Bateria cu litiu dispune de încărcare a bateriei cu litiu

Bateria cu litiu este un tip de baterie care utilizează litiu metal sau aliaj de litiu ca material pentru electrodul negativ și utilizează o soluție de electrolit neapoasă.Cea mai veche baterie cu litiu prezentată a venit de la marele inventator Edison.

Baterii cu litiu – Baterii cu litiu

baterie cu litiu
Bateria cu litiu este un tip de baterie care utilizează litiu metal sau aliaj de litiu ca material pentru electrodul negativ și utilizează o soluție de electrolit neapoasă.Cea mai veche baterie cu litiu prezentată a venit de la marele inventator Edison.

Deoarece proprietățile chimice ale litiului metalului sunt foarte active, prelucrarea, depozitarea și aplicarea litiului metalului au cerințe de mediu foarte ridicate.Prin urmare, bateriile cu litiu nu au fost folosite de mult timp.

Odată cu dezvoltarea tehnologiei microelectronicei în secolul al XX-lea, dispozitivele miniaturizate cresc pe zi ce trece, ceea ce impune cerințe ridicate pentru alimentarea cu energie.Bateriile cu litiu au intrat apoi într-o etapă practică pe scară largă.

A fost folosit pentru prima dată în stimulatoarele cardiace.Deoarece rata de auto-descărcare a bateriilor cu litiu este extrem de scăzută, tensiunea de descărcare este abruptă.Face posibilă implantarea stimulatorului cardiac în corpul uman pentru o perioadă lungă de timp.

Bateriile cu litiu au în general o tensiune nominală mai mare de 3,0 volți și sunt mai potrivite pentru sursele de alimentare cu circuit integrat.Bateriile cu dioxid de mangan sunt utilizate pe scară largă în calculatoare, calculatoare, aparate foto și ceasuri.

Pentru a dezvolta soiuri cu performanțe mai bune au fost studiate diverse materiale.Și apoi faceți produse ca niciodată.De exemplu, bateriile cu dioxid de sulf de litiu și bateriile cu clorură de litiu tionil sunt foarte distinctive.Materialul lor activ pozitiv este, de asemenea, un solvent pentru electrolit.Această structură este prezentă numai în sistemele electrochimice neapoase.Prin urmare, studiul bateriilor cu litiu a promovat și dezvoltarea teoriei electrochimice a sistemelor neapoase.Pe lângă utilizarea diverșilor solvenți neapoși, au fost efectuate și cercetări asupra bateriilor polimerice cu peliculă subțire.

În 1992, Sony a dezvoltat cu succes baterii litiu-ion.Aplicația sa practică reduce foarte mult greutatea și volumul dispozitivelor electronice portabile, cum ar fi telefoanele mobile și notebook-urile.Timpul de utilizare este mult extins.Deoarece bateriile litiu-ion nu conțin crom din metale grele, în comparație cu bateriile cu nichel-crom, poluarea mediului este mult redusă.

1. Baterie litiu-ion
Bateriile litiu-ion sunt acum împărțite în două categorii: baterii lichide litiu-ion (LIB) și baterii polimer litiu-ion (PLB).Printre acestea, bateria cu ioni de litiu lichid se referă la bateria secundară în care compusul de intercalare Li + este electrozii pozitivi și negativi.Electrodul pozitiv selectează compusul de litiu LiCoO2 sau LiMn2O4, iar electrodul negativ selectează compusul intermediar litiu-carbon.Bateriile litiu-ion sunt o forță motrice ideală pentru dezvoltarea în secolul 21 datorită tensiunii lor de funcționare ridicate, dimensiunilor mici, greutății ușoare, energiei ridicate, fără efect de memorie, fără poluare, autodescărcare scăzută și ciclu lung de viață.

2. O scurtă istorie a dezvoltării bateriilor litiu-ion
Bateriile cu litiu și bateriile cu litiu ion sunt baterii noi de înaltă energie dezvoltate cu succes în secolul al XX-lea.Electrodul negativ al acestei baterii este litiu metalic, iar electrodul pozitiv este MnO2, SOCL2, (CFx)n etc. A fost pus în practică în anii 1970.Datorită energiei sale ridicate, tensiunii ridicate a bateriei, intervalului larg de temperatură de funcționare și duratei lungi de stocare, a fost utilizat pe scară largă în aparatele electrice mici militare și civile, cum ar fi telefoane mobile, computere portabile, camere video, camere etc., parțial. înlocuirea bateriilor tradiționale..

3. Perspectivele de dezvoltare ale bateriilor litiu-ion
Bateriile litiu-ion au fost utilizate pe scară largă în aparatele portabile, cum ar fi computerele laptop, camerele video și comunicațiile mobile, datorită avantajelor lor funcționale unice.Bateria litiu-ion de mare capacitate dezvoltată acum a fost testată în vehicule electrice și se estimează că va deveni una dintre principalele surse de energie pentru vehiculele electrice în secolul 21 și va fi folosită în sateliți, aerospațiu și stocarea energiei. .

4. Funcția de bază a bateriei
(1) Tensiunea în circuit deschis a bateriei
(2) Rezistența internă a bateriei
(3) Tensiunea de funcționare a bateriei

(4) Tensiune de încărcare
Tensiunea de încărcare se referă la tensiunea aplicată la ambele capete ale bateriei de sursa de alimentare externă atunci când bateria secundară este încărcată.Metodele de bază de încărcare includ încărcare cu curent constant și încărcare cu tensiune constantă.În general, se utilizează încărcare cu curent constant, iar caracteristica sa este că curentul de încărcare este stabil în timpul procesului de încărcare.Pe măsură ce încărcarea progresează, materialul activ este recuperat, aria de reacție a electrodului este redusă continuu, iar polarizarea motorului crește treptat.

(5) Capacitatea bateriei
Capacitatea bateriei se referă la cantitatea de energie electrică obținută din baterie, care este de obicei exprimată cu C, iar unitatea este de obicei exprimată cu Ah sau mAh.Capacitatea este un obiectiv important al performanței electrice a bateriei.Capacitatea bateriei este de obicei împărțită în capacitatea teoretică, capacitatea practică și capacitatea nominală.

Capacitatea bateriei este determinată de capacitatea electrozilor.Dacă capacitățile electrozilor nu sunt egale, capacitatea bateriei depinde de electrodul cu capacitatea mai mică, dar nu este în niciun caz suma capacităților electrozilor pozitivi și negativi.

(6) Funcția de stocare și durata de viață a bateriei
Una dintre caracteristicile principale ale surselor de energie chimică este că pot elibera energie electrică atunci când sunt utilizate și pot stoca energie electrică atunci când nu sunt utilizate.Așa-numita funcție de stocare este capacitatea de a menține încărcarea bateriei secundare.

În ceea ce privește bateria secundară, durata de viață este un parametru important pentru măsurarea performanței bateriei.O baterie secundară este încărcată și descărcată o dată, numită ciclu (sau ciclu).Conform unui anumit criteriu de încărcare și descărcare, numărul de timpi de încărcare și descărcare pe care le poate rezista bateria înainte ca capacitatea bateriei să atingă o anumită valoare se numește ciclu de funcționare al bateriei secundare.Bateriile litiu-ion au performanțe excelente de stocare și un ciclu de viață lung.

Baterii cu litiu – Caracteristici
A. Densitate mare de energie
Greutatea bateriei litiu-ion este jumătate din cea a bateriei nichel-cadmiu sau nichel-hidrogen de aceeași capacitate, iar volumul este de 40-50% din bateria nichel-cadmiu și 20-30% din bateria nichel-hidrogen. .

B. Tensiune înaltă
Tensiunea de funcționare a unei singure baterii litiu-ion este de 3,7 V (valoare medie), ceea ce este echivalent cu trei baterii nichel-cadmiu sau nichel-hidrură metalică conectate în serie.

C. Fără poluare
Bateriile litiu-ion nu conțin metale dăunătoare, cum ar fi cadmiul, plumbul și mercurul.

D. Nu contine litiu metalic
Bateriile cu litiu-ion nu conțin litiu metalic și, prin urmare, nu sunt supuse unor reglementări precum interzicerea transportului bateriilor cu litiu pe aeronavele de pasageri.

E. Ciclu de viață ridicat
În condiții normale, bateriile litiu-ion pot avea mai mult de 500 de cicluri de încărcare-descărcare.

F. Fără efect de memorie
Efectul de memorie se referă la fenomenul că capacitatea bateriei cu nichel-cadmiu este redusă în timpul ciclului de încărcare și descărcare.Bateriile litiu-ion nu au acest efect.

G. Încărcare rapidă
Utilizarea unui încărcător cu curent constant și tensiune constantă cu o tensiune nominală de 4,2 V poate încărca complet bateria litiu-ion în una până la două ore.

Baterie cu litiu - Principiul și structura bateriei cu litiu
1. Structura și principiul de funcționare al bateriei cu ioni de litiu: așa-numita baterie cu ioni de litiu se referă la o baterie secundară compusă din doi compuși care pot intercala și deintercala ionii de litiu în mod reversibil ca electrozi pozitivi și negativi.Oamenii numesc această baterie litiu-ion cu un mecanism unic, care se bazează pe transferul ionilor de litiu între electrozii pozitivi și negativi pentru a finaliza operațiunea de încărcare și descărcare a bateriei, ca „baterie de balansoar”, cunoscută în mod obișnuit ca „baterie cu litiu”. .Luați LiCoO2 ca exemplu: (1) Când bateria este încărcată, ionii de litiu sunt deintercalați de electrodul pozitiv și intercalați în electrodul negativ și invers la descărcare.Acest lucru necesită ca un electrod să fie într-o stare de intercalare cu litiu înainte de asamblare.În general, ca electrod pozitiv este selectat un oxid de metal tranzițional de intercalare cu litiu cu un potențial mai mare de 3V față de litiu și stabil în aer, cum ar fi LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Pentru materialele care sunt electrozi negativi, selectați compuși de litiu intercalabili al căror potențial este cât mai aproape de potențialul de litiu.De exemplu, diverse materiale de carbon includ grafit natural, grafit sintetic, fibră de carbon, carbon sferic mezofază etc. și oxizi metalici, inclusiv SnO, SnO2, oxid compozit de staniu SnBxPyOz (x=0,4~0,6, y=0,6~0,4, z= (2+3x+5y)/2) etc.

baterie cu litiu
2. Bateria include în general: pozitiv, negativ, electrolit, separator, conductor pozitiv, placă negativă, bornă centrală, material izolator (izolator), supapă de siguranță (ventilator de siguranță), inel de etanșare (garnitură), PTC (bornă pozitivă de control al temperaturii), carcasa bateriei.În general, oamenii sunt mai preocupați de electrodul pozitiv, electrodul negativ și electrolit.

baterie cu litiu
Comparația structurii bateriei litiu-ion
În funcție de diferite materiale catodice, acesta este împărțit în fier litiu, cobalt litiu, mangan litiu etc.;
Din clasificarea formei, este în general împărțit în cilindric și pătrat, iar ionii polimeri de litiu pot fi, de asemenea, transformați în orice formă;
În funcție de diferitele materiale electrolitice utilizate în bateriile litiu-ion, bateriile litiu-ion pot fi împărțite în două categorii: baterii lichide litiu-ion (LIB) și baterii litiu-ion cu stare solidă.PLIB) este un fel de baterie litiu-ion cu stare solidă.

electrolit
Colector de curent de barieră înveliș/pachet
Baterie lichidă cu litiu-ion Oțel inoxidabil lichid, aluminiu Folie de cupru de 25μPE și folie de aluminiu Baterie polimer litiu-ion polimer coloidal Film compozit din aluminiu/PP fără barieră sau folie de cupru unică μPE și folie de aluminiu

Baterii cu litiu – Funcția bateriilor cu ioni de litiu

1. Densitate mare de energie
În comparație cu bateriile NI/CD sau NI/MH de aceeași capacitate, bateriile litiu-ion sunt mai ușoare, iar energia specifică a volumului lor este de 1,5 până la 2 ori mai mare decât a acestor două tipuri de baterii.

2. Înaltă tensiune
Bateriile litiu-ion folosesc electrozi de litiu care conțin elemente foarte electronegative pentru a obține tensiuni la terminale de până la 3,7 V, care este de trei ori tensiunea bateriilor NI/CD sau NI/MH.

3. Nepoluant, ecologic

4. Ciclu de viață lung
Durata de viață depășește de 500 de ori

5. Capacitate mare de încărcare
Bateriile litiu-ion pot fi descărcate continuu cu un curent mare, astfel încât această baterie poate fi utilizată în aparate de mare putere, cum ar fi camerele foto și laptopurile.

6. Securitate excelentă
Datorită utilizării unor materiale anodice excelente, problema creșterii dendritei de litiu în timpul încărcării bateriei este depășită, ceea ce îmbunătățește considerabil siguranța bateriilor litiu-ion.În același timp, sunt selectate accesorii speciale recuperabile pentru a asigura siguranța bateriei în timpul utilizării.

Baterie cu litiu – Metoda de încărcare a bateriei cu litiu-ion
Metoda 1. Înainte ca bateria litiu-ion să iasă din fabrică, producătorul a efectuat un tratament de activare și a preîncărcat, astfel încât bateria litiu-ion are putere reziduală, iar bateria litiu-ion este încărcată în funcție de perioada de ajustare.Această perioadă de ajustare trebuie efectuată de 3 până la 5 ori complet.Descarcare.
Metoda 2. Înainte de încărcare, bateria litiu-ion nu trebuie să fie descărcată special.Descărcarea necorespunzătoare va deteriora bateria.Când încărcați, încercați să utilizați încărcarea lentă și reduceți încărcarea rapidă;timpul nu trebuie să depășească 24 de ore.Numai după ce bateria a suferit trei până la cinci cicluri complete de încărcare și descărcare, substanțele sale chimice interne vor fi complet „activate” pentru o utilizare optimă.
Metoda 3. Vă rugăm să utilizați încărcătorul original sau un încărcător de marcă reputată.Pentru bateriile cu litiu, utilizați un încărcător special pentru bateriile cu litiu și urmați instrucțiunile.În caz contrar, bateria va fi deteriorată sau chiar riscată.
Metoda 4. Bateria nou achiziționată este litiu ion, așa că primele 3 până la 5 ori de încărcare se numesc în general perioadă de ajustare și ar trebui să fie încărcată mai mult de 14 ore pentru a se asigura că activitatea ionilor de litiu este pe deplin activată.Bateriile litiu-ion nu au efect de memorie, dar au o inerție puternică.Acestea ar trebui să fie complet activate pentru a asigura cea mai bună performanță în aplicațiile viitoare.
Metoda 5. Bateria litiu-ion trebuie să folosească un încărcător special, altfel poate să nu atingă starea de saturație și să-i afecteze funcționarea.După încărcare, evitați să îl așezați pe încărcător mai mult de 12 ore și separați bateria de produsul electronic mobil atunci când nu este utilizat o perioadă lungă de timp.

Baterie cu litiu – utilizare
Odată cu dezvoltarea tehnologiei microelectronicei în secolul al XX-lea, dispozitivele miniaturizate cresc pe zi ce trece, ceea ce impune cerințe ridicate pentru alimentarea cu energie.Bateriile cu litiu au intrat apoi într-o etapă practică pe scară largă.
A fost folosit pentru prima dată în stimulatoarele cardiace.Deoarece rata de auto-descărcare a bateriilor cu litiu este extrem de scăzută, tensiunea de descărcare este abruptă.Face posibilă implantarea stimulatorului cardiac în corpul uman pentru o perioadă lungă de timp.
Bateriile cu litiu au în general o tensiune nominală mai mare de 3,0 volți și sunt mai potrivite pentru sursele de alimentare cu circuit integrat.Bateriile cu dioxid de mangan sunt utilizate pe scară largă în calculatoare, calculatoare, aparate foto și ceasuri.

Exemplu de aplicație
1. Există multe pachete de baterii ca înlocuitori pentru repararea pachetului de baterii: cum ar fi cele folosite la computerele notebook.După reparație, se constată că atunci când acest acumulator este deteriorat, doar bateriile individuale au probleme.Poate fi înlocuit cu o baterie adecvată cu litiu cu o singură celulă.
2. Realizarea unei lanterne în miniatură de înaltă luminozitate Autorul a folosit odată o singură baterie cu litiu de 3,6V1.6AH cu un tub emițător de lumină alb super-luminozitate pentru a realiza o lanternă în miniatură, care este ușor de utilizat, compactă și frumoasă.Și datorită capacității mari a bateriei, poate fi folosit în medie o jumătate de oră în fiecare noapte și a fost folosit mai mult de două luni fără încărcare.
3. Alimentare alternativă de 3V

Deoarece tensiunea bateriei cu litiu cu o singură celulă este de 3,6 V.Prin urmare, doar o baterie cu litiu poate înlocui două baterii obișnuite pentru a furniza energie electrocasnicelor mici, cum ar fi radiouri, walkman-uri, camere foto etc., care nu este doar ușoară, ci și durează mult timp.

Material anod al bateriei litiu-ion – titanat de litiu

Poate fi combinat cu manganat de litiu, materiale ternare sau fosfat de fier litiu și alte materiale pozitive pentru a forma baterii secundare litiu-ion de 2,4 V sau 1,9 V.În plus, poate fi folosit și ca electrod pozitiv pentru a forma o baterie cu litiu de 1,5 V cu o baterie secundară cu electrod negativ din metal litiu sau aliaj de litiu.

Datorită siguranței ridicate, stabilității ridicate, longevității și caracteristicilor verzi ale titanatului de litiu.Se poate prezice că materialul de titanat de litiu va deveni materialul electrodului negativ al unei noi generații de baterii cu ioni de litiu în 2-3 ani și va fi utilizat pe scară largă în vehiculele noi, motociclete electrice și cele care necesită siguranță ridicată, stabilitate ridicată și ciclu lung.domeniul de aplicare.Tensiunea de funcționare a bateriei cu titanat de litiu este de 2,4 V, cea mai mare tensiune este de 3,0 V, iar curentul de încărcare este de până la 2 C.

Compoziția bateriei cu titanat de litiu
Electrod pozitiv: fosfat de litiu fier, manganat de litiu sau material ternar, manganat de litiu nichel.
Electrod negativ: material titanat de litiu.
Barieră: bariera actuală a bateriei cu litiu cu carbon ca electrod negativ.
Electrolit: electrolit de baterie cu litiu cu carbon ca electrod negativ.
Carcasa bateriei: Carcasa bateriei cu litiu cu carbon ca electrod negativ.

Avantajele bateriilor cu titanat de litiu: alegerea vehiculelor electrice pentru a înlocui vehiculele cu combustibil este cea mai bună alegere pentru a rezolva poluarea mediului urban.Printre acestea, bateriile de putere cu litiu-ion au atras o atenție extinsă a cercetătorilor.Pentru a îndeplini cerințele vehiculelor electrice pentru bateriile de alimentare cu litiu-ion la bord, cercetarea și dezvoltarea materialelor negative cu siguranță ridicată, performanță bună și longevitate sunt punctele fierbinți și dificultățile sale.

Electrozii negativi comerciali pentru baterii cu litiu-ion folosesc în principal materiale de carbon, dar există încă unele dezavantaje în aplicarea bateriilor cu litiu folosind carbon ca electrod negativ:
1. Dendritele de litiu se precipită cu ușurință în timpul supraîncărcării, ducând la un scurtcircuit al bateriei și afectând funcția de siguranță a bateriei cu litiu;
2. Este ușor să se formeze peliculă SEI, rezultând o putere inițială scăzută de încărcare și descărcare și o capacitate mare ireversibilă;
3. Adică, tensiunea platformei materialelor de carbon este scăzută (aproape de litiu metalic) și este ușor să provoace descompunerea electrolitului, ceea ce va aduce riscuri de securitate.
4. În procesul de inserare și extracție a ionilor de litiu, volumul se modifică foarte mult, iar stabilitatea ciclului este slabă.

În comparație cu materialele de carbon, Li4Ti5012 de tip spinel are avantaje semnificative:
1. Este un material fără deformare și are performanțe bune de circulație;
2. Tensiunea de descărcare este stabilă, iar electrolitul nu se va descompune, îmbunătățind performanța de siguranță a bateriilor cu litiu;
3. În comparație cu materialele anodului de carbon, titanatul de litiu are un coeficient ridicat de difuzie a ionilor de litiu (2*10-8cm2/s) și poate fi încărcat și descărcat la o rată mare.
4. Potențialul titanatului de litiu este mai mare decât cel al litiului metalic pur și nu este ușor să generați dendrite de litiu, ceea ce oferă o bază pentru asigurarea siguranței bateriilor cu litiu.

circuit de întreținere
Este format din două tranzistoare cu efect de câmp și un bloc integrat de întreținere dedicat S-8232.Tubul de control al supraîncărcării FET2 și tubul de control al supradescărcării FET1 sunt conectate în serie la circuit, iar tensiunea bateriei este monitorizată și controlată de IC de întreținere.Când tensiunea bateriei crește la 4,2 V, tubul de întreținere la supraîncărcare FET1 este oprit și încărcarea este terminată.Pentru a evita funcționarea defectuoasă, un condensator de întârziere este în general adăugat la circuitul extern.Când bateria este într-o stare descărcată, tensiunea bateriei scade la 2,55.