Литиевая батарея — это тип батареи, в которой в качестве материала отрицательного электрода используется металлический литий или литиевый сплав, а также неводный раствор электролита.Самая ранняя литиевая батарея была создана великим изобретателем Эдисоном.
Литиевые батареи – Литиевые батареи
литиевая батарейка
Литиевая батарея — это тип батареи, в которой в качестве материала отрицательного электрода используется металлический литий или литиевый сплав, а также неводный раствор электролита.Самая ранняя литиевая батарея была создана великим изобретателем Эдисоном.
Поскольку химические свойства металлического лития очень активны, обработка, хранение и применение металлического лития предъявляют очень высокие экологические требования.Поэтому литиевые батареи уже давно не используются.
С развитием техники микроэлектроники в ХХ веке миниатюризация устройств увеличивается с каждым днем, что выдвигает высокие требования к электропитанию.Литиевые батареи затем вступили в масштабную практическую стадию.
Впервые он был использован в кардиостимуляторах.Поскольку скорость саморазряда литиевых батарей чрезвычайно низка, напряжение разряда очень высокое.Это дает возможность имплантировать кардиостимулятор в организм человека на длительный срок.
Литиевые батареи обычно имеют номинальное напряжение выше 3,0 В и больше подходят для источников питания на интегральных схемах.Батарейки на основе диоксида марганца широко используются в компьютерах, калькуляторах, фотоаппаратах и часах.
Чтобы вывести сорта с лучшими эксплуатационными характеристиками, были изучены различные материалы.А затем производить продукцию, как никогда раньше.Например, литиевые батареи на основе диоксида серы и литий-тионилхлоридные батареи очень отличаются друг от друга.Их положительный активный материал также является растворителем электролита.Эта структура присутствует только в неводных электрохимических системах.Поэтому изучение литиевых батарей способствовало также развитию электрохимической теории неводных систем.Помимо использования различных неводных растворителей, также проводились исследования полимерных тонкопленочных аккумуляторов.
В 1992 году Sony успешно разработала литий-ионные аккумуляторы.Его практическое применение значительно снижает вес и объем портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны и ноутбуки.Время использования значительно увеличивается.Поскольку литий-ионные батареи не содержат тяжелого металла хрома по сравнению с никель-хромовыми батареями, загрязнение окружающей среды значительно снижается.
1. Литий-ионный аккумулятор
Литий-ионные аккумуляторы теперь делятся на две категории: жидкие литий-ионные аккумуляторы (LIB) и полимерные литий-ионные аккумуляторы (PLB).Среди них жидкая литий-ионная батарея относится к вторичной батарее, в которой интеркаляционное соединение Li + является положительным и отрицательным электродами.Положительный электрод выбирает соединение лития LiCoO2 или LiMn2O4, а отрицательный электрод выбирает соединение литий-углеродного промежуточного слоя.Литий-ионные аккумуляторы являются идеальной движущей силой развития в 21 веке из-за их высокого рабочего напряжения, небольшого размера, легкого веса, высокой энергии, отсутствия эффекта памяти, отсутствия загрязнения, низкого саморазряда и длительного срока службы.
2. Краткая история развития литий-ионных аккумуляторов.
Литиевые батареи и литий-ионные батареи — это новые аккумуляторы высокой энергии, успешно разработанные в 20 веке.Отрицательным электродом этой батареи является металлический литий, а положительным электродом — MnO2, SOCL2, (CFx)n и др. В практическое применение она была введена в 1970-х годах.Благодаря высокой энергии, высокому напряжению батареи, широкому диапазону рабочих температур и длительному сроку хранения он широко используется в военных и гражданских небольших электроприборах, таких как мобильные телефоны, портативные компьютеры, видеокамеры, фотоаппараты и т. д., частично замена традиционных аккумуляторов..
3. Перспективы развития литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы широко используются в портативных устройствах, таких как портативные компьютеры, видеокамеры и средства мобильной связи, благодаря своим уникальным функциональным преимуществам.Разработанная в настоящее время литий-ионная батарея большой емкости прошла испытания в электромобилях, и предполагается, что она станет одним из основных источников энергии для электромобилей в 21 веке и будет использоваться в спутниках, аэрокосмической отрасли и хранилищах энергии. .
4. Основная функция аккумулятора
(1) Напряжение холостого хода аккумулятора
(2) Внутреннее сопротивление батареи
(3) Рабочее напряжение аккумулятора
(4) Зарядное напряжение
Под напряжением зарядки понимается напряжение, приложенное к обоим концам батареи от внешнего источника питания во время зарядки вторичной батареи.Основные методы зарядки включают заряд постоянным током и зарядку постоянным напряжением.Обычно используется зарядка постоянным током, и ее особенностью является то, что зарядный ток стабилен во время процесса зарядки.По мере зарядки активный материал восстанавливается, площадь реакции электрода постоянно уменьшается, а поляризация двигателя постепенно увеличивается.
(5) Емкость аккумулятора
Емкость аккумулятора обозначает количество электроэнергии, полученное от аккумулятора, которое обычно обозначается буквой C, а единица измерения обычно выражается в Ач или мАч.Емкость является важной целью электрических характеристик батареи.Емкость аккумулятора обычно разделяют на теоретическую, практическую и номинальную.
Емкость аккумулятора определяется емкостью электродов.Если емкости электродов не равны, то емкость аккумулятора зависит от электрода меньшей емкости, но ни в коем случае не является суммой емкостей положительного и отрицательного электродов.
(6) Функция хранения и срок службы батареи
Одной из основных особенностей химических источников энергии является то, что они могут выделять электрическую энергию при использовании и хранить электроэнергию, когда она не используется.Так называемая функция хранения – это возможность поддерживать заряд аккумуляторной батареи.
Что касается вторичной батареи, срок службы является важным параметром для измерения производительности батареи.Аккумуляторная батарея заряжается и разряжается один раз, что называется циклом (или циклом).При определенном критерии зарядки и разрядки количество раз зарядки и разрядки, которое аккумулятор может выдержать до того, как емкость аккумулятора достигнет определенного значения, называется рабочим циклом вторичной батареи.Литий-ионные аккумуляторы имеют отличные характеристики хранения и длительный срок службы.
Литиевые батареи – особенности
А. Высокая плотность энергии
Вес литий-ионного аккумулятора вдвое меньше никель-кадмиевого или никель-водородного аккумулятора той же емкости, а объем составляет 40-50% никель-кадмиевого и 20-30% никель-водородного аккумулятора. .
Б. Высокое напряжение
Рабочее напряжение одного литий-ионного аккумулятора составляет 3,7 В (среднее значение), что эквивалентно трем никель-кадмиевым или никель-металлогидридным аккумуляторам, соединенным последовательно.
С. Отсутствие загрязнения
Литий-ионные аккумуляторы не содержат вредных металлов, таких как кадмий, свинец и ртуть.
D. Не содержит металлического лития.
Литий-ионные батареи не содержат металлического лития и поэтому не подпадают под действие таких правил, как запрет на перевозку литиевых батарей на пассажирских самолетах.
E. Высокий цикл жизни
В нормальных условиях литий-ионные аккумуляторы могут выдерживать более 500 циклов зарядки-разрядки.
F. Нет эффекта памяти
Эффект памяти относится к явлению, при котором емкость никель-кадмиевого аккумулятора снижается во время цикла зарядки и разрядки.Литий-ионные аккумуляторы не имеют такого эффекта.
Г. Быстрая зарядка
Использование зарядного устройства постоянного тока и постоянного напряжения с номинальным напряжением 4,2 В позволяет полностью зарядить литий-ионный аккумулятор за один-два часа.
Литиевая батарея – принцип и структура литиевой батареи
1. Структура и принцип работы литий-ионной батареи. Так называемая литий-ионная батарея представляет собой вторичную батарею, состоящую из двух соединений, которые могут обратимо интеркалировать и деинтеркалировать ионы лития в качестве положительных и отрицательных электродов.Люди называют эту литий-ионную батарею с уникальным механизмом, который основан на переносе ионов лития между положительными и отрицательными электродами для завершения процесса зарядки и разрядки батареи, «батареей-качалкой», широко известной как «литиевая батарея». .Возьмем в качестве примера LiCoO2: (1) Когда аккумулятор заряжается, ионы лития деинтеркалируются с положительного электрода и интеркалируются в отрицательный электрод, и наоборот при разряде.Для этого перед сборкой электрод должен находиться в состоянии интеркаляции лития.Обычно в качестве положительного электрода выбирают интеркаляционный оксид переходного металла лития с потенциалом более 3 В относительно лития и стабильный на воздухе, например LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Для материалов, которые являются отрицательными электродами, выбирайте интеркалируемые соединения лития, потенциал которых как можно ближе к потенциалу лития.Например, различные углеродные материалы включают природный графит, синтетический графит, углеродное волокно, мезофазный сферический углерод и т. д., а также оксиды металлов, в том числе SnO, SnO2, сложный оксид олова SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) и т. д.
литиевая батарейка
2. Аккумулятор обычно включает в себя: положительный, отрицательный, электролит, сепаратор, положительный провод, отрицательную пластину, центральную клемму, изоляционный материал (изолятор), предохранительный клапан (предохранительный клапан), уплотнительное кольцо (прокладка), PTC (положительную клемму контроля температуры), корпус батареи.Как правило, людей больше беспокоят положительный электрод, отрицательный электрод и электролит.
литиевая батарейка
Сравнение структуры литий-ионной батареи
В зависимости от различных материалов катода он делится на литий-железо, литий-кобальт, литий-марганец и т. д.;
По классификации формы его обычно делят на цилиндрический и квадратный, а полимерным ионам лития также можно придать любую форму;
В зависимости от различных материалов электролита, используемых в литий-ионных батареях, литий-ионные батареи можно разделить на две категории: жидкие литий-ионные батареи (LIB) и твердотельные литий-ионные батареи.PLIB) — это разновидность твердотельной литий-ионной батареи.
электролит
Токосъемник с барьерным корпусом/корпусом
Жидкая литий-ионная батарея Жидкая нержавеющая сталь, алюминий Медная фольга 25μPE и алюминиевая фольга Полимерная литий-ионная батарея Коллоидный полимерный композитный фильм алюминия/ПП без барьера или одиночная медная фольга μPE и алюминиевая фольга
Литиевые батареи – функция литий-ионных батарей
1. Высокая плотность энергии
По сравнению с батареями NI/CD или NI/MH той же емкости, литий-ионные батареи легче по весу, а их объемная удельная энергия в 1,5–2 раза больше, чем у этих двух типов батарей.
2. Высокое напряжение
В литий-ионных батареях используются литиевые электроды, содержащие высокоэлектроотрицательные элементы, для достижения напряжения на клеммах до 3,7 В, что в три раза превышает напряжение батарей NI/CD или NI/MH.
3. Не загрязняет окружающую среду, экологически чистый.
4. Длительный срок службы
Продолжительность жизни превышает 500 раз
5. Высокая грузоподъемность
Литий-ионные аккумуляторы можно непрерывно разряжать большим током, поэтому их можно использовать в мощных устройствах, таких как фотоаппараты и портативные компьютеры.
6. Отличная безопасность
Благодаря использованию превосходных анодных материалов проблема роста дендритов лития во время зарядки аккумулятора решена, что значительно повышает безопасность литий-ионных аккумуляторов.При этом подбираются специальные восстанавливаемые аксессуары, обеспечивающие сохранность аккумулятора во время использования.
Литиевая батарея – метод зарядки литий-ионной батареи.
Метод 1. Прежде чем литий-ионный аккумулятор покинет завод, производитель провел обработку активации и предварительную зарядку, поэтому литий-ионный аккумулятор имеет остаточную мощность, а литий-ионный аккумулятор заряжается в соответствии с периодом регулировки.Этот период адаптации необходимо полностью провести от 3 до 5 раз.Увольнять.
Способ 2. Перед зарядкой литий-ионный аккумулятор не нужно специально разряжать.Неправильная разрядка приведет к повреждению аккумулятора.При зарядке старайтесь использовать медленную зарядку и уменьшайте скорость быстрой зарядки;время не должно превышать 24 часов.Только после того, как аккумулятор пройдет три-пять полных циклов зарядки и разрядки, его внутренние химические вещества будут полностью «активированы» для оптимального использования.
Способ 3. Используйте оригинальное зарядное устройство или зарядное устройство известной марки.Для литиевых батарей используйте специальное зарядное устройство для литиевых батарей и следуйте инструкциям.В противном случае аккумулятор будет поврежден или даже подвергнут риску.
Способ 4. Недавно приобретенный аккумулятор является литий-ионным, поэтому первые 3–5 раз зарядки обычно называются периодом адаптации, и его следует заряжать более 14 часов, чтобы обеспечить полную активацию активности ионов лития.Литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти, но обладают сильной инертностью.Их следует полностью активировать, чтобы обеспечить наилучшую производительность в будущих приложениях.
Способ 5. Литий-ионный аккумулятор необходимо использовать специальное зарядное устройство, в противном случае он может не достичь состояния насыщения и повлиять на его работу.После зарядки не оставляйте его в зарядном устройстве более чем на 12 часов и отделяйте аккумулятор от мобильного электронного продукта, если он не используется в течение длительного времени.
Литиевая батарея – использование
С развитием техники микроэлектроники в ХХ веке миниатюризация устройств увеличивается с каждым днем, что выдвигает высокие требования к электропитанию.Литиевые батареи затем вступили в масштабную практическую стадию.
Впервые он был использован в кардиостимуляторах.Поскольку скорость саморазряда литиевых батарей чрезвычайно низка, напряжение разряда очень высокое.Это дает возможность имплантировать кардиостимулятор в организм человека на длительный срок.
Литиевые батареи обычно имеют номинальное напряжение выше 3,0 В и больше подходят для источников питания на интегральных схемах.Батарейки на основе диоксида марганца широко используются в компьютерах, калькуляторах, фотоаппаратах и часах.
Пример приложения
1. Существует множество аккумуляторов, которые можно заменить при ремонте аккумуляторов: например, тех, которые используются в ноутбуках.После ремонта выяснилось, что при повреждении этого аккумуляторного блока проблемы возникают только у отдельных аккумуляторов.Его можно заменить подходящей одноэлементной литиевой батареей.
2. Изготовление миниатюрного фонарика высокой яркости. Однажды автор использовал одну литиевую батарею 3,6 В, 1,6 Ач с белой сверхяркой светоизлучающей трубкой, чтобы сделать миниатюрный фонарик, который прост в использовании, компактен и красив.А из-за большой емкости аккумулятора его можно использовать в среднем по полчаса каждую ночь, а без подзарядки он использовался более двух месяцев.
3. Альтернативный источник питания 3 В.
Потому что напряжение одноэлементной литиевой батареи составляет 3,6 В.Таким образом, только одна литиевая батарея может заменить две обычные батареи для питания небольших бытовых приборов, таких как радиоприемники, плееры, фотоаппараты и т. д., что не только имеет небольшой вес, но и обеспечивает длительный срок службы.
Материал анода литий-ионного аккумулятора – титанат лития.
Его можно комбинировать с манганатом лития, тройными материалами или литий-железо-фосфатом и другими положительными материалами для формирования литий-ионных аккумуляторных батарей напряжением 2,4 В или 1,9 В.Кроме того, его также можно использовать в качестве положительного электрода для формирования литиевой батареи напряжением 1,5 В с вторичной батареей с отрицательным электродом из металлического лития или литиевого сплава.
Из-за высокой безопасности, высокой стабильности, долговечности и экологичности титаната лития.Можно предсказать, что материал титаната лития станет материалом отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов нового поколения через 2-3 года и будет широко использоваться в транспортных средствах с новой мощностью, электрических мотоциклах и тех, которые требуют высокой безопасности, высокой стабильности и длительного цикла.область применения.Рабочее напряжение литий-титанатного аккумулятора составляет 2,4 В, максимальное напряжение — 3,0 В, ток зарядки — до 2С.
Состав литий-титанатной батареи
Положительный электрод: фосфат лития-железа, манганат лития или тройной материал, манганат лития-никеля.
Отрицательный электрод: материал титанат лития.
Барьер: Действующий барьер литиевой батареи с углеродом в качестве отрицательного электрода.
Электролит: электролит литиевой батареи с углеродом в качестве отрицательного электрода.
Корпус батареи: Корпус литиевой батареи с углеродом в качестве отрицательного электрода.
Преимущества аккумуляторов из титаната лития: выбор электромобилей для замены топливных транспортных средств — лучший выбор для решения проблемы загрязнения окружающей среды в городах.Среди них большое внимание исследователей привлекли литий-ионные аккумуляторы.Чтобы удовлетворить потребности электромобилей в бортовых литий-ионных аккумуляторах, исследования и разработки отрицательных материалов с высокой безопасностью, хорошей производительностью и долговечностью являются его горячими точками и трудностями.
В отрицательных электродах коммерческих литий-ионных аккумуляторов в основном используются углеродные материалы, но при использовании литиевых батарей с углеродом в качестве отрицательного электрода все же имеются некоторые недостатки:
1. Дендриты лития легко выделяются во время перезарядки, что приводит к короткому замыканию батареи и влияет на функцию безопасности литиевой батареи;
2. Легко формировать пленку SEI, что приводит к низкой начальной мощности заряда и разряда и большой необратимой емкости;
3. То есть напряжение платформы углеродных материалов низкое (близко к металлическому литию), и легко вызвать разложение электролита, что создаст угрозу безопасности.
4. В процессе введения и извлечения ионов лития объем сильно меняется, а стабильность цикла низкая.
По сравнению с углеродными материалами шпинель типа Li4Ti5012 имеет существенные преимущества:
1. Это материал с нулевой деформацией и хорошей циркуляцией;
2. Напряжение разряда стабильно, электролит не разлагается, что повышает безопасность литиевых батарей;
3. По сравнению с углеродными анодными материалами, титанат лития имеет высокий коэффициент диффузии ионов лития (2*10-8 см2/с) и может заряжаться и разряжаться с высокой скоростью.
4. Потенциал титаната лития выше, чем у чистого металлического лития, и генерировать литиевые дендриты непросто, что обеспечивает основу для обеспечения безопасности литиевых батарей.
схема обслуживания
Он состоит из двух полевых транзисторов и специального интегрированного блока обслуживания S-8232.Трубка контроля перезаряда FET2 и трубка контроля переразряда FET1 подключены последовательно к цепи, а напряжение батареи контролируется и контролируется ИС технического обслуживания.Когда напряжение аккумулятора возрастает до 4,2 В, трубка FET1 для поддержания перезаряда выключается, и зарядка прекращается.Во избежание неисправности во внешнюю цепь обычно добавляют конденсатор задержки.Когда аккумулятор находится в разряженном состоянии, напряжение аккумулятора падает до 2,55 В.
Время публикации: 30 марта 2023 г.