Bateria de lítio com carregamento de bateria de lítio

Bateria de lítio é um tipo de bateria que usa metal de lítio ou liga de lítio como material de eletrodo negativo e usa uma solução eletrolítica não aquosa.A primeira bateria de lítio apresentada veio do grande inventor Edison.

Baterias de Lítio – Baterias de Lítio

bateria de lítio
Bateria de lítio é um tipo de bateria que usa metal de lítio ou liga de lítio como material de eletrodo negativo e usa uma solução eletrolítica não aquosa.A primeira bateria de lítio apresentada veio do grande inventor Edison.

Como as propriedades químicas do metal de lítio são muito ativas, o processamento, armazenamento e aplicação do metal de lítio exigem requisitos ambientais muito elevados.Portanto, as baterias de lítio não são usadas há muito tempo.

Com o desenvolvimento da tecnologia microeletrônica no século XX, os dispositivos miniaturizados estão aumentando a cada dia, o que impõe elevados requisitos de fornecimento de energia.As baterias de lítio entraram então em um estágio prático em grande escala.

Foi usado pela primeira vez em marca-passos cardíacos.Como a taxa de autodescarga das baterias de lítio é extremamente baixa, a tensão de descarga é acentuada.Permite implantar um marca-passo no corpo humano por um longo período.

As baterias de lítio geralmente têm uma tensão nominal superior a 3,0 volts e são mais adequadas para fontes de alimentação de circuitos integrados.As baterias de dióxido de manganês são amplamente utilizadas em computadores, calculadoras, câmeras e relógios.

Com o objetivo de desenvolver variedades com melhor desempenho, diversos materiais têm sido estudados.E então faça produtos como nunca antes.Por exemplo, baterias de dióxido de enxofre de lítio e baterias de cloreto de tionila de lítio são muito distintas.Seu material ativo positivo também é um solvente para o eletrólito.Esta estrutura está presente apenas em sistemas eletroquímicos não aquosos.Portanto, o estudo das baterias de lítio também promoveu o desenvolvimento da teoria eletroquímica de sistemas não aquosos.Além do uso de diversos solventes não aquosos, também foram realizadas pesquisas sobre baterias poliméricas de película fina.

Em 1992, a Sony desenvolveu com sucesso baterias de íons de lítio.Sua aplicação prática reduz bastante o peso e o volume de dispositivos eletrônicos portáteis, como celulares e notebooks.O tempo de uso é bastante estendido.Como as baterias de íon-lítio não contêm cromo de metal pesado, em comparação com as baterias de níquel-cromo, a poluição do meio ambiente é bastante reduzida.

1. Bateria de íon de lítio
As baterias de íon de lítio estão agora divididas em duas categorias: baterias de íon de lítio líquido (LIBs) e baterias de polímero de íon de lítio (PLBs).Entre elas, a bateria de íon de lítio líquido refere-se à bateria secundária na qual o composto de intercalação Li + são os eletrodos positivo e negativo.O eletrodo positivo seleciona o composto de lítio LiCoO2 ou LiMn2O4, e o eletrodo negativo seleciona o composto intercamada de lítio-carbono.As baterias de íon-lítio são uma força motriz ideal para o desenvolvimento no século 21 devido à sua alta tensão operacional, tamanho pequeno, peso leve, alta energia, sem efeito memória, sem poluição, baixa autodescarga e longo ciclo de vida.

2. Uma breve história do desenvolvimento de baterias de íons de lítio
As baterias de lítio e as baterias de íon de lítio são novas baterias de alta energia desenvolvidas com sucesso no século XX.O eletrodo negativo desta bateria é o lítio metálico e o eletrodo positivo é MnO2, SOCL2, (CFx)n, etc.Devido à sua alta energia, alta tensão da bateria, ampla faixa de temperatura operacional e longa vida útil de armazenamento, tem sido amplamente utilizado em pequenos aparelhos elétricos militares e civis, como telefones celulares, computadores portáteis, câmeras de vídeo, câmeras, etc., parcialmente substituindo as baterias tradicionais..

3. Perspectivas de desenvolvimento de baterias de íons de lítio
As baterias de íons de lítio têm sido amplamente utilizadas em aparelhos portáteis, como laptops, câmeras de vídeo e comunicações móveis, devido às suas vantagens funcionais exclusivas.A bateria de íons de lítio de grande capacidade desenvolvida agora foi testada em veículos elétricos e estima-se que se tornará uma das principais fontes de energia para veículos elétricos no século 21 e será usada em satélites, aeroespacial e armazenamento de energia .

4. A função básica da bateria
(1) A tensão de circuito aberto da bateria
(2) Resistência interna da bateria
(3) A tensão operacional da bateria

(4) Tensão de carga
A tensão de carga refere-se à tensão aplicada a ambas as extremidades da bateria pela fonte de alimentação externa quando a bateria secundária está sendo carregada.Os métodos básicos de carregamento incluem carregamento de corrente constante e carregamento de tensão constante.Geralmente, é utilizado carregamento de corrente constante e sua característica é que a corrente de carregamento é estável durante o processo de carregamento.À medida que o carregamento avança, o material ativo é recuperado, a área de reação do eletrodo é continuamente reduzida e a polarização do motor aumenta gradualmente.

(5) Capacidade da bateria
A capacidade da bateria refere-se à quantidade de eletricidade obtida da bateria, que geralmente é expressa por C, e a unidade é geralmente expressa por Ah ou mAh.A capacidade é um objetivo importante do desempenho elétrico da bateria.A capacidade da bateria é geralmente dividida em capacidade teórica, capacidade prática e capacidade nominal.

A capacidade da bateria é determinada pela capacidade dos eletrodos.Se as capacidades dos eletrodos não forem iguais, a capacidade da bateria depende do eletrodo de menor capacidade, mas não é de forma alguma a soma das capacidades dos eletrodos positivo e negativo.

(6) Função de armazenamento e vida útil da bateria
Uma das principais características das fontes de energia química é que elas podem liberar energia elétrica quando em uso e armazenar energia elétrica quando não estão em uso.A chamada função de armazenamento é a capacidade de manter a carga da bateria secundária.

Em relação à bateria secundária, a vida útil é um parâmetro importante para medir o desempenho da bateria.Uma bateria secundária é carregada e descarregada uma vez, chamada ciclo (ou ciclo).Sob um determinado critério de carga e descarga, o número de tempos de carga e descarga que a bateria pode suportar antes que a capacidade da bateria atinja um determinado valor é chamado de ciclo operacional da bateria secundária.As baterias de íon de lítio têm excelente desempenho de armazenamento e longo ciclo de vida.

Baterias de lítio – Recursos
A. Alta densidade de energia
O peso da bateria de íon de lítio é metade do peso da bateria de níquel-cádmio ou níquel-hidrogênio da mesma capacidade, e o volume é de 40-50% do níquel-cádmio e 20-30% da bateria de níquel-hidrogênio .

B. Alta Tensão
A tensão operacional de uma única bateria de íons de lítio é de 3,7 V (valor médio), o que equivale a três baterias de níquel-cádmio ou níquel-hidreto metálico conectadas em série.

C. Sem poluição
As baterias de íon de lítio não contêm metais nocivos, como cádmio, chumbo e mercúrio.

D. Não contém lítio metálico
As baterias de íons de lítio não contêm lítio metálico e, portanto, não estão sujeitas a regulamentações como a proibição de transporte de baterias de lítio em aeronaves de passageiros.

E. Alto ciclo de vida
Em condições normais, as baterias de íons de lítio podem ter mais de 500 ciclos de carga e descarga.

F. Sem efeito de memória
O efeito memória refere-se ao fenômeno de redução da capacidade da bateria de níquel-cádmio durante o ciclo de carga e descarga.As baterias de íon de lítio não têm esse efeito.

G. Carregamento rápido
Usar um carregador de corrente e tensão constante com tensão nominal de 4,2 V pode carregar totalmente a bateria de íon de lítio em uma a duas horas.

Bateria de lítio – Princípio e estrutura da bateria de lítio
1. Estrutura e princípio de funcionamento da bateria de íon de lítio: A chamada bateria de íon de lítio refere-se a uma bateria secundária composta por dois compostos que podem intercalar e desintercalar reversivelmente íons de lítio como eletrodos positivos e negativos.As pessoas chamam essa bateria de íon de lítio com um mecanismo único, que depende da transferência de íons de lítio entre os eletrodos positivos e negativos para completar a operação de carga e descarga da bateria, como “bateria de cadeira de balanço”, comumente conhecida como “bateria de lítio”. .Tomemos o LiCoO2 como exemplo: (1) Quando a bateria está carregada, os íons de lítio são desintercalados do eletrodo positivo e intercalados no eletrodo negativo, e vice-versa durante a descarga.Isto requer que um eletrodo esteja em um estado de intercalação de lítio antes da montagem.Geralmente, um óxido de metal de transição de intercalação de lítio com potencial superior a 3V em relação ao lítio e estável no ar é selecionado como eletrodo positivo, como LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Para materiais que são eletrodos negativos, selecione compostos de lítio intercaláveis ​​cujo potencial seja o mais próximo possível do potencial do lítio.Por exemplo, vários materiais de carbono incluem grafite natural, grafite sintética, fibra de carbono, carbono esférico mesofásico, etc. e óxidos metálicos, incluindo SnO, SnO2, óxido composto de estanho SnBxPyOz (x = 0,4 ~ 0,6, y = 0,6 ~ 0,4, z = (2+3x+5y)/2) etc.

bateria de lítio
2. A bateria geralmente inclui: positivo, negativo, eletrólito, separador, cabo positivo, placa negativa, terminal central, material isolante (isolador), válvula de segurança (vent de segurança), anel de vedação (junta), PTC (terminal de controle de temperatura positivo), caixa de bateria.Geralmente, as pessoas estão mais preocupadas com o eletrodo positivo, o eletrodo negativo e o eletrólito.

bateria de lítio
Comparação da estrutura da bateria de íons de lítio
De acordo com diferentes materiais catódicos, ele é dividido em ferro-lítio, cobalto-lítio, manganês-lítio, etc.;
A partir da classificação da forma, geralmente é dividido em cilíndrico e quadrado, e os íons poliméricos de lítio também podem ser transformados em qualquer formato;
De acordo com os diferentes materiais eletrolíticos usados ​​nas baterias de íon-lítio, as baterias de íon-lítio podem ser divididas em duas categorias: baterias de íon-lítio líquido (LIB) e baterias de íon-lítio de estado sólido.PLIB) é um tipo de bateria de íon de lítio de estado sólido.

eletrólito
Coletor de Corrente de Barreira Shell/Pacote
Bateria de íon de lítio líquida Aço inoxidável líquido, alumínio Folha de cobre 25μPE e folha de alumínio polímero bateria de íon de lítio polímero coloidal filme composto de alumínio/PP sem barreira ou folha de cobre μPE única e folha de alumínio

Baterias de lítio – A função das baterias de íon de lítio

1. Alta densidade de energia
Em comparação com baterias NI/CD ou NI/MH de mesma capacidade, as baterias de íons de lítio são mais leves e sua energia específica de volume é 1,5 a 2 vezes maior que a desses dois tipos de baterias.

2. Alta tensão
As baterias de íon de lítio usam eletrodos de lítio contendo elementos altamente eletronegativos para atingir tensões terminais de até 3,7 V, que é três vezes a tensão das baterias NI/CD ou NI/MH.

3. Não poluente, ecologicamente correto

4. Ciclo de vida longo
A vida útil excede 500 vezes

5. Alta capacidade de carga
As baterias de íon de lítio podem ser descarregadas continuamente com uma grande corrente, de modo que esta bateria pode ser usada em aparelhos de alta potência, como câmeras e laptops.

6. Excelente segurança
Devido ao uso de excelentes materiais anódicos, o problema do crescimento de dendritos de lítio durante o carregamento da bateria é superado, o que melhora muito a segurança das baterias de íons de lítio.Ao mesmo tempo, acessórios especiais recuperáveis ​​são selecionados para garantir a segurança da bateria durante o uso.

Bateria de lítio – método de carregamento de bateria de íon de lítio
Método 1. Antes da bateria de íon de lítio sair da fábrica, o fabricante realizou o tratamento de ativação e pré-carregada, de forma que a bateria de íon de lítio tenha energia residual e a bateria de íon de lítio seja carregada de acordo com o período de ajuste.Este período de ajuste precisa ser realizado de 3 a 5 vezes completamente.Descarga.
Método 2. Antes de carregar, a bateria de íon de lítio não precisa ser especialmente descarregada.A descarga inadequada danificará a bateria.Ao carregar, tente usar o carregamento lento e reduza o carregamento rápido;o tempo não deve exceder 24 horas.Somente depois que a bateria tiver passado de três a cinco ciclos completos de carga e descarga é que seus produtos químicos internos serão totalmente “ativados” para uso ideal.
Método 3. Use o carregador original ou um carregador de marca confiável.Para baterias de lítio, utilize um carregador especial para baterias de lítio e siga as instruções.Caso contrário, a bateria será danificada ou mesmo arriscada.
Método 4. A bateria recém-adquirida é de íon de lítio, portanto, as primeiras 3 a 5 vezes de carregamento são geralmente chamadas de período de ajuste e devem ser carregadas por mais de 14 horas para garantir que a atividade dos íons de lítio esteja totalmente ativada.As baterias de íon de lítio não têm efeito memória, mas possuem forte inércia.Eles devem estar totalmente ativados para garantir o melhor desempenho em aplicações futuras.
Método 5. A bateria de íon de lítio deve usar um carregador especial, caso contrário pode não atingir o estado de saturação e afetar seu funcionamento.Após o carregamento, evite colocá-lo no carregador por mais de 12 horas e separe a bateria do produto eletrônico móvel quando não for usado por um longo período.

Bateria de lítio – uso
Com o desenvolvimento da tecnologia microeletrônica no século XX, os dispositivos miniaturizados estão aumentando a cada dia, o que impõe elevados requisitos de fornecimento de energia.As baterias de lítio entraram então em um estágio prático em grande escala.
Foi usado pela primeira vez em marca-passos cardíacos.Como a taxa de autodescarga das baterias de lítio é extremamente baixa, a tensão de descarga é acentuada.Permite implantar um marca-passo no corpo humano por um longo período.
As baterias de lítio geralmente têm uma tensão nominal superior a 3,0 volts e são mais adequadas para fontes de alimentação de circuitos integrados.As baterias de dióxido de manganês são amplamente utilizadas em computadores, calculadoras, câmeras e relógios.

Exemplo de aplicação
1. Existem muitas baterias como substitutos para reparos de baterias: como aquelas usadas em notebooks.Após o reparo, descobriu-se que quando esta bateria está danificada, apenas as baterias individuais apresentam problemas.Ela pode ser substituída por uma bateria de lítio de célula única adequada.
2. Fazendo uma tocha em miniatura de alto brilho O autor certa vez usou uma única bateria de lítio 3.6V1.6AH com um tubo emissor de luz branco de super brilho para fazer uma tocha em miniatura, que é fácil de usar, compacta e bonita.E por causa da grande capacidade da bateria, ela pode ser usada em média meia hora todas as noites, e está em uso há mais de dois meses sem carregar.
3. Fonte de alimentação alternativa de 3V

Porque a tensão da bateria de lítio de célula única é de 3,6V.Portanto, apenas uma bateria de lítio pode substituir duas baterias comuns para fornecer energia a pequenos eletrodomésticos, como rádios, walkmans, câmeras, etc., que não só são leves, mas também duram muito tempo.

Material do ânodo da bateria de íons de lítio – titanato de lítio

Ele pode ser combinado com manganato de lítio, materiais ternários ou fosfato de ferro-lítio e outros materiais positivos para formar baterias secundárias de íon de lítio de 2,4 V ou 1,9 V.Além disso, também pode ser usado como eletrodo positivo para formar uma bateria de lítio de 1,5 V com bateria secundária de eletrodo negativo de metal de lítio ou liga de lítio.

Devido à alta segurança, alta estabilidade, longevidade e características verdes do titanato de lítio.Pode-se prever que o material de titanato de lítio se tornará o material do eletrodo negativo de uma nova geração de baterias de íon de lítio em 2-3 anos e será amplamente utilizado em novos veículos elétricos, motocicletas elétricas e aqueles que exigem alta segurança, alta estabilidade e ciclo longo.campo de aplicação.A tensão operacional da bateria de titanato de lítio é de 2,4 V, a tensão mais alta é de 3,0 V e a corrente de carga é de até 2C.

Composição da bateria de titanato de lítio
Eletrodo positivo: fosfato de ferro-lítio, manganato de lítio ou material ternário, manganato de níquel-lítio.
Eletrodo negativo: material de titanato de lítio.
Barreira: A barreira atual da bateria de lítio com carbono como eletrodo negativo.
Eletrólito: eletrólito de bateria de lítio com carbono como eletrodo negativo.
Caixa da bateria: caixa da bateria de lítio com carbono como eletrodo negativo.

As vantagens das baterias de titanato de lítio: a escolha de veículos elétricos para substituir os veículos a combustível é a melhor escolha para solucionar a poluição ambiental urbana.Entre elas, as baterias de íon-lítio têm atraído grande atenção dos pesquisadores.A fim de atender aos requisitos dos veículos elétricos para baterias de íons de lítio a bordo, pesquisa e desenvolvimento Materiais negativos com alta segurança, bom desempenho e longevidade são seus pontos críticos e dificuldades.

Os eletrodos negativos de baterias de íons de lítio comerciais usam principalmente materiais de carbono, mas ainda existem algumas desvantagens na aplicação de baterias de lítio que usam carbono como eletrodo negativo:
1. Os dendritos de lítio são facilmente precipitados durante a sobrecarga, resultando em um curto-circuito da bateria e afetando a função de segurança da bateria de lítio;
2. É fácil formar filme SEI, resultando em baixa carga inicial e potência de descarga e grande capacidade irreversível;
3. Ou seja, a tensão da plataforma dos materiais de carbono é baixa (próxima ao lítio metálico), e é fácil causar a decomposição do eletrólito, o que trará riscos à segurança.
4. No processo de inserção e extração de íons de lítio, o volume muda muito e a estabilidade do ciclo é ruim.

Comparado com materiais de carbono, o Li4Ti5012 do tipo espinélio tem vantagens significativas:
1. É um material de tensão zero e tem bom desempenho de circulação;
2. A tensão de descarga é estável e o eletrólito não se decompõe, melhorando o desempenho de segurança das baterias de lítio;
3. Comparado com materiais de ânodo de carbono, o titanato de lítio tem um alto coeficiente de difusão de íons de lítio (2*10-8cm2/s) e pode ser carregado e descarregado em alta taxa.
4. O potencial do titanato de lítio é superior ao do lítio metálico puro e não é fácil gerar dendritos de lítio, o que fornece uma base para garantir a segurança das baterias de lítio.

circuito de manutenção
Consiste em dois transistores de efeito de campo e um bloco integrado de manutenção dedicado S-8232.O tubo de controle de sobrecarga FET2 e o tubo de controle de descarga excessiva FET1 são conectados em série ao circuito, e a tensão da bateria é monitorada e controlada pelo IC de manutenção.Quando a tensão da bateria sobe para 4,2 V, o tubo de manutenção de sobrecarga FET1 é desligado e o carregamento é encerrado.Para evitar mau funcionamento, geralmente é adicionado um capacitor de atraso ao circuito externo.Quando a bateria está descarregada, a tensão da bateria cai para 2,55.