Bateria e litiumit është një lloj baterie që përdor metal litium ose aliazh litium si material elektrodë negative dhe përdor një zgjidhje elektrolite jo ujore.Bateria më e hershme e litiumit e paraqitur erdhi nga shpikësi i madh Edison.
Bateritë Litium - Bateritë Litium
bateri litiumi
Bateria e litiumit është një lloj baterie që përdor metal litium ose aliazh litium si material elektrodë negative dhe përdor një zgjidhje elektrolite jo ujore.Bateria më e hershme e litiumit e paraqitur erdhi nga shpikësi i madh Edison.
Për shkak se vetitë kimike të metalit të litiumit janë shumë aktive, përpunimi, ruajtja dhe aplikimi i metalit të litiumit kanë kërkesa shumë të larta mjedisore.Prandaj, bateritë e litiumit nuk janë përdorur për një kohë të gjatë.
Me zhvillimin e teknologjisë mikroelektronike në shekullin e njëzetë, pajisjet e miniaturës po rriten dita-ditës, gjë që shtron kërkesa të larta për furnizimin me energji elektrike.Bateritë e litiumit kanë hyrë më pas në një fazë praktike në shkallë të gjerë.
Për herë të parë u përdor në stimuluesit kardiak.Për shkak se shkalla e vetë-shkarkimit të baterive të litiumit është jashtëzakonisht e ulët, voltazhi i shkarkimit është i lartë.Bën të mundur implantimin e stimuluesit kardiak në trupin e njeriut për një kohë të gjatë.
Bateritë e litiumit në përgjithësi kanë një tension nominal më të lartë se 3.0 volt dhe janë më të përshtatshme për furnizimin me energji të qarkut të integruar.Bateritë e dioksidit të manganit përdoren gjerësisht në kompjuterë, kalkulatorë, kamera dhe orë.
Për të zhvilluar varietete me performancë më të mirë, janë studiuar materiale të ndryshme.Dhe pastaj bëni produkte si kurrë më parë.Për shembull, bateritë e litiumit të dioksidit të squfurit dhe bateritë e litium-thionil klorid janë shumë të dallueshme.Materiali i tyre aktiv pozitiv është gjithashtu një tretës për elektrolitin.Kjo strukturë është e pranishme vetëm në sistemet elektrokimike jo ujore.Prandaj, studimi i baterive të litiumit ka promovuar gjithashtu zhvillimin e teorisë elektrokimike të sistemeve jo ujore.Përveç përdorimit të tretësve të ndryshëm jo-ujorë, janë kryer edhe kërkime mbi bateritë me shtresë të hollë polimer.
Në 1992, Sony zhvilloi me sukses bateritë litium-jon.Zbatimi praktik i tij redukton në masë të madhe peshën dhe volumin e pajisjeve elektronike portative si telefonat celularë dhe kompjuterët notebook.Koha e përdorimit zgjatet shumë.Për shkak se bateritë litium-jon nuk përmbajnë krom të metaleve të rënda, krahasuar me bateritë nikel-krom, ndotja e mjedisit zvogëlohet shumë.
1. Bateri litium-jon
Bateritë litium-jon tani ndahen në dy kategori: bateri të lëngshme litium-jon (LIB) dhe bateri litium-jon polimer (PLB).Midis tyre, bateria e lëngshme e joneve të litiumit i referohet baterisë dytësore në të cilën përbërja e ndërthurjes Li + është elektroda pozitive dhe negative.Elektroda pozitive zgjedh përbërjen e litiumit LiCoO2 ose LiMn2O4, dhe elektroda negative zgjedh përbërjen ndërshtresore litium-karbon.Bateritë litium-jon janë një forcë shtytëse ideale për zhvillim në shekullin e 21-të për shkak të tensionit të lartë të funksionimit, madhësisë së vogël, peshës së lehtë, energjisë së lartë, pa efekt memorie, pa ndotje, vetë-shkarkimit të ulët dhe jetëgjatësisë së gjatë të ciklit.
2. Një histori e shkurtër e zhvillimit të baterive litium-jon
Bateritë e litiumit dhe bateritë e joneve të litiumit janë bateri të reja me energji të lartë të zhvilluara me sukses në shekullin e 20-të.Elektroda negative e kësaj baterie është litium metalik dhe elektroda pozitive është MnO2, SOCL2, (CFx)n etj. Është vënë në përdorim praktik në vitet 1970.Për shkak të energjisë së tij të lartë, tensionit të lartë të baterisë, gamës së gjerë të temperaturave të funksionimit dhe jetëgjatësisë së gjatë të ruajtjes, është përdorur gjerësisht në pajisjet e vogla elektrike ushtarake dhe civile, të tilla si telefonat celularë, kompjuterët portativë, kamerat video, kamerat, etj., pjesërisht. duke zëvendësuar bateritë tradicionale..
3. Perspektivat e zhvillimit të baterive litium-jon
Bateritë litium-jon janë përdorur gjerësisht në pajisjet portative si kompjuterët laptop, kamerat video dhe komunikimet celulare për shkak të avantazheve të tyre unike funksionale.Bateria litium-jon me kapacitet të madh të zhvilluar tani është testuar në automjetet elektrike dhe vlerësohet se do të bëhet një nga burimet kryesore të energjisë për automjetet elektrike në shekullin e 21-të dhe do të përdoret në satelitë, hapësirën ajrore dhe ruajtjen e energjisë. .
4. Funksioni themelor i baterisë
(1) Tensioni i qarkut të hapur të baterisë
(2) Rezistenca e brendshme e baterisë
(3) Tensioni i funksionimit të baterisë
(4) Tensioni i karikimit
Tensioni i karikimit i referohet tensionit të aplikuar në të dy skajet e baterisë nga furnizimi i jashtëm i energjisë kur bateria dytësore është duke u ngarkuar.Metodat bazë të karikimit përfshijnë ngarkimin me rrymë konstante dhe ngarkimin me tension konstant.Në përgjithësi, përdoret karikimi me rrymë konstante dhe karakteristikë e tij është se rryma e karikimit është e qëndrueshme gjatë procesit të karikimit.Ndërsa karikimi përparon, materiali aktiv rikuperohet, zona e reagimit të elektrodës zvogëlohet vazhdimisht dhe polarizimi i motorit rritet gradualisht.
(5) Kapaciteti i baterisë
Kapaciteti i baterisë i referohet sasisë së energjisë elektrike të marrë nga bateria, e cila zakonisht shprehet me C, dhe njësia zakonisht shprehet me Ah ose mAh.Kapaciteti është një qëllim i rëndësishëm i performancës elektrike të baterisë.Kapaciteti i baterisë zakonisht ndahet në kapacitet teorik, kapacitet praktik dhe kapacitet të vlerësuar.
Kapaciteti i baterisë përcaktohet nga kapaciteti i elektrodave.Nëse kapacitetet e elektrodave nuk janë të barabarta, kapaciteti i baterisë varet nga elektroda me kapacitet më të vogël, por nuk është aspak shuma e kapaciteteve të elektrodave pozitive dhe negative.
(6) Funksioni i ruajtjes dhe jetëgjatësia e baterisë
Një nga karakteristikat kryesore të burimeve kimike të energjisë është se ato mund të lëshojnë energji elektrike kur janë në përdorim dhe të ruajnë energjinë elektrike kur nuk janë në përdorim.I ashtuquajturi funksion i ruajtjes është aftësia për të ruajtur karikimin për baterinë dytësore.
Për sa i përket baterisë dytësore, jetëgjatësia e shërbimit është një parametër i rëndësishëm për të matur performancën e baterisë.Një bateri dytësore ngarkohet dhe shkarkohet një herë, e quajtur cikël (ose cikël).Sipas një kriteri të caktuar karikimi dhe shkarkimi, numri i kohërave të karikimit dhe shkarkimit që bateria mund të përballojë përpara se kapaciteti i baterisë të arrijë një vlerë të caktuar quhet cikli i funksionimit të baterisë dytësore.Bateritë litium-jon kanë performancë të shkëlqyer të ruajtjes dhe jetëgjatësi të gjatë të ciklit.
Bateritë e litiumit - Karakteristikat
A. Dendësia e lartë e energjisë
Pesha e baterisë litium-jon është sa gjysma e baterisë nikel-kadmium ose nikel-hidrogjen me të njëjtin kapacitet, dhe vëllimi është 40-50% e baterisë nikel-kadmium dhe 20-30% e baterisë nikel-hidrogjen .
B. Tensioni i lartë
Tensioni i funksionimit të një baterie të vetme litium-jon është 3.7 V (vlera mesatare), e cila është e barabartë me tre bateri nikel-kadmium ose hidride nikel-metal të lidhura në seri.
C. Nuk ka ndotje
Bateritë litium-jon nuk përmbajnë metale të dëmshme si kadmium, plumb dhe merkur.
D. Nuk përmban litium metalik
Bateritë litium-jon nuk përmbajnë litium metalik dhe për këtë arsye nuk i nënshtrohen rregulloreve të tilla si ndalimi i mbajtjes së baterive litium në avionët e pasagjerëve.
E. Jetëgjatësia e ciklit të lartë
Në kushte normale, bateritë litium-jon mund të kenë më shumë se 500 cikle ngarkimi-shkarkimi.
F. Nuk ka efekt kujtese
Efekti i kujtesës i referohet fenomenit që kapaciteti i baterisë nikel-kadmium zvogëlohet gjatë ciklit të karikimit dhe shkarkimit.Bateritë litium-jon nuk e kanë këtë efekt.
G. Karikimi i shpejtë
Përdorimi i një ngarkuesi me rrymë konstante dhe tension konstant me një tension të vlerësuar prej 4,2 V mund të ngarkojë plotësisht baterinë litium-jon në një deri në dy orë.
Bateria e litiumit - Parimi dhe Struktura e baterisë së Litiumit
1. Struktura dhe parimi i punës së baterisë jonike të litiumit: E ashtuquajtura bateri jonike e litiumit i referohet një baterie dytësore të përbërë nga dy përbërës që mund të ndërlidhin dhe deinterkalojnë në mënyrë të kthyeshme jonet e litiumit si elektroda pozitive dhe negative.Njerëzit e quajnë këtë bateri litium-jon me një mekanizëm unik, i cili mbështetet në transferimin e joneve të litiumit midis elektrodave pozitive dhe negative për të përfunduar funksionimin e ngarkimit dhe shkarkimit të baterisë, si një "bateri karrige lëkundëse", e njohur zakonisht si "bateri litium". .Merrni si shembull LiCoO2: (1) Kur bateria është e ngarkuar, jonet e litiumit deinterkalohen nga elektroda pozitive dhe ndërthuren në elektrodën negative, dhe anasjelltas kur shkarkohen.Kjo kërkon që një elektrodë të jetë në një gjendje të ndërthurjes së litiumit përpara montimit.Në përgjithësi, një oksid metali kalimtar i ndërthurjes së litiumit me një potencial më të madh se 3V në krahasim me litiumin dhe i qëndrueshëm në ajër zgjidhet si elektrodë pozitive, si LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Për materialet që janë elektroda negative, zgjidhni komponimet e litiumit të ndërlidhur, potenciali i të cilave është sa më afër potencialit të litiumit.Për shembull, materialet e ndryshme të karbonit përfshijnë grafit natyral, grafit sintetik, fibër karboni, karbon sferik mezofazë, etj. dhe oksidet e metaleve, duke përfshirë SnO, SnO2, oksidin e përbërë të kallajit SnBxPyOz (x=0.4-0.6, y=0.6-0.4, z= (2+3x+5y)/2) etj.
bateri litiumi
2. Bateria në përgjithësi përfshin: pozitiv, negativ, elektrolit, ndarës, plumb pozitiv, pllakë negative, terminal qendror, material izolues (izolues), valvul sigurie (siguresë), unazë vulosëse (gandafil), PTC (terminal pozitiv i kontrollit të temperaturës), kuti baterie.Në përgjithësi, njerëzit janë më të shqetësuar për elektrodën pozitive, elektrodën negative dhe elektrolitin.
bateri litiumi
Krahasimi i strukturës së baterisë litium-jon
Sipas materialeve të ndryshme të katodës, ndahet në litium hekuri, litium kobalt, litium mangan, etj.;
Nga klasifikimi i formës, përgjithësisht ndahet në cilindrik dhe katror, dhe jonet e litiumit polimer gjithashtu mund të bëhen në çdo formë;
Sipas materialeve të ndryshme të elektrolitit të përdorur në bateritë litium-jon, bateritë litium-jon mund të ndahen në dy kategori: bateri të lëngshme litium-jon (LIB) dhe bateri litium-jon në gjendje të ngurtë.PLIB) është një lloj baterie litium-jon në gjendje të ngurtë.
elektrolit
Mbledhësi aktual i barrierës së guaskës/pakove
Bateri e lëngshme litium-jon Fletë e lëngshme çelik inox, alumini 25μPE folie bakri dhe fletë alumini polimer litium-jon bateri koloidale polimer alumini/PP film i përbërë pa barrierë ose fletë bakri të vetme μPE dhe fletë alumini
Bateritë e litiumit - Funksioni i baterive me jon litium
1. Dendësia e lartë e energjisë
Krahasuar me bateritë NI/CD ose NI/MH me të njëjtin kapacitet, bateritë litium-jon janë më të lehta në peshë dhe energjia specifike e vëllimit të tyre është 1,5 deri në 2 herë më e madhe se e këtyre dy llojeve të baterive.
2. Tension i lartë
Bateritë litium-jon përdorin elektroda litiumi që përmbajnë elementë shumë elektronegativë për të arritur tensione terminale deri në 3.7 V, që është tre herë më i lartë se tensioni i baterive NI/CD ose NI/MH.
3. Jo ndotës, miqësor me mjedisin
4. Jetë e gjatë cikli
Jetëgjatësia tejkalon 500 herë
5. Kapacitet i lartë i ngarkesës
Bateritë litium-jon mund të shkarkohen vazhdimisht me një rrymë të madhe, në mënyrë që kjo bateri të mund të përdoret në pajisje me fuqi të lartë si kamerat dhe kompjuterët laptop.
6. Siguri e shkëlqyer
Për shkak të përdorimit të materialeve të shkëlqyera të anodës, problemi i rritjes së dendritit të litiumit gjatë karikimit të baterisë është tejkaluar, gjë që përmirëson shumë sigurinë e baterive litium-jon.Në të njëjtën kohë, zgjidhen pajisje speciale të rikuperueshme për të garantuar sigurinë e baterisë gjatë përdorimit.
Bateria litium - Metoda e karikimit të baterisë me jon litium
Metoda 1. Përpara se bateria litium-jon të largohet nga fabrika, prodhuesi ka kryer trajtimin e aktivizimit dhe para-karikimin, kështu që bateria litium-jon ka fuqi të mbetur, dhe bateria litium-jon ngarkohet sipas periudhës së rregullimit.Kjo periudhë rregullimi duhet të kryhet 3 deri në 5 herë plotësisht.Shkarkimi.
Metoda 2. Përpara karikimit, bateria litium-jon nuk ka nevojë të shkarkohet posaçërisht.Shkarkimi i gabuar do të dëmtojë baterinë.Gjatë karikimit, përpiquni të përdorni karikimin e ngadaltë dhe zvogëloni karikimin e shpejtë;koha nuk duhet të kalojë 24 orë.Vetëm pasi bateria të ketë kaluar tre deri në pesë cikle të plota ngarkimi dhe shkarkimi, kimikatet e saj të brendshme do të "aktivizohen" plotësisht për përdorim optimal.
Metoda 3. Ju lutemi përdorni karikuesin origjinal ose një karikues të markës me reputacion.Për bateritë e litiumit, përdorni një karikues special për bateritë e litiumit dhe ndiqni udhëzimet.Përndryshe, bateria do të dëmtohet apo edhe rrezikohet.
Metoda 4. Bateria e sapo blerë është jon litium, kështu që 3 deri në 5 herët e para të karikimit në përgjithësi quhen periudha e rregullimit dhe duhet të karikohet për më shumë se 14 orë për të siguruar që aktiviteti i joneve të litiumit është aktivizuar plotësisht.Bateritë litium-jon nuk kanë efekt memorie, por kanë inertitet të fortë.Ato duhet të aktivizohen plotësisht për të siguruar performancën më të mirë në aplikacionet e ardhshme.
Metoda 5. Bateria litium-jon duhet të përdorë një karikues special, përndryshe mund të mos arrijë gjendjen e ngopjes dhe të ndikojë në funksionin e saj.Pas karikimit, shmangni vendosjen e tij në karikues për më shumë se 12 orë dhe ndani baterinë nga produkti elektronik celular kur nuk përdoret për një kohë të gjatë.
Bateri litiumi - përdorni
Me zhvillimin e teknologjisë mikroelektronike në shekullin e njëzetë, pajisjet e miniaturës po rriten dita-ditës, gjë që shtron kërkesa të larta për furnizimin me energji elektrike.Bateritë e litiumit kanë hyrë më pas në një fazë praktike në shkallë të gjerë.
Për herë të parë u përdor në stimuluesit kardiak.Për shkak se shkalla e vetë-shkarkimit të baterive të litiumit është jashtëzakonisht e ulët, voltazhi i shkarkimit është i lartë.Bën të mundur implantimin e stimuluesit kardiak në trupin e njeriut për një kohë të gjatë.
Bateritë e litiumit në përgjithësi kanë një tension nominal më të lartë se 3.0 volt dhe janë më të përshtatshme për furnizimin me energji të qarkut të integruar.Bateritë e dioksidit të manganit përdoren gjerësisht në kompjuterë, kalkulatorë, kamera dhe orë.
Shembull aplikimi
1. Ka shumë paketa baterish si zëvendësim për riparimet e paketave të baterive: të tilla si ato që përdoren në kompjuterët notebook.Pas riparimit, konstatohet se kur kjo paketë baterie është e dëmtuar, vetëm bateritë individuale kanë probleme.Mund të zëvendësohet me një bateri të përshtatshme litiumi me një qelizë.
2. Bërja e një pishtari miniaturë me ndriçim të lartë Autori përdori dikur një bateri të vetme litium 3.6V1.6AH me një tub të bardhë që lëshon dritë super-shkëlqim për të bërë një pishtar miniaturë, i cili është i lehtë për t'u përdorur, kompakt dhe i bukur.Dhe për shkak të kapacitetit të madh të baterisë, ai mund të përdoret mesatarisht gjysmë ore çdo natë dhe është përdorur për më shumë se dy muaj pa u karikuar.
3. Furnizimi me energji alternative 3V
Sepse tensioni i baterisë së litiumit me një qelizë është 3.6 V.Prandaj, vetëm një bateri litiumi mund të zëvendësojë dy bateri të zakonshme për të furnizuar me energji pajisje të vogla shtëpiake si radio, walkman, kamera, etj., e cila jo vetëm është e lehtë në peshë, por edhe zgjat për një kohë të gjatë.
Materiali anode i baterisë litium-jon - titanat litium
Mund të kombinohet me manganat litium, materiale treshe ose fosfat litium hekuri dhe materiale të tjera pozitive për të formuar bateri dytësore me jon litium 2.4 V ose 1.9 V.Përveç kësaj, ajo mund të përdoret gjithashtu si një elektrodë pozitive për të formuar një bateri litium 1.5V me bateri sekondare të elektrodës negative të litiumit ose aliazhit të litiumit.
Për shkak të sigurisë së lartë, stabilitetit të lartë, jetëgjatësisë dhe karakteristikave të gjelbra të titanatit të litiumit.Mund të parashikohet që materiali titanat i litiumit do të bëhet materiali i elektrodës negative të një gjenerate të re të baterive me jon litium në 2-3 vjet dhe do të përdoret gjerësisht në automjetet e reja me fuqi, motoçikletat elektrike dhe ato që kërkojnë siguri të lartë, stabilitet të lartë dhe cikël të gjatë.fusha e aplikimit.Tensioni i funksionimit të baterisë së titanatit të litiumit është 2.4 V, voltazhi më i lartë është 3.0 V dhe rryma e karikimit është deri në 2C.
Përbërja e baterisë litium titanate
Elektroda pozitive: litium hekur fosfat, manganat litium ose material tresh, litium nikel manganat.
Elektroda negative: material litium titanat.
Barriera: Barriera aktuale e baterisë së litiumit me karbonin si elektrodë negative.
Elektroliti: Elektroliti i baterisë së litiumit me karbonin si elektrodë negative.
Kutia e baterisë: Kutia e baterisë litium me karbon si elektrodë negative.
Përparësitë e baterive litium titanat: zgjedhja e automjeteve elektrike për të zëvendësuar automjetet me karburant është zgjidhja më e mirë për të zgjidhur ndotjen e mjedisit urban.Midis tyre, bateritë e energjisë litium-jon kanë tërhequr vëmendjen e gjerë të studiuesve.Për të përmbushur kërkesat e automjeteve elektrike për bateritë e energjisë litium-jon në bord, kërkimi dhe zhvillimi Materialet negative me siguri të lartë, performancë të mirë të normës dhe jetëgjatësi janë pikat dhe vështirësitë e tij.
Elektrodat negative të baterive litium-jon komerciale përdorin kryesisht materiale karboni, por ka ende disa disavantazhe në aplikimin e baterive të litiumit që përdorin karbonin si elektrodë negative:
1. Dendritet e litiumit precipitohen lehtësisht gjatë mbingarkesës, duke rezultuar në një qark të shkurtër të baterisë dhe duke ndikuar në funksionin e sigurisë së baterisë së litiumit;
2. Formimi i filmit SEI është i lehtë, duke rezultuar në fuqi të ulët të ngarkimit dhe shkarkimit fillestar dhe kapacitet të madh të pakthyeshëm;
3. Dmth, tensioni i platformës së materialeve të karbonit është i ulët (afër litiumit metalik), dhe është e lehtë të shkaktohet dekompozimi i elektrolitit, i cili do të sjellë rreziqe sigurie.
4. Në procesin e futjes dhe nxjerrjes së joneve të litiumit, vëllimi ndryshon shumë dhe stabiliteti i ciklit është i dobët.
Krahasuar me materialet e karbonit, Li4Ti5012 i tipit spinel ka avantazhe të rëndësishme:
1. Është material me sforcim zero dhe ka performancë të mirë qarkullimi;
2. Tensioni i shkarkimit është i qëndrueshëm dhe elektroliti nuk do të dekompozohet, duke përmirësuar performancën e sigurisë së baterive të litiumit;
3. Krahasuar me materialet e anodës së karbonit, titanati i litiumit ka një koeficient të lartë të difuzionit të joneve të litiumit (2*10-8cm2/s), dhe mund të ngarkohet dhe shkarkohet me një ritëm të lartë.
4. Potenciali i titanatit të litiumit është më i lartë se ai i litiumit të pastër metalik dhe nuk është e lehtë të gjenerohen dendritet e litiumit, gjë që ofron një bazë për të garantuar sigurinë e baterive të litiumit.
qarku i mirëmbajtjes
Ai përbëhet nga dy transistorë me efekt në terren dhe një bllok i integruar i dedikuar për mirëmbajtje S-8232.Tubi i kontrollit të mbingarkesës FET2 dhe tubi i kontrollit të shkarkimit të tepërt FET1 lidhen në seri me qarkun, dhe tensioni i baterisë monitorohet dhe kontrollohet nga IC-ja e mirëmbajtjes.Kur tensioni i baterisë rritet në 4,2 V, tubi i mirëmbajtjes së mbingarkesës FET1 fiket dhe karikimi përfundon.Për të shmangur mosfunksionimin, një kondensator i vonesës zakonisht shtohet në qarkun e jashtëm.Kur bateria është në gjendje të shkarkuar, voltazhi i baterisë bie në 2.55.
Koha e postimit: Mar-30-2023