Betri ya lithiamu ina chaji ya betri ya Lithium

Betri ya lithiamu ni aina ya betri inayotumia chuma cha lithiamu au aloi ya lithiamu kama nyenzo hasi ya elektrodi na hutumia myeyusho wa elektroliti usio na maji.Betri ya kwanza ya lithiamu iliyowasilishwa ilitoka kwa mvumbuzi mkubwa Edison.

Betri za Lithium - Betri za Lithium

betri ya lithiamu
Betri ya lithiamu ni aina ya betri inayotumia chuma cha lithiamu au aloi ya lithiamu kama nyenzo hasi ya elektrodi na hutumia myeyusho wa elektroliti usio na maji.Betri ya kwanza ya lithiamu iliyowasilishwa ilitoka kwa mvumbuzi mkubwa Edison.

Kwa sababu mali ya kemikali ya chuma cha lithiamu ni kazi sana, usindikaji, uhifadhi na utumiaji wa chuma cha lithiamu una mahitaji ya juu sana ya mazingira.Kwa hiyo, betri za lithiamu hazijatumiwa kwa muda mrefu.

Pamoja na maendeleo ya teknolojia ya microelectronics katika karne ya ishirini, vifaa vya miniaturized vinaongezeka siku baada ya siku, ambayo inaweka mahitaji ya juu ya usambazaji wa nguvu.Betri za lithiamu zimeingia katika hatua kubwa ya vitendo.

Ilitumiwa kwanza katika pacemakers ya moyo.Kwa sababu kiwango cha kutokwa kwa betri za lithiamu ni cha chini sana, voltage ya kutokwa ni mwinuko.Inafanya uwezekano wa kupandikiza pacemaker ndani ya mwili wa binadamu kwa muda mrefu.

Betri za lithiamu kwa ujumla zina voltage ya kawaida zaidi ya volti 3.0 na zinafaa zaidi kwa usambazaji wa umeme wa mzunguko uliojumuishwa.Betri za manganese dioksidi hutumiwa sana katika kompyuta, vikokotoo, kamera, na saa.

Ili kukuza aina zenye utendaji bora, nyenzo mbalimbali zimesomwa.Na kisha tengeneza bidhaa kama hapo awali.Kwa mfano, betri za lithiamu sulfuri dioksidi na betri za lithiamu thionyl kloridi ni tofauti sana.Nyenzo zao nzuri za kazi pia ni kutengenezea kwa electrolyte.Muundo huu unapatikana tu katika mifumo isiyo ya maji ya electrochemical.Kwa hiyo, utafiti wa betri za lithiamu pia umekuza maendeleo ya nadharia ya electrochemical ya mifumo isiyo ya maji.Mbali na matumizi ya vimumunyisho mbalimbali visivyo na maji, utafiti juu ya betri za polymer nyembamba-filamu pia imefanywa.

Mnamo 1992, Sony ilifanikiwa kutengeneza betri za lithiamu-ioni.Utumiaji wake wa vitendo hupunguza sana uzito na ujazo wa vifaa vya kielektroniki vinavyobebeka kama vile simu za rununu na kompyuta za daftari.Muda wa matumizi umeongezwa sana.Kwa sababu betri za lithiamu-ion hazina chromium ya metali nzito, ikilinganishwa na betri za nikeli-chromium, uchafuzi wa mazingira umepungua sana.

1. Betri ya lithiamu-ion
Betri za lithiamu-ioni sasa zimegawanywa katika makundi mawili: betri za lithiamu-ioni za kioevu (LIBs) na betri za lithiamu-ioni za polima (PLBs).Miongoni mwao, betri ya lithiamu ion ya kioevu inahusu betri ya pili ambayo kiwanja cha kuingiliana cha Li + ni electrodes chanya na hasi.Electrode chanya huchagua kiwanja cha lithiamu LiCoO2 au LiMn2O4, na electrode hasi huchagua kiwanja cha interlayer cha lithiamu-kaboni.Betri za Lithium-ion ni kichocheo bora cha maendeleo katika karne ya 21 kwa sababu ya volteji ya juu ya uendeshaji, saizi ndogo, uzani mwepesi, nishati ya juu, hakuna athari ya kumbukumbu, hakuna uchafuzi wa mazingira, kutokwa na maji kidogo na maisha marefu ya mzunguko.

2. Historia fupi ya maendeleo ya betri ya lithiamu-ioni
Betri za lithiamu na ioni za lithiamu ni betri mpya zenye nishati ya juu zilizotengenezwa kwa mafanikio katika karne ya 20.Electrode hasi ya betri hii ni lithiamu ya chuma, na elektrodi chanya ni MnO2, SOCL2, (CFx)n, nk. Iliwekwa katika matumizi ya vitendo katika miaka ya 1970.Kwa sababu ya nishati yake ya juu, voltage ya juu ya betri, anuwai ya halijoto ya kufanya kazi, na muda mrefu wa kuhifadhi, imekuwa ikitumika sana katika vifaa vidogo vya kijeshi na vya kiraia, kama vile simu za rununu, kompyuta zinazobebeka, kamera za video, kamera, n.k., kwa kiasi. kubadilisha betri za jadi..

3. Matarajio ya maendeleo ya betri za lithiamu-ioni
Betri za Lithium-ion zimetumika sana katika vifaa vinavyobebeka kama vile kompyuta za mkononi, kamera za video, na mawasiliano ya simu kwa sababu ya manufaa yao ya kipekee ya utendakazi.Betri yenye uwezo mkubwa wa lithiamu-ioni iliyotengenezwa sasa imejaribiwa katika magari ya umeme, na inakadiriwa kuwa itakuwa moja ya vyanzo vya msingi vya nguvu za magari ya umeme katika karne ya 21, na itatumika katika satelaiti, anga na hifadhi ya nishati. .

4. Kazi ya msingi ya betri
(1) Voltage ya wazi ya mzunguko wa betri
(2) Upinzani wa ndani wa betri
(3) Voltage ya uendeshaji ya betri

(4) Kuchaji voltage
Voltage ya kuchaji inarejelea voltage inayotumika kwenye ncha zote mbili za betri na usambazaji wa nguvu wa nje wakati betri ya pili inachajiwa.Njia za msingi za malipo ni pamoja na malipo ya sasa ya mara kwa mara na malipo ya voltage mara kwa mara.Kwa ujumla, malipo ya sasa ya mara kwa mara hutumiwa, na tabia yake ni kwamba sasa ya malipo ni imara wakati wa mchakato wa malipo.Wakati malipo yanapoendelea, nyenzo zinazofanya kazi hurejeshwa, eneo la mmenyuko wa electrode hupunguzwa mara kwa mara, na polarization ya motor huongezeka kwa hatua.

(5) Uwezo wa betri
Uwezo wa betri unarejelea kiasi cha umeme kilichopatikana kutoka kwa betri, ambayo kawaida huonyeshwa na C, na kitengo kawaida huonyeshwa na Ah au mAh.Uwezo ni lengo muhimu la utendaji wa umeme wa betri.Uwezo wa betri kawaida hugawanywa katika uwezo wa kinadharia, uwezo wa vitendo na uwezo uliokadiriwa.

Uwezo wa betri imedhamiriwa na uwezo wa electrodes.Ikiwa uwezo wa electrodes si sawa, uwezo wa betri hutegemea electrode na uwezo mdogo, lakini sio maana ya jumla ya uwezo wa electrodes chanya na hasi.

(6) Kitendaji cha uhifadhi na maisha ya betri
Moja ya vipengele vya msingi vya vyanzo vya nguvu za kemikali ni kwamba vinaweza kutoa nishati ya umeme inapotumika na kuhifadhi nishati ya umeme wakati haitumiki.Kinachojulikana kazi ya kuhifadhi ni uwezo wa kudumisha malipo kwa betri ya pili.

Kuhusu betri ya pili, maisha ya huduma ni kigezo muhimu cha kupima utendaji wa betri.Betri ya pili inachajiwa na kutolewa mara moja, inayoitwa mzunguko (au mzunguko).Chini ya kigezo fulani cha kuchaji na kutoa chaji, idadi ya nyakati za kuchaji na kutokeza ambazo betri inaweza kuhimili kabla ya uwezo wa betri kufikia thamani fulani huitwa mzunguko wa uendeshaji wa betri ya pili.Betri za lithiamu-ion zina utendaji bora wa uhifadhi na maisha ya mzunguko mrefu.

Betri za Lithium - Vipengele
A. Msongamano mkubwa wa nishati
Uzito wa betri ya lithiamu-ion ni nusu ya betri ya nickel-cadmium au nikeli-hidrojeni ya uwezo sawa, na kiasi ni 40-50% ya nickel-cadmium na 20-30% ya betri ya nickel-hidrojeni. .

B. High Voltage
Voltage ya uendeshaji ya betri moja ya lithiamu-ioni ni 3.7V (thamani ya wastani), ambayo ni sawa na betri tatu za nikeli-cadmium au nikeli-chuma za hidridi zilizounganishwa kwa mfululizo.

C. Hakuna uchafuzi wa mazingira
Betri za lithiamu-ion hazina metali hatari kama vile cadmium, risasi na zebaki.

D. Haina lithiamu ya metali
Betri za lithiamu-ioni hazina lithiamu ya metali na kwa hivyo haziko chini ya kanuni kama vile kupiga marufuku kubeba betri za lithiamu kwenye ndege ya abiria.

E. Maisha ya mzunguko wa juu
Katika hali ya kawaida, betri za lithiamu-ioni zinaweza kuwa na mizunguko zaidi ya 500 ya kutokwa kwa malipo.

F. Hakuna athari ya kumbukumbu
Athari ya kumbukumbu inarejelea jambo ambalo uwezo wa betri ya nikeli-cadmium hupunguzwa wakati wa mzunguko wa kuchaji na kutoa.Betri za lithiamu-ion hazina athari hii.

G. Inachaji haraka
Kutumia chaja ya sasa na ya mara kwa mara ya voltage yenye voltage iliyokadiriwa ya 4.2V inaweza kuchaji kikamilifu betri ya lithiamu-ion katika saa moja hadi mbili.

Betri ya Lithium – Kanuni na Muundo wa Betri ya Lithium
1. Muundo na kanuni ya kufanya kazi ya betri ya ioni ya lithiamu: Betri inayoitwa ioni ya lithiamu inarejelea betri ya pili inayojumuisha misombo miwili inayoweza kubadilikana na kutenganisha ioni za lithiamu kama elektrodi chanya na hasi.Watu huita betri hii ya lithiamu-ioni kwa utaratibu wa kipekee, ambao hutegemea uhamishaji wa ioni za lithiamu kati ya elektrodi chanya na hasi ili kukamilisha malipo ya betri na operesheni ya kuitoa, kama "betri ya kiti cha kutikisa", inayojulikana kama "betri ya lithiamu" .Chukua LiCoO2 kama mfano: (1) Betri inapochajiwa, ayoni za lithiamu hutenganishwa kutoka kwa elektrodi chanya na kuunganishwa katika elektrodi hasi, na kinyume chake inapochaji.Hii inahitaji elektrodi kuwa katika hali ya mwingiliano wa lithiamu kabla ya kukusanyika.Kwa ujumla, oksidi ya mpito ya mpito ya lithiamu yenye uwezo mkubwa kuliko 3V inayohusiana na lithiamu na thabiti hewani huchaguliwa kama elektrodi chanya, kama vile LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Kwa nyenzo ambazo ni elektrodi hasi, chagua misombo ya lithiamu inayoweza kuingiliana ambayo uwezo wake uko karibu na uwezo wa lithiamu iwezekanavyo.Kwa mfano, nyenzo mbalimbali za kaboni ni pamoja na grafiti asilia, grafiti ya sintetiki, nyuzinyuzi za kaboni, kaboni duara ya mesophase, n.k. na oksidi za chuma, ikiwa ni pamoja na SnO, SnO2, Tin Composite oxide SnBxPyOz (x=0.4～0.6, y=0.6-0.4, z= (2+3x+5y)/2) nk.

betri ya lithiamu
2. Betri kwa ujumla inajumuisha: chanya, hasi, elektroliti, kitenganishi, risasi chanya, sahani hasi, terminal ya kati, nyenzo za kuhami joto (kihami), vali ya usalama ( usalama), pete ya kuziba (gasket), PTC (terminal chanya ya kudhibiti joto), kesi ya betri.Kwa ujumla, watu wanajali zaidi elektrodi chanya, elektrodi hasi, na elektroliti.

betri ya lithiamu
Ulinganisho wa muundo wa betri ya lithiamu-ion
Kulingana na vifaa vya cathode tofauti, imegawanywa katika lithiamu ya chuma, lithiamu ya cobalt, lithiamu ya manganese, nk;
Kutoka kwa uainishaji wa sura, kwa ujumla imegawanywa katika cylindrical na mraba, na ioni za lithiamu za polymer pia zinaweza kufanywa kwa sura yoyote;
Kulingana na nyenzo tofauti za elektroliti zinazotumika katika betri za lithiamu-ioni, betri za lithiamu-ioni zinaweza kugawanywa katika vikundi viwili: betri za lithiamu-ioni kioevu (LIB) na betri za hali dhabiti za lithiamu-ioni.PLIB) ni aina ya betri ya lithiamu-ioni ya hali dhabiti.

elektroliti
Shell/Furushi Kizuizi cha Kikusanyaji cha Sasa
Betri kioevu ya lithiamu-ioni Chuma kioevu cha pua, karatasi ya shaba ya alumini 25μPE na karatasi ya alumini ya polima ya lithiamu-ioni betri ya polymer ya colloidal aluminiamu/PP filamu ya kiunganishi bila kizuizi au karatasi moja ya shaba ya μPE na karatasi ya alumini.

Betri za Lithium - Kazi ya Betri za Lithium Ion

1. Uzito mkubwa wa nishati
Ikilinganishwa na betri za NI/CD au NI/MH za uwezo sawa, betri za lithiamu-ioni zina uzani mwepesi, na nishati yao mahususi ya ujazo ni mara 1.5 hadi 2 kuliko ya aina hizi mbili za betri.

2. Voltage ya juu
Betri za lithiamu-ioni hutumia elektrodi za lithiamu zenye kipengele cha elektroni ili kufikia viwango vya mwisho vya voltage hadi 3.7V, ambayo ni mara tatu ya volti ya betri za NI/CD au NI/MH.

3. Isiyo na uchafuzi wa mazingira, rafiki wa mazingira

4. Maisha ya mzunguko mrefu
Muda wa maisha unazidi mara 500

5. Uwezo mkubwa wa mzigo
Betri za lithiamu-ioni zinaweza kuendelea kutolewa kwa mkondo mkubwa, ili betri hii iweze kutumika katika vifaa vya nguvu ya juu kama vile kamera na kompyuta za mkononi.

6. Usalama bora
Kwa sababu ya matumizi ya vifaa bora vya anode, tatizo la ukuaji wa lithiamu dendrite wakati wa malipo ya betri hushindwa, ambayo inaboresha sana usalama wa betri za lithiamu-ioni.Wakati huo huo, vifaa maalum vinavyoweza kurejesha huchaguliwa ili kuhakikisha usalama wa betri wakati wa matumizi.

Betri ya lithiamu - Njia ya kuchaji betri ya lithiamu ion
Njia ya 1. Kabla ya betri ya lithiamu-ioni kuondoka kiwanda, mtengenezaji amefanya matibabu ya uanzishaji na kushtakiwa kabla, hivyo betri ya lithiamu-ioni ina nguvu ya mabaki, na betri ya lithiamu-ion inashtakiwa kulingana na kipindi cha marekebisho.Kipindi hiki cha marekebisho kinahitajika kufanywa mara 3 hadi 5 kabisa.Utekelezaji.
Njia ya 2. Kabla ya malipo, betri ya lithiamu-ioni haihitaji kutolewa maalum.Utoaji usiofaa utaharibu betri.Wakati wa kuchaji, jaribu kutumia malipo ya polepole na kupunguza malipo ya haraka;muda haupaswi kuzidi masaa 24.Tu baada ya betri kufanyiwa malipo ya tatu hadi tano kamili na mizunguko ya kutokwa kemikali zake za ndani "zitaamilishwa" kikamilifu kwa matumizi bora.
Njia ya 3. Tafadhali tumia chaja asili au chaja ya chapa inayotambulika.Kwa betri za lithiamu, tumia chaja maalum kwa betri za lithiamu na ufuate maagizo.Vinginevyo, betri itaharibiwa au hata hatari.
Njia ya 4. Betri mpya iliyonunuliwa ni ioni ya lithiamu, hivyo mara 3 hadi 5 za kwanza za malipo kwa ujumla huitwa kipindi cha marekebisho, na inapaswa kushtakiwa kwa zaidi ya saa 14 ili kuhakikisha kuwa shughuli ya ioni za lithiamu imeamilishwa kikamilifu.Betri za lithiamu-ion hazina athari ya kumbukumbu, lakini zina ajizi kali.Zinapaswa kuwashwa kikamilifu ili kuhakikisha utendakazi bora katika programu za baadaye.
Njia ya 5. Betri ya lithiamu-ioni lazima itumie chaja maalum, vinginevyo haiwezi kufikia hali ya kueneza na kuathiri kazi yake.Baada ya kuchaji, epuka kuiweka kwenye chaja kwa zaidi ya saa 12, na utenganishe betri kutoka kwa bidhaa ya kielektroniki ya rununu wakati haijatumika kwa muda mrefu.

Betri ya lithiamu - tumia
Pamoja na maendeleo ya teknolojia ya microelectronics katika karne ya ishirini, vifaa vya miniaturized vinaongezeka siku baada ya siku, ambayo inaweka mahitaji ya juu ya usambazaji wa nguvu.Betri za lithiamu zimeingia katika hatua kubwa ya vitendo.
Ilitumiwa kwanza katika pacemakers ya moyo.Kwa sababu kiwango cha kutokwa kwa betri za lithiamu ni cha chini sana, voltage ya kutokwa ni mwinuko.Inafanya uwezekano wa kupandikiza pacemaker ndani ya mwili wa binadamu kwa muda mrefu.
Betri za lithiamu kwa ujumla zina voltage ya kawaida zaidi ya volti 3.0 na zinafaa zaidi kwa usambazaji wa umeme wa mzunguko uliojumuishwa.Betri za manganese dioksidi hutumiwa sana katika kompyuta, vikokotoo, kamera, na saa.

Mfano wa maombi
1. Kuna vifurushi vingi vya betri badala ya urekebishaji wa pakiti ya betri: kama vile vinavyotumika kwenye kompyuta za daftari.Baada ya kutengeneza, hupatikana kwamba wakati pakiti hii ya betri imeharibiwa, betri za kibinafsi tu zina matatizo.Inaweza kubadilishwa na betri ya lithiamu ya seli moja inayofaa.
2. Kutengeneza tochi ndogo yenye mwangaza wa hali ya juu Mwandishi aliwahi kutumia betri moja ya lithiamu ya 3.6V1.6AH yenye mrija mweupe unaotoa mwanga mwingi sana ili kutengeneza tochi ndogo, ambayo ni rahisi kutumia, iliyobana na nzuri.Na kwa sababu ya uwezo mkubwa wa betri, inaweza kutumika kwa nusu saa kila usiku kwa wastani, na imetumika kwa zaidi ya miezi miwili bila malipo.
3. Ugavi wa umeme wa 3V mbadala

Kwa sababu voltage ya betri ya lithiamu ya seli moja ni 3.6V.Kwa hivyo, betri moja tu ya lithiamu inaweza kuchukua nafasi ya betri mbili za kawaida ili kusambaza nguvu kwa vifaa vidogo vya nyumbani kama vile redio, walkmans, kamera, nk, ambayo sio tu uzito wa mwanga, lakini pia hudumu kwa muda mrefu.

Nyenzo ya anode ya betri ya lithiamu-ioni - titanate ya lithiamu

Inaweza kuunganishwa na manganeti ya lithiamu, nyenzo za ternary au fosfati ya chuma ya lithiamu na nyenzo nyingine chanya kuunda betri za upili za ioni za 2.4V au 1.9V.Kwa kuongezea, inaweza pia kutumika kama elektrodi chanya kuunda betri ya lithiamu ya 1.5V yenye lithiamu ya chuma au betri ya pili ya aloi ya lithiamu.

Kwa sababu ya usalama wa juu, utulivu wa juu, maisha marefu na sifa za kijani za titanate ya lithiamu.Inaweza kutabiriwa kuwa nyenzo za lithiamu titanate zitakuwa nyenzo hasi ya elektrodi ya kizazi kipya cha betri za ioni za lithiamu katika miaka 2-3 na itatumika sana katika magari mapya ya nguvu, pikipiki za umeme na zile zinazohitaji usalama wa juu, utulivu wa juu na mzunguko mrefu.uwanja wa maombi.Voltage ya uendeshaji ya betri ya lithiamu titanate ni 2.4V, voltage ya juu ni 3.0V, na sasa ya malipo ni hadi 2C.

Muundo wa betri ya lithiamu titanate
Elektrodi chanya: phosphate ya chuma ya lithiamu, manganeti ya lithiamu au nyenzo za ternary, manganeti ya nikeli ya lithiamu.
Electrode hasi: nyenzo za titanate za lithiamu.
Kizuizi: Kizuizi cha sasa cha betri ya lithiamu chenye kaboni kama elektrodi hasi.
Electroliti: Elektroliti ya betri ya lithiamu na kaboni kama elektrodi hasi.
Kipochi cha betri: Kipochi cha betri ya lithiamu na kaboni kama elektrodi hasi.

Faida za betri za lithiamu titanate: kuchagua magari ya umeme kuchukua nafasi ya magari ya mafuta ni chaguo bora zaidi kutatua uchafuzi wa mazingira wa mijini.Miongoni mwao, betri za nguvu za lithiamu-ion zimevutia umakini wa watafiti.Ili kukidhi mahitaji ya magari ya umeme kwa betri za nguvu za lithiamu-ioni kwenye ubao, utafiti na ukuzaji Nyenzo hasi zilizo na usalama wa juu, utendaji mzuri wa kiwango na maisha marefu ndio sehemu zake za moto na shida.

Elektrodi hasi za betri ya lithiamu-ioni ya kibiashara hutumia nyenzo za kaboni, lakini bado kuna ubaya fulani katika utumiaji wa betri za lithiamu kwa kutumia kaboni kama elektrodi hasi:
1. Lithium dendrites hupigwa kwa urahisi wakati wa malipo ya ziada, na kusababisha mzunguko mfupi wa betri na kuathiri kazi ya usalama ya betri ya lithiamu;
2. Ni rahisi kuunda filamu ya SEI, na kusababisha malipo ya chini ya awali na nguvu ya kutokwa na uwezo mkubwa usioweza kurekebishwa;
3. Hiyo ni, voltage ya jukwaa la vifaa vya kaboni ni ya chini (karibu na lithiamu ya chuma), na ni rahisi kusababisha mtengano wa electrolyte, ambayo italeta hatari za usalama.
4. Katika mchakato wa uingizaji wa lithiamu ion na uchimbaji, kiasi kinabadilika sana, na utulivu wa mzunguko ni duni.

Ikilinganishwa na vifaa vya kaboni, aina ya spinel Li4Ti5012 ina faida kubwa:
1. Ni nyenzo ya sifuri na ina utendaji mzuri wa mzunguko;
2. Voltage ya kutokwa ni imara, na electrolyte haiwezi kuharibika, kuboresha utendaji wa usalama wa betri za lithiamu;
3. Ikilinganishwa na nyenzo za anode ya kaboni, titanate ya lithiamu ina mgawo wa juu wa uenezi wa ioni ya lithiamu (2 * 10-8cm2 / s), na inaweza kushtakiwa na kutolewa kwa kiwango cha juu.
4. Uwezo wa titanate ya lithiamu ni kubwa zaidi kuliko ile ya lithiamu ya chuma safi, na si rahisi kuzalisha dendrites ya lithiamu, ambayo hutoa msingi wa kuhakikisha usalama wa betri za lithiamu.

mzunguko wa matengenezo
Inajumuisha transistors mbili za athari za shamba na kizuizi maalum cha matengenezo S-8232.Bomba la kudhibiti chaji kupita kiasi FET2 na bomba la kudhibiti kutokwa kwa maji kupita kiasi FET1 zimeunganishwa kwa mfululizo kwenye saketi, na voltage ya betri inafuatiliwa na kudhibitiwa na IC ya matengenezo.Wakati voltage ya betri inapoongezeka hadi 4.2V, bomba la matengenezo ya malipo ya ziada FET1 huzimwa, na malipo yamekatishwa.Ili kuzuia malfunction, capacitor ya kuchelewa huongezwa kwa mzunguko wa nje.Wakati betri iko katika hali ya kuruhusiwa, voltage ya betri inashuka hadi 2.55.