық тізбектегі кернеуі
(2) Батареяның ішкі кедергісі
(3) Батареяның жұмыс кернеуі
(4) Зарядтау кернеуі
Зарядтау кернеуі екінші реттік аккумулятор зарядталып жатқанда сыртқы қуат көзінен батареяның екі ұшына берілетін кернеуді білдіреді.Зарядтаудың негізгі әдістеріне тұрақты токты зарядтау және тұрақты кернеуді зарядтау жатады.Әдетте, тұрақты токпен зарядтау қолданылады және оның сипаттамасы зарядтау процесінде зарядтау тогының тұрақты болуы болып табылады.Зарядтау жүріп жатқанда, белсенді материал қалпына келтіріледі, электродтың реакция аймағы үздіксіз азаяды және қозғалтқыштың поляризациясы біртіндеп артады.
(5) Батарея сыйымдылығы
Батарея сыйымдылығы батареядан алынатын электр энергиясының мөлшерін білдіреді, ол әдетте C арқылы көрсетіледі, ал бірлік әдетте Ah немесе мАч арқылы көрсетіледі.Сыйымдылық батареяның электрлік өнімділігінің маңызды мақсаты болып табылады.Батареяның сыйымдылығы әдетте теориялық сыйымдылыққа, практикалық сыйымдылыққа және номиналды сыйымдылыққа бөлінеді.
Батареяның сыйымдылығы электродтардың сыйымдылығымен анықталады.Егер электродтардың сыйымдылығы тең болмаса, аккумулятордың сыйымдылығы азырақ электродқа байланысты, бірақ ол оң және теріс электродтардың сыйымдылықтарының қосындысы емес.
(6) Сақтау функциясы және батареяның қызмет ету мерзімі
Химиялық қуат көздерінің негізгі ерекшеліктерінің бірі олар пайдаланған кезде электр энергиясын босатып, пайдаланбаған кезде электр энергиясын сақтай алады.Сақтау функциясы деп аталатын қосымша батареяның зарядталуын сақтау мүмкіндігі.
Екінші батареяға келетін болсақ, қызмет ету мерзімі батарея өнімділігін өлшеудің маңызды параметрі болып табылады.Екінші батарея бір рет зарядталады және зарядсызданады, цикл (немесе цикл) деп аталады.Белгілі бір зарядтау және разрядтау критерийі бойынша аккумулятор сыйымдылығы белгілі бір мәнге жеткенге дейін батарея төтеп бере алатын зарядтау және разрядтау уақыттарының саны екінші батареяның жұмыс циклі деп аталады.Литий-ионды аккумуляторлар тамаша сақтау өнімділігімен және ұзақ қызмет мерзімімен ерекшеленеді.
Литий батареялары – мүмкіндіктері
A. Жоғары энергия тығыздығы
Литий-ионды аккумулятордың салмағы бірдей сыйымдылықтағы никель-кадмий немесе никель-сутекті аккумулятордың салмағының жартысы, ал көлемі никель-кадмийдің 40-50% және никель-сутегінің 20-30% құрайды. .
B. Жоғары кернеу
Жалғыз литий-ионды аккумулятордың жұмыс кернеуі 3,7 В (орташа мән) құрайды, ол тізбектей жалғанған үш никель-кадмий немесе никель-металл гидридті аккумуляторға тең.
C. Ластану жоқ
Литий-ионды батареяларда кадмий, қорғасын және сынап сияқты зиянды металдар жоқ.
D. Құрамында металл литий жоқ
Литий-иондық аккумуляторларда металл литий жоқ, сондықтан жолаушылар ұшақтарында литий батареяларын тасымалдауға тыйым салу сияқты ережелерге бағынбайды.
E. Жоғары циклдің қызмет ету мерзімі
Қалыпты жағдайда литий-ионды батареяларда 500-ден астам зарядтау-разряд циклі болуы мүмкін.
F. Есте сақтау әсері жоқ
Жад эффектісі зарядтау және зарядсыздандыру циклі кезінде никель-кадмий батареясының сыйымдылығының төмендеуі құбылысын білдіреді.Литий-иондық батареяларда мұндай әсер жоқ.
G. Жылдам зарядтау
Номиналды кернеуі 4,2 В болатын тұрақты токты және тұрақты кернеуді зарядтағышты пайдалану литий-ионды аккумуляторды бір-екі сағатта толық зарядтай алады.
Литий батареясы – литий батареясының принципі мен құрылымы
1. Литий-ионды батареяның құрылымы мен жұмыс принципі: Литий-ионды батарея деп аталатындар литий иондарын оң және теріс электродтар ретінде қайтымды интеркалациялауға және деинтеркалациялауға қабілетті екі қосылыстан тұратын қайталама батареяны білдіреді.Адамдар бұл литий-ионды аккумуляторды аккумуляторды зарядтау және разрядтау жұмысын аяқтау үшін оң және теріс электродтар арасында литий иондарын тасымалдауға негізделген бірегей механизмі бар, әдетте «литий батареясы» деп аталатын «тербелетін орындық батареясы» деп атайды. .Мысал ретінде LiCoO2 алыңыз: (1) Батарея зарядталғанда, литий иондары оң электродтан деинтеркалацияланады және теріс электродта интеркалацияланады, ал разрядтау кезінде керісінше.Бұл құрастыру алдында электродтың литий интеркалация күйінде болуын талап етеді.Әдетте, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4 сияқты оң электрод ретінде литийге қатысты әлеуеті 3В-тан жоғары және ауада тұрақты литий интеркаляциялық ауыспалы металл оксиді таңдалады.(2) Теріс электродтар болып табылатын материалдар үшін потенциалы литий потенциалына мүмкіндігінше жақын араласатын литий қосылыстарын таңдаңыз.Мысалы, әртүрлі көміртекті материалдарға табиғи графит, синтетикалық графит, көміртекті талшық, мезофазалық сфералық көміртек және т.б. және металл оксидтері, соның ішінде SnO, SnO2, қалайы композиттік оксиді SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z=) жатады. (2+3х+5ж)/2) т.б.
литий батареясы
2. Аккумулятор әдетте мыналарды қамтиды: оң, теріс, электролит, сепаратор, оң қорғасын, теріс пластина, орталық терминал, оқшаулағыш материал (изолятор), сақтандыру клапаны (сақтандырғыш), тығыздағыш сақина (нығыздауыш), PTC (оң температураны реттеу терминалы), батарея корпусы.Әдетте, адамдар оң электрод, теріс электрод және электролит туралы көбірек алаңдатады.
литий батареясы
Литий-ионды батарея құрылымын салыстыру
Әртүрлі катодты материалдарға сәйкес ол темір литийі, кобальт литийі, марганец литийі және т.б.;
Пішіннің жіктелуінен ол әдетте цилиндрлік және шаршы болып бөлінеді, ал полимерлі литий иондары да кез келген пішінде жасалуы мүмкін;
Литий-ионды батареяларда қолданылатын әртүрлі электролиттік материалдарға сәйкес литий-ионды батареяларды екі санатқа бөлуге болады: сұйық литий-ионды батареялар (LIB) және қатты күйдегі литий-ионды батареялар.PLIB) - қатты күйдегі литий-ионды батареяның бір түрі.
электролит
Қабық/пакет кедергі ток жинағыш
Сұйық литий-ионды батарея Сұйық тот баспайтын болат, алюминий 25μPE мыс фольга және алюминий фольга полимер литий-ионды батарея тосқауылсыз алюминий/PP композиттік пленка немесе жалғыз μPE мыс фольга және алюминий фольга
Литий батареялары – литий-иондық батареялардың қызметі
1. Энергияның жоғары тығыздығы
Бірдей сыйымдылықтағы NI/CD немесе NI/MH батареяларымен салыстырғанда литий-ионды батареялардың салмағы жеңіл және олардың көлемдік меншікті энергиясы батареялардың осы екі түрінен 1,5-2 есе көп.
2. Жоғары кернеу
Литий-ионды батареялар NI/CD немесе NI/MH батареяларының кернеуінен үш есе жоғары 3,7 В-қа дейінгі терминалдық кернеулерге қол жеткізу үшін жоғары электртеріс элементі бар литий электродтарын пайдаланады.
3. Ластанбайтын, экологиялық таза
4. Ұзақ циклдің қызмет ету мерзімі
Өмір сүру ұзақтығы 500 еседен асады
5. Жоғары жүк көтергіштігі
Литий-ионды батареяларды үлкен токпен үздіксіз зарядсыздандыруға болады, осылайша бұл аккумуляторды камералар мен ноутбуктер сияқты жоғары қуатты құрылғыларда пайдалануға болады.
6. Өте жақсы қауіпсіздік
Тамаша анодтық материалдарды қолданудың арқасында аккумуляторды зарядтау кезінде литий дендритінің өсу мәселесі шешілді, бұл литий-ионды батареялардың қауіпсіздігін айтарлықтай жақсартады.Сонымен қатар, пайдалану кезінде батареяның қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін қалпына келтірілетін арнайы керек-жарақтар таңдалады.
Литий батареясы - Литий-ионды батареяны зарядтау әдісі
Әдіс 1. Литий-ионды батарея зауыттан шықпас бұрын, өндіруші белсендіру өңдеуін жүргізді және алдын ала зарядталады, сондықтан литий-ионды аккумулятордың қалдық қуаты бар, ал литий-ионды батарея реттеу кезеңіне сәйкес зарядталады.Бұл түзету кезеңін 3-5 рет толығымен орындау қажет.Шығару.
2-әдіс. Зарядтау алдында литий-ионды аккумуляторды арнайы зарядсыздандыру қажет емес.Дұрыс зарядсыздану батареяны зақымдайды.Зарядтау кезінде баяу зарядтауды қолданып көріңіз және жылдам зарядтауды азайтыңыз;уақыт 24 сағаттан аспауы керек.Батарея үш-бес толық зарядтау және разряд циклінен өткеннен кейін ғана оның ішкі химиялық заттары оңтайлы пайдалану үшін толығымен «қосылады».
3-әдіс. Түпнұсқа зарядтағышты немесе беделді маркалы зарядтағышты пайдаланыңыз.Литий батареялары үшін литий батареялары үшін арнайы зарядтағышты пайдаланыңыз және нұсқауларды орындаңыз.Әйтпесе, батарея зақымдалады немесе тіпті қауіп төнеді.
4-әдіс. Жаңадан сатып алынған аккумулятор литий-ион болып табылады, сондықтан зарядтаудың алғашқы 3-5 реті әдетте реттеу кезеңі деп аталады және литий иондарының белсенділігі толығымен іске қосылуын қамтамасыз ету үшін оны 14 сағаттан астам зарядтау керек.Литий-ионды аккумуляторларда есте сақтау әсері жоқ, бірақ күшті инерттілікке ие.Болашақ қолданбаларда ең жақсы өнімділікті қамтамасыз ету үшін олар толығымен іске қосылуы керек.
Әдіс 5. Литий-ионды аккумулятор арнайы зарядтағышты пайдалануы керек, әйтпесе ол қаныққан күйге жетпей, оның жұмысына әсер етуі мүмкін.Зарядтаудан кейін оны зарядтағышқа 12 сағаттан артық қоймаңыз және ұзақ уақыт бойы пайдаланылмаған кезде батареяны мобильді электрондық өнімнен ажыратыңыз.
Литий батареясы – пайдалану
ХХ ғасырда микроэлектроника технологиясының дамуымен миниатюралық құрылғылар күн санап көбейіп келеді, бұл электрмен жабдықтауға жоғары талаптар қояды.Содан кейін литий батареялары кең ауқымды практикалық кезеңге өтті.
Ол алғаш рет кардиостимуляторларда қолданылған.Литий батареяларының өздігінен зарядсыздану жылдамдығы өте төмен болғандықтан, разряд кернеуі күрт.Бұл кардиостимуляторды адам ағзасына ұзақ уақыт бойы имплантациялауға мүмкіндік береді.
Литий батареялары әдетте 3,0 вольттан жоғары номиналды кернеуге ие және интегралды схеманың қуат көздеріне қолайлырақ.Марганец диоксиді батареялары компьютерлерде, калькуляторларда, фотоаппараттарда және сағаттарда кеңінен қолданылады.
Қолданба үлгісі
1. Батарея жинағын жөндеуге ауыстыру ретінде көптеген батарея жинақтары бар: мысалы, ноутбуктерде қолданылатындар.Жөндеуден кейін, бұл батарея жинағы зақымдалған кезде, тек жеке батареяларда ақаулар болатыны анықталды.Оны қолайлы бір ұялы литий батареясымен ауыстыруға болады.
2. Жарықтығы жоғары миниатюралық алауды жасау Автор бір рет пайдалану оңай, ықшам және әдемі миниатюралық алауды жасау үшін бір рет 3,6V1,6AH литий аккумуляторын ақ өте жарықты жарық шығаратын түтікпен пайдаланған.Ал аккумулятордың сыйымдылығы үлкен болғандықтан, оны әр түнде орташа есеппен жарты сағат пайдалануға болады, ал зарядталмай екі айдан астам уақыт пайдаланылды.
3. Баламалы 3В қуат көзі
Өйткені бір ұялы литий батареясының кернеуі 3,6 В.Сондықтан бір ғана литий батареясы екі қарапайым аккумуляторды алмастыра алады, мысалы, радиоқабылдағыштар, тротуарлар, фотоаппараттар және т.б. сияқты шағын тұрмыстық техниканы қуатпен қамтамасыз ету үшін, салмағы жеңіл ғана емес, сонымен қатар ұзақ уақытқа жетеді.
Литий-ионды аккумуляторлық анод материалы – литий титанаты
Оны литий манганатымен, үштік материалдармен немесе литий темір фосфатымен және басқа да оң материалдармен біріктіріп, 2,4 В немесе 1,9 В литий-ионды екінші реттік батареяларды жасауға болады.Сонымен қатар, оны металл литий немесе литий қорытпасы теріс электродты қайталама батареясы бар 1,5 В литий батареясын қалыптастыру үшін оң электрод ретінде пайдалануға болады.
Литий титанатының жоғары қауіпсіздігі, жоғары тұрақтылығы, ұзақ мерзімділігі және жасыл сипаттамаларына байланысты.Литий титанат материалы 2-3 жылдан кейін литий-иондық аккумуляторлардың жаңа буынының теріс электродтық материалына айналады және жаңа қуатты көліктерде, электр мотоциклдерінде және жоғары қауіпсіздікті, жоғары тұрақтылықты және ұзақ циклді қажет ететіндерде кеңінен қолданылады деп болжауға болады.қолдану саласы.Литий титанатты батареяның жұмыс кернеуі 2,4 В, ең жоғары кернеуі 3,0 В, зарядтау тогы 2С дейін.
Литий титанатты батареяның құрамы
Оң электрод: литий темір фосфаты, литий манганаты немесе үштік материал, литий никель манганаты.
Теріс электрод: литий титанат материалы.
Тосқауыл: теріс электрод ретінде көміртегі бар ағымдағы литий батареясының кедергісі.
Электролит: теріс электрод ретінде көміртегі бар литий батарея электролиті.
Батарея корпусы: теріс электрод ретінде көміртегі бар литий батареясы.
Литий титанатты аккумуляторлардың артықшылықтары: жанармаймен жүретін көліктерді ауыстыру үшін электр көліктерін таңдау қалалық қоршаған ортаның ластануын шешудің ең жақсы таңдауы болып табылады.Олардың ішінде литий-иондық қуат батареялары зерттеушілердің үлкен назарын аударды.Электрлік көліктердің борттық литий-иондық қуат аккумуляторларына қойылатын талаптарын қанағаттандыру үшін, зерттеулер мен әзірлемелер Қауіпсіздігі жоғары, жақсы өнімділік пен ұзақ қызмет мерзімі бар теріс материалдар оның ыстық нүктелері мен қиындықтары болып табылады.
Коммерциялық литий-ионды аккумулятордың теріс электродтары негізінен көміртекті материалдарды пайдаланады, бірақ теріс электрод ретінде көміртекті пайдаланатын литий батареяларын қолдануда әлі де кейбір кемшіліктер бар:
1. Литий дендриттері шамадан тыс зарядтау кезінде оңай тұнбаға түседі, нәтижесінде батареяның қысқа тұйықталуы және литий батареясының қауіпсіздік функциясына әсер етеді;
2. SEI пленкасын қалыптастыру оңай, нәтижесінде төмен бастапқы зарядтау және разрядтық қуат және үлкен қайтымсыз сыйымдылық;
3. Яғни, көміртекті материалдардың платформалық кернеуі төмен (металл литийіне жақын) және электролиттің ыдырауын тудыруы оңай, бұл қауіпсіздікке қауіп төндіреді.
4. Литий ионын енгізу және алу процесінде көлем қатты өзгереді, ал цикл тұрақтылығы нашар.
Көміртекті материалдармен салыстырғанда Li4Ti5012 шпинель түрінің маңызды артықшылықтары бар:
1. Бұл нөлдік деформациялық материал және жақсы айналым өнімділігі бар;
2. Разряд кернеуі тұрақты, ал электролит ыдырамайды, бұл литий батареяларының қауіпсіздік көрсеткіштерін жақсартады;
3. Көміртекті анодты материалдармен салыстырғанда литий титанаты жоғары литий-ионды диффузия коэффициентіне (2*10-8см2/с) ие және жоғары жылдамдықпен зарядтауға және разрядтауға болады.
4. Литий титанатының әлеуеті таза металл литийіне қарағанда жоғары және литий дендриттерін жасау оңай емес, бұл литий батареяларының қауіпсіздігін қамтамасыз етуге негіз береді.
техникалық қызмет көрсету тізбегі
Ол екі өрістік транзистордан және арнайы техникалық қызмет көрсетуге арналған біріктірілген S-8232 блогынан тұрады.Шамадан тыс зарядтауды басқару түтігі FET2 және артық разрядты басқару түтігі FET1 тізбекке тізбектей жалғанған, ал батарея кернеуі техникалық қызмет көрсету IC арқылы бақыланады және басқарылады.Батарея кернеуі 4,2 В дейін көтерілгенде, FET1 шамадан тыс зарядтауға техникалық қызмет көрсету түтігі өшіріледі және зарядтау тоқтатылады.Ақаулықты болдырмау үшін әдетте сыртқы тізбекке кешіктіру конденсаторы қосылады.Батарея заряды таусылған күйде болғанда, батарея кернеуі 2,55-ке дейін төмендейді.
Хабарлама уақыты: 30 наурыз-2023 ж