Lithiumbatterij is een type batterij dat lithiummetaal of lithiumlegering als negatief elektrodemateriaal gebruikt en een niet-waterige elektrolytoplossing gebruikt.De vroegst gepresenteerde lithiumbatterij was afkomstig van de grote uitvinder Edison.
Lithiumbatterijen – Lithiumbatterijen
lithium batterij
Lithiumbatterij is een type batterij dat lithiummetaal of lithiumlegering als negatief elektrodemateriaal gebruikt en een niet-waterige elektrolytoplossing gebruikt.De vroegst gepresenteerde lithiumbatterij was afkomstig van de grote uitvinder Edison.
Omdat de chemische eigenschappen van lithiummetaal zeer actief zijn, stellen de verwerking, opslag en toepassing van lithiummetaal zeer hoge milieueisen.Daarom worden lithiumbatterijen al lange tijd niet meer gebruikt.
Met de ontwikkeling van de micro-elektronicatechnologie in de twintigste eeuw nemen het aantal geminiaturiseerde apparaten met de dag toe, wat hoge eisen stelt aan de stroomvoorziening.Lithiumbatterijen zijn inmiddels in een grootschalige praktijkfase beland.
Het werd voor het eerst gebruikt in pacemakers.Omdat de zelfontlading van lithiumbatterijen extreem laag is, is de ontlaadspanning steil.Het maakt het mogelijk om de pacemaker voor langere tijd in het menselijk lichaam te implanteren.
Lithiumbatterijen hebben over het algemeen een nominale spanning van meer dan 3,0 volt en zijn meer geschikt voor geïntegreerde circuitvoedingen.Mangaandioxidebatterijen worden veel gebruikt in computers, rekenmachines, camera's en horloges.
Om rassen te ontwikkelen met betere prestaties zijn verschillende materialen onderzocht.En maak vervolgens producten als nooit tevoren.Lithiumzwaveldioxidebatterijen en lithiumthionylchloridebatterijen zijn bijvoorbeeld zeer onderscheidend.Hun positieve actieve materiaal is ook een oplosmiddel voor de elektrolyt.Deze structuur is alleen aanwezig in niet-waterige elektrochemische systemen.Daarom heeft de studie van lithiumbatterijen ook de ontwikkeling van de elektrochemische theorie van niet-waterige systemen bevorderd.Naast het gebruik van verschillende niet-waterige oplosmiddelen is er ook onderzoek gedaan naar dunne-filmbatterijen van polymeer.
In 1992 ontwikkelde Sony met succes lithium-ionbatterijen.De praktische toepassing ervan vermindert het gewicht en het volume van draagbare elektronische apparaten zoals mobiele telefoons en notebookcomputers aanzienlijk.De gebruikstijd wordt aanzienlijk verlengd.Omdat lithium-ionbatterijen geen zwaar metaalchroom bevatten, vergeleken met nikkel-chroombatterijen, wordt de vervuiling van het milieu aanzienlijk verminderd.
1. Lithium-ionbatterij
Lithium-ionbatterijen zijn nu onderverdeeld in twee categorieën: vloeibare lithium-ionbatterijen (LIB's) en polymeer lithium-ionbatterijen (PLB's).Onder hen verwijst de vloeibare lithium-ionbatterij naar de secundaire batterij waarin de Li + intercalatieverbinding de positieve en negatieve elektroden is.De positieve elektrode selecteert de lithiumverbinding LiCoO2 of LiMn2O4, en de negatieve elektrode selecteert de lithium-koolstof-tussenlaagverbinding.Lithium-ionbatterijen zijn een ideale drijvende kracht voor ontwikkeling in de 21e eeuw vanwege hun hoge bedrijfsspanning, kleine formaat, lichte gewicht, hoge energie, geen geheugeneffect, geen vervuiling, lage zelfontlading en lange levensduur.
2. Een korte geschiedenis van de ontwikkeling van lithium-ionbatterijen
Lithiumbatterijen en lithiumionbatterijen zijn nieuwe energierijke batterijen die met succes zijn ontwikkeld in de 20e eeuw.De negatieve elektrode van deze batterij is metaallithium en de positieve elektrode is MnO2, SOCL2, (CFx)n, enz. Deze werd in de jaren zeventig in praktisch gebruik genomen.Vanwege het hoge energieverbruik, de hoge batterijspanning, het brede bereik van de bedrijfstemperatuur en de lange houdbaarheid, wordt het op grote schaal gebruikt in militaire en civiele kleine elektrische apparaten, zoals mobiele telefoons, draagbare computers, videocamera's, camera's, enz., gedeeltelijk vervanging van traditionele batterijen..
3. Ontwikkelingsvooruitzichten van lithium-ionbatterijen
Lithium-ionbatterijen worden op grote schaal gebruikt in draagbare apparaten zoals laptops, videocamera's en mobiele communicatie vanwege hun unieke functionele voordelen.De nu ontwikkelde lithium-ionbatterij met grote capaciteit is uitgeprobeerd in elektrische voertuigen en er wordt geschat dat deze in de 21e eeuw een van de belangrijkste energiebronnen voor elektrische voertuigen zal worden en zal worden gebruikt in satellieten, de ruimtevaart en energieopslag. .
4. De basisfunctie van de batterij
(1) De nullastspanning van de accu
(2) Interne weerstand van de batterij
(3) De bedrijfsspanning van de batterij
(4) Laadspanning
De laadspanning heeft betrekking op de spanning die door de externe voeding aan beide uiteinden van de accu wordt aangelegd wanneer de secundaire accu wordt opgeladen.De basismethoden voor opladen omvatten opladen met constante stroom en opladen met constante spanning.Over het algemeen wordt opladen met constante stroom gebruikt, en het kenmerk ervan is dat de laadstroom stabiel is tijdens het laadproces.Naarmate het opladen vordert, wordt het actieve materiaal teruggewonnen, wordt het reactieoppervlak van de elektrode voortdurend verkleind en wordt de polarisatie van de motor geleidelijk vergroot.
(5) Batterijcapaciteit
Batterijcapaciteit verwijst naar de hoeveelheid elektriciteit die uit de batterij wordt verkregen, die meestal wordt uitgedrukt in C, en de eenheid wordt meestal uitgedrukt in Ah of mAh.Capaciteit is een belangrijk doel van de elektrische prestaties van batterijen.De capaciteit van de batterij wordt meestal verdeeld in theoretische capaciteit, praktische capaciteit en nominale capaciteit.
De batterijcapaciteit wordt bepaald door de capaciteit van de elektroden.Als de capaciteiten van de elektroden niet gelijk zijn, is de capaciteit van de batterij afhankelijk van de elektrode met de kleinere capaciteit, maar is deze zeker niet de som van de capaciteiten van de positieve en negatieve elektroden.
(6) Opslagfunctie en levensduur van de batterij
Een van de belangrijkste kenmerken van chemische energiebronnen is dat ze elektrische energie kunnen vrijgeven wanneer ze in gebruik zijn, en elektrische energie kunnen opslaan wanneer ze niet worden gebruikt.De zogenaamde opslagfunctie is de mogelijkheid om het opladen van de secundaire batterij te behouden.
Wat de secundaire batterij betreft, is de levensduur een belangrijke parameter om de prestaties van de batterij te meten.Een secundaire batterij wordt één keer opgeladen en ontladen, een zogenaamde cyclus (of cyclus).Onder een bepaald laad- en ontlaadcriterium wordt het aantal laad- en ontlaadtijden dat de batterij kan weerstaan voordat de batterijcapaciteit een bepaalde waarde bereikt, de bedrijfscyclus van de secundaire batterij genoemd.Lithium-ionbatterijen hebben uitstekende opslagprestaties en een lange levensduur.
Lithiumbatterijen – Kenmerken
A. Hoge energiedichtheid
Het gewicht van de lithium-ionbatterij is de helft van dat van de nikkel-cadmium- of nikkel-waterstofbatterij met dezelfde capaciteit, en het volume is 40-50% van de nikkel-cadmium- en 20-30% van de nikkel-waterstofbatterij .
B. Hoogspanning
De bedrijfsspanning van een enkele lithium-ionbatterij is 3,7 V (gemiddelde waarde), wat overeenkomt met drie in serie geschakelde nikkel-cadmium- of nikkel-metaalhydridebatterijen.
C. Geen vervuiling
Lithium-ionbatterijen bevatten geen schadelijke metalen zoals cadmium, lood en kwik.
D. Bevat geen metallisch lithium
Lithium-ionbatterijen bevatten geen metallisch lithium en vallen daarom niet onder regelgeving zoals het verbod op het vervoeren van lithiumbatterijen in passagiersvliegtuigen.
E. Hoge levensduur
Onder normale omstandigheden kunnen lithium-ionbatterijen meer dan 500 laad-ontlaadcycli hebben.
F. Geen geheugeneffect
Het geheugeneffect verwijst naar het fenomeen dat de capaciteit van de nikkel-cadmium-batterij afneemt tijdens de laad- en ontlaadcyclus.Lithium-ionbatterijen hebben dit effect niet.
G. Snel opladen
Met behulp van een oplader met constante stroom en constante spanning met een nominale spanning van 4,2 V kan de lithium-ionbatterij in één tot twee uur volledig worden opgeladen.
Lithiumbatterij – Principe en structuur van een lithiumbatterij
1. Structuur en werkingsprincipe van lithium-ionbatterij: De zogenaamde lithium-ionbatterij verwijst naar een secundaire batterij die bestaat uit twee verbindingen die lithiumionen reversibel kunnen intercaleren en de-intercaleren als positieve en negatieve elektroden.Mensen noemen deze lithium-ionbatterij met een uniek mechanisme, dat afhankelijk is van de overdracht van lithiumionen tussen de positieve en negatieve elektroden om het opladen en ontladen van de batterij te voltooien, een ‘schommelstoelbatterij’, beter bekend als ‘lithiumbatterij’. .Neem LiCoO2 als voorbeeld: (1) Wanneer de batterij is opgeladen, worden lithiumionen gedeïntercaleerd van de positieve elektrode en geïntercaleerd in de negatieve elektrode, en omgekeerd tijdens het ontladen.Dit vereist dat een elektrode vóór montage in een staat van lithium-intercalatie verkeert.Over het algemeen wordt een lithium-intercalatie-overgangsmetaaloxide met een potentieel groter dan 3V ten opzichte van lithium en stabiel in de lucht geselecteerd als de positieve elektrode, zoals LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Voor materialen die negatieve elektroden zijn, selecteert u intercaleerbare lithiumverbindingen waarvan het potentieel zo dicht mogelijk bij het lithiumpotentieel ligt.Verschillende koolstofmaterialen omvatten bijvoorbeeld natuurlijk grafiet, synthetisch grafiet, koolstofvezel, mesofase sferische koolstof, enz. en metaaloxiden, waaronder SnO, SnO2, tincomposietoxide SnBxPyOz (x=0,4~0,6, y=0,6~0,4, z= (2+3x+5j)/2) enz.
lithium batterij
2. De batterij omvat over het algemeen: positief, negatief, elektrolyt, separator, positieve draad, negatieve plaat, centrale terminal, isolatiemateriaal (isolator), veiligheidsklep (veiligheidsventilatie), afdichtring (pakking), PTC (positieve temperatuurcontroleterminal), batterijhouder.Over het algemeen maken mensen zich meer zorgen over de positieve elektrode, de negatieve elektrode en de elektrolyt.
lithium batterij
Vergelijking van de structuur van lithium-ionbatterijen
Volgens verschillende kathodematerialen is het verdeeld in ijzerlithium, kobaltlithium, mangaanlithium, enz.;
Vanuit de vormclassificatie wordt het over het algemeen verdeeld in cilindrisch en vierkant, en polymeerlithiumionen kunnen ook in elke vorm worden gemaakt;
Afhankelijk van de verschillende elektrolytmaterialen die in lithium-ionbatterijen worden gebruikt, kunnen lithium-ionbatterijen in twee categorieën worden verdeeld: vloeibare lithium-ionbatterijen (LIB) en vaste-stof lithium-ionbatterijen.PLIB) is een soort lithium-ionbatterij in vaste toestand.
elektrolyt
Shell/pakketbarrièrestroomcollector
Vloeibare lithium-ionbatterij Vloeibaar roestvrij staal, aluminium 25μPE-koperfolie en aluminiumfolie Lithium-ionpolymeerbatterij colloïdaal polymeer aluminium/PP-composietfilm zonder barrière of enkele μPE-koperfolie en aluminiumfolie
Lithiumbatterijen – De functie van lithium-ionbatterijen
1. Hoge energiedichtheid
Vergeleken met NI/CD- of NI/MH-batterijen met dezelfde capaciteit zijn lithium-ionbatterijen lichter van gewicht en is hun volumespecifieke energie 1,5 tot 2 keer zo groot als die van deze twee typen batterijen.
2. Hoogspanning
Lithium-ionbatterijen gebruiken lithiumelektroden die zeer elektronegatieve elementen bevatten om eindspanningen tot wel 3,7 V te bereiken, wat drie keer de spanning is van NI/CD- of NI/MH-batterijen.
3. Niet-vervuilend, milieuvriendelijk
4. Lange levensduur
De levensduur overschrijdt 500 keer
5. Hoog draagvermogen
Lithium-ion batterijen kunnen met een grote stroom continu worden ontladen, waardoor deze batterij kan worden gebruikt in krachtige apparaten zoals camera's en laptops.
6. Uitstekende beveiliging
Door het gebruik van uitstekende anodematerialen wordt het probleem van de groei van lithiumdendriet tijdens het opladen van de batterij overwonnen, wat de veiligheid van lithium-ionbatterijen aanzienlijk verbetert.Tegelijkertijd worden speciale herstelbare accessoires geselecteerd om de veiligheid van de batterij tijdens gebruik te garanderen.
Lithiumbatterij – Oplaadmethode voor lithium-ionbatterijen
Methode 1. Voordat de lithium-ionbatterij de fabriek verlaat, heeft de fabrikant een activeringsbehandeling uitgevoerd en vooraf opgeladen, zodat de lithium-ionbatterij restvermogen heeft en de lithium-ionbatterij wordt opgeladen volgens de aanpassingsperiode.Deze aanpassingsperiode moet 3 tot 5 keer volledig worden uitgevoerd.Afvoer.
Methode 2. Voordat de lithium-ionbatterij wordt opgeladen, hoeft deze niet speciaal te worden ontladen.Onjuiste ontlading zal de batterij beschadigen.Probeer tijdens het opladen langzaam opladen te gebruiken en snel opladen te verminderen;de tijd mag niet langer zijn dan 24 uur.Pas nadat de batterij drie tot vijf volledige laad- en ontlaadcycli heeft ondergaan, worden de interne chemicaliën volledig “geactiveerd” voor optimaal gebruik.
Methode 3. Gebruik de originele oplader of een oplader van een gerenommeerd merk.Gebruik voor lithiumbatterijen een speciale oplader voor lithiumbatterijen en volg de instructies.Anders raakt de batterij beschadigd of loopt u zelfs gevaar.
Methode 4. De nieuw aangeschafte batterij is een lithium-ionbatterij, dus de eerste 3 tot 5 keer opladen wordt doorgaans de aanpassingsperiode genoemd. Deze moet langer dan 14 uur worden opgeladen om ervoor te zorgen dat de activiteit van lithiumionen volledig wordt geactiveerd.Lithium-ionbatterijen hebben geen geheugeneffect, maar zijn sterk traag.Ze moeten volledig worden geactiveerd om de beste prestaties in toekomstige toepassingen te garanderen.
Methode 5. De lithium-ionbatterij moet een speciale oplader gebruiken, anders bereikt deze mogelijk niet de verzadigingstoestand en beïnvloedt de werking ervan.Plaats de batterij na het opladen niet langer dan 12 uur op de oplader en scheid de batterij van het mobiele elektronische product als deze langere tijd niet wordt gebruikt.
Lithiumbatterij – gebruik
Met de ontwikkeling van de micro-elektronicatechnologie in de twintigste eeuw nemen het aantal geminiaturiseerde apparaten met de dag toe, wat hoge eisen stelt aan de stroomvoorziening.Lithiumbatterijen zijn inmiddels in een grootschalige praktijkfase beland.
Het werd voor het eerst gebruikt in pacemakers.Omdat de zelfontlading van lithiumbatterijen extreem laag is, is de ontlaadspanning steil.Het maakt het mogelijk om de pacemaker voor langere tijd in het menselijk lichaam te implanteren.
Lithiumbatterijen hebben over het algemeen een nominale spanning van meer dan 3,0 volt en zijn meer geschikt voor geïntegreerde circuitvoedingen.Mangaandioxidebatterijen worden veel gebruikt in computers, rekenmachines, camera's en horloges.
Toepassingsvoorbeeld
1. Er zijn veel batterijpakketten ter vervanging van batterijreparaties: zoals die worden gebruikt in notebookcomputers.Na reparatie blijkt dat wanneer dit accupakket beschadigd is, alleen individuele accu's problemen hebben.Deze kan worden vervangen door een geschikte eencellige lithiumbatterij.
2. Een miniatuurfakkel met hoge helderheid maken De auteur gebruikte ooit een enkele 3,6V1,6AH lithiumbatterij met een witte superheldere lichtgevende buis om een miniatuurfakkel te maken, die gemakkelijk te gebruiken, compact en mooi is.En door de grote accucapaciteit kan hij elke nacht gemiddeld een half uur gebruikt worden en is hij al ruim twee maanden mee zonder op te laden.
3. Alternatieve 3V-voeding
Omdat de spanning van de eencellige lithiumbatterij 3,6 V is.Daarom kan slechts één lithiumbatterij twee gewone batterijen vervangen om kleine huishoudelijke apparaten zoals radio's, walkmans, camera's enz. van stroom te voorzien, die niet alleen licht van gewicht zijn, maar ook lang meegaan.
Anodemateriaal lithium-ionbatterij – lithiumtitanaat
Het kan worden gecombineerd met lithiummanganaat, ternaire materialen of lithiumijzerfosfaat en andere positieve materialen om secundaire lithiumionbatterijen van 2,4 V of 1,9 V te vormen.Bovendien kan het ook worden gebruikt als een positieve elektrode om een 1,5 V lithiumbatterij te vormen met een secundaire batterij van metaallithium of een negatieve elektrode van een lithiumlegering.
Vanwege de hoge veiligheid, hoge stabiliteit, lange levensduur en groene eigenschappen van lithiumtitanaat.Er kan worden voorspeld dat lithiumtitanaatmateriaal binnen 2-3 jaar het negatieve elektrodemateriaal zal worden van een nieuwe generatie lithium-ionbatterijen en op grote schaal zal worden gebruikt in nieuwe elektrische voertuigen, elektrische motorfietsen en voertuigen die hoge veiligheid, hoge stabiliteit en een lange levensduur vereisen.toepassingsgebied.De bedrijfsspanning van de lithiumtitanaatbatterij is 2,4 V, de hoogste spanning is 3,0 V en de laadstroom is maximaal 2C.
Samenstelling van de lithiumtitanaatbatterij
Positieve elektrode: lithiumijzerfosfaat, lithiummanganaat of ternair materiaal, lithiumnikkelmanganaat.
Negatieve elektrode: lithiumtitanaatmateriaal.
Barrière: De huidige lithiumbatterijbarrière met koolstof als negatieve elektrode.
Elektrolyt: Elektrolyt uit een lithiumbatterij met koolstof als negatieve elektrode.
Batterijhouder: Lithiumbatterijhouder met koolstof als negatieve elektrode.
De voordelen van lithiumtitanaatbatterijen: het kiezen van elektrische voertuigen ter vervanging van brandstofvoertuigen is de beste keuze om stedelijke milieuvervuiling op te lossen.Onder hen hebben lithium-ionbatterijen uitgebreide aandacht van onderzoekers getrokken.Om te voldoen aan de eisen van elektrische voertuigen voor ingebouwde lithium-ionbatterijen, zijn onderzoek en ontwikkeling Negatieve materialen met hoge veiligheid, goede prestatieprestaties en een lange levensduur de hotspots en problemen.
Commerciële negatieve elektroden van lithium-ionbatterijen gebruiken voornamelijk koolstofmaterialen, maar er zijn nog steeds enkele nadelen bij de toepassing van lithiumbatterijen die koolstof als negatieve elektrode gebruiken:
1. Lithiumdendrieten slaan gemakkelijk neer tijdens overladen, wat resulteert in kortsluiting van de batterij en de veiligheidsfunctie van de lithiumbatterij beïnvloedt;
2. Het is gemakkelijk om SEI-film te vormen, wat resulteert in een laag aanvankelijk laad- en ontlaadvermogen en een grote onomkeerbare capaciteit;
3. Dat wil zeggen dat de platformspanning van koolstofmaterialen laag is (dicht bij metaallithium) en dat het gemakkelijk is om de ontleding van de elektrolyt te veroorzaken, wat veiligheidsrisico's met zich meebrengt.
4. Tijdens het inbrengen en extraheren van lithiumionen verandert het volume sterk en is de cyclusstabiliteit slecht.
Vergeleken met koolstofmaterialen heeft Li4Ti5012 van het spineltype aanzienlijke voordelen:
1. Het is materiaal zonder spanning en heeft goede circulatieprestaties;
2. De ontlaadspanning is stabiel en de elektrolyt zal niet ontleden, waardoor de veiligheidsprestaties van lithiumbatterijen worden verbeterd;
3. Vergeleken met koolstofanodematerialen heeft lithiumtitanaat een hoge diffusiecoëfficiënt van lithiumionen (2*10-8 cm2/s) en kan het met een hoge snelheid worden opgeladen en ontladen.
4. Het potentieel van lithiumtitanaat is groter dan dat van puur metaallithium, en het is niet eenvoudig om lithiumdendrieten te genereren, wat een basis vormt voor het waarborgen van de veiligheid van lithiumbatterijen.
onderhoudscircuit
Het bestaat uit twee veldeffecttransistors en een speciaal onderhoudsgeïntegreerd blok S-8232.De controlebuis voor overbelasting FET2 en de controlebuis voor overmatige ontlading FET1 zijn in serie verbonden met het circuit en de batterijspanning wordt bewaakt en geregeld door het onderhouds-IC.Wanneer de accuspanning stijgt tot 4,2 V, wordt de overlaadonderhoudsbuis FET1 uitgeschakeld en wordt het opladen beëindigd.Om storingen te voorkomen, wordt doorgaans een vertragingscondensator aan het externe circuit toegevoegd.Wanneer de accu ontladen is, daalt de accuspanning naar 2,55.
Posttijd: 30 maart 2023