Tính năng của pin lithium Sạc pin lithium

Pin lithium là loại pin sử dụng kim loại lithium hoặc hợp kim lithium làm vật liệu điện cực âm và sử dụng dung dịch điện phân không chứa nước.Pin lithium được giới thiệu sớm nhất đến từ nhà phát minh vĩ đại Edison.

Pin Lithium – Pin Lithium

pin lithium
Pin lithium là loại pin sử dụng kim loại lithium hoặc hợp kim lithium làm vật liệu điện cực âm và sử dụng dung dịch điện phân không chứa nước.Pin lithium được giới thiệu sớm nhất đến từ nhà phát minh vĩ đại Edison.

Do tính chất hóa học của kim loại lithium rất tích cực nên việc xử lý, lưu trữ và ứng dụng kim loại lithium có yêu cầu rất cao về môi trường.Vì vậy, pin lithium đã không được sử dụng từ lâu.

Với sự phát triển của công nghệ vi điện tử trong thế kỷ XX, các thiết bị thu nhỏ ngày càng gia tăng, đặt ra yêu cầu cao về nguồn điện.Pin lithium sau đó đã bước vào giai đoạn thực tế quy mô lớn.

Nó lần đầu tiên được sử dụng trong máy tạo nhịp tim.Do tốc độ tự xả của pin lithium cực kỳ thấp nên điện áp phóng điện rất cao.Nó giúp cho việc cấy ghép máy tạo nhịp tim vào cơ thể con người trong thời gian dài có thể thực hiện được.

Pin lithium thường có điện áp danh định cao hơn 3,0 volt và phù hợp hơn với nguồn điện mạch tích hợp.Pin mangan dioxide được sử dụng rộng rãi trong máy tính, máy tính, máy ảnh và đồng hồ.

Để phát triển các giống có năng suất tốt hơn, nhiều loại vật liệu khác nhau đã được nghiên cứu.Và sau đó tạo ra những sản phẩm chưa từng có trước đây.Ví dụ, pin lithium sulfur dioxide và pin lithium thionyl clorua rất đặc biệt.Chất hoạt tính dương của chúng cũng là dung môi cho chất điện phân.Cấu trúc này chỉ hiện diện trong các hệ thống điện hóa không chứa nước.Do đó, việc nghiên cứu pin lithium cũng đã thúc đẩy sự phát triển lý thuyết điện hóa của hệ thống không chứa nước.Ngoài việc sử dụng các dung môi không chứa nước khác nhau, nghiên cứu về pin màng mỏng polymer cũng đã được thực hiện.

Năm 1992, Sony phát triển thành công pin lithium-ion.Ứng dụng thực tế của nó giúp giảm đáng kể trọng lượng và khối lượng của các thiết bị điện tử cầm tay như điện thoại di động và máy tính xách tay.Thời gian sử dụng được kéo dài rất nhiều.Do pin lithium-ion không chứa crom kim loại nặng nên so với pin niken-crom, tình trạng ô nhiễm môi trường giảm đi rất nhiều.

1. Pin lithium-ion
Pin lithium-ion hiện được chia thành hai loại: pin lithium-ion lỏng (LIB) và pin lithium-ion polymer (PLB).Trong số đó, pin lithium ion lỏng dùng để chỉ pin thứ cấp trong đó hợp chất xen kẽ Li + là điện cực dương và âm.Điện cực dương chọn hợp chất lithium LiCoO2 hoặc LiMn2O4, và điện cực âm chọn hợp chất xen kẽ lithium-carbon.Pin lithium-ion là động lực phát triển lý tưởng trong thế kỷ 21 vì điện áp hoạt động cao, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, năng lượng cao, không hiệu ứng bộ nhớ, không gây ô nhiễm, khả năng tự phóng điện thấp và tuổi thọ dài.

2. Sơ lược lịch sử phát triển pin lithium-ion
Pin lithium và pin lithium ion là loại pin năng lượng cao mới được phát triển thành công trong thế kỷ 20.Điện cực âm của loại pin này là lithium kim loại, còn điện cực dương là MnO2, SOCL2, (CFx)n, v.v. Nó được đưa vào sử dụng thực tế vào những năm 1970.Do năng lượng cao, điện áp pin cao, phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng và thời gian bảo quản lâu nên nó đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện nhỏ quân sự và dân dụng, như điện thoại di động, máy tính xách tay, máy quay video, máy ảnh, v.v. thay thế pin truyền thống..

3. Triển vọng phát triển của pin lithium-ion
Pin lithium-ion đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di động như máy tính xách tay, máy quay video và thông tin liên lạc di động do những ưu điểm chức năng độc đáo của chúng.Pin lithium-ion dung lượng lớn được phát triển hiện đã được thử nghiệm trên xe điện và ước tính nó sẽ trở thành một trong những nguồn năng lượng chính cho xe điện trong thế kỷ 21 và sẽ được sử dụng trong vệ tinh, hàng không vũ trụ và lưu trữ năng lượng. .

4. Chức năng cơ bản của pin
(1) Điện áp mạch hở của pin
(2) Điện trở trong của pin
(3) Điện áp hoạt động của pin

(4) Điện áp sạc
Điện áp sạc là điện áp được cung cấp cho cả hai đầu của pin bằng nguồn điện bên ngoài khi pin thứ cấp đang được sạc.Các phương pháp sạc cơ bản bao gồm sạc dòng điện không đổi và sạc điện áp không đổi.Nói chung, sạc dòng không đổi được sử dụng và đặc điểm của nó là dòng sạc ổn định trong quá trình sạc.Khi quá trình sạc diễn ra, vật liệu hoạt động được thu hồi, diện tích phản ứng điện cực liên tục giảm và độ phân cực của động cơ tăng dần.

(5) Dung lượng pin
Dung lượng pin là lượng điện thu được từ pin, thường được biểu thị bằng C và đơn vị thường được biểu thị bằng Ah hoặc mAh.Công suất là một mục tiêu quan trọng của hiệu suất điện của pin.Dung lượng của pin thường được chia thành dung lượng lý thuyết, dung lượng thực tế và dung lượng định mức.

Dung lượng pin được xác định bởi dung lượng của các điện cực.Nếu điện dung của các điện cực không bằng nhau thì dung lượng của pin phụ thuộc vào điện cực có điện dung nhỏ hơn nhưng không phải là tổng điện dung của điện cực dương và điện cực âm.

(6) Chức năng lưu trữ và tuổi thọ của pin
Một trong những đặc điểm chính của nguồn năng lượng hóa học là chúng có thể giải phóng năng lượng điện khi sử dụng và lưu trữ năng lượng điện khi không sử dụng.Cái gọi là chức năng lưu trữ là khả năng duy trì sạc cho pin phụ.

Về pin phụ, tuổi thọ là thông số quan trọng để đo hiệu suất của pin.Pin thứ cấp được sạc và xả một lần, gọi là chu kỳ (hoặc chu kỳ).Theo một tiêu chí sạc và xả nhất định, số lần sạc và xả mà pin có thể chịu được trước khi dung lượng pin đạt đến một giá trị nhất định được gọi là chu kỳ hoạt động của pin thứ cấp.Pin lithium-ion có hiệu suất lưu trữ tuyệt vời và tuổi thọ dài.

Pin Lithium - Tính năng
A. Mật độ năng lượng cao
Trọng lượng của pin lithium-ion bằng một nửa so với pin niken-cadmium hoặc niken-hydro có cùng dung lượng và thể tích bằng 40-50% niken-cadmium và 20-30% pin niken-hydro .

B. Điện áp cao
Điện áp hoạt động của một pin lithium-ion đơn là 3,7V (giá trị trung bình), tương đương với ba pin niken-cadmium hoặc niken-hydrua kim loại được mắc nối tiếp.

C. Không ô nhiễm
Pin lithium-ion không chứa các kim loại có hại như cadmium, chì và thủy ngân.

D. Không chứa lithium kim loại
Pin lithium-ion không chứa lithium kim loại và do đó không phải tuân theo các quy định như cấm mang pin lithium lên máy bay chở khách.

E. Tuổi thọ cao
Trong điều kiện bình thường, pin lithium-ion có thể có hơn 500 chu kỳ sạc-xả.

F. Không có hiệu ứng nhớ
Hiệu ứng bộ nhớ đề cập đến hiện tượng dung lượng của pin niken-cadmium bị giảm trong chu kỳ sạc và xả.Pin lithium-ion không có tác dụng này.

G. Sạc nhanh
Sử dụng bộ sạc có dòng điện và điện áp không đổi có điện áp định mức 4,2V có thể sạc đầy pin lithium-ion trong một đến hai giờ.

Pin Lithium – Nguyên lý và cấu tạo của Pin Lithium
1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin lithium ion: Cái gọi là pin lithium ion dùng để chỉ một loại pin thứ cấp bao gồm hai hợp chất có thể xen kẽ và khử xen kẽ các ion lithium một cách thuận nghịch dưới dạng điện cực dương và âm.Người ta gọi loại pin lithium-ion này có cơ chế độc đáo, dựa vào sự chuyển giao của các ion lithium giữa các điện cực dương và âm để hoàn thành quá trình sạc và xả pin, là “pin ghế bập bênh”, thường được gọi là “pin lithium” .Lấy LiCoO2 làm ví dụ: (1) Khi pin được sạc, các ion lithium được tách ra khỏi điện cực dương và xen vào điện cực âm và ngược lại khi phóng điện.Điều này đòi hỏi điện cực phải ở trạng thái xen kẽ lithium trước khi lắp ráp.Nói chung, oxit kim loại chuyển tiếp xen kẽ lithium có điện thế lớn hơn 3V so với lithium và ổn định trong không khí được chọn làm điện cực dương, chẳng hạn như LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Đối với các vật liệu là điện cực âm, hãy chọn các hợp chất lithium có thể xen kẽ có điện thế càng gần với điện thế lithium càng tốt.Ví dụ, các vật liệu cacbon khác nhau bao gồm than chì tự nhiên, than chì tổng hợp, sợi cacbon, cacbon hình cầu mesophase, v.v. và các oxit kim loại, bao gồm SnO, SnO2, oxit tổng hợp Thiếc SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2), v.v.

pin lithium
2. Pin thông thường bao gồm: cực dương, cực âm, chất điện phân, dải phân cách, cực dương, tấm âm, cực trung tâm, vật liệu cách điện (chất cách điện), van an toàn (safevent), vòng đệm (gioăng), PTC (cực dương kiểm soát nhiệt độ), trường hợp pin.Nói chung, mọi người quan tâm nhiều hơn đến điện cực dương, điện cực âm và chất điện phân.

pin lithium
So sánh cấu trúc pin lithium-ion
Theo các vật liệu catốt khác nhau, nó được chia thành lithium sắt, lithium coban, lithium mangan, v.v.;
Từ việc phân loại hình dạng, nó thường được chia thành hình trụ và hình vuông, và các ion lithium polymer cũng có thể được chế tạo thành bất kỳ hình dạng nào;
Theo các vật liệu điện phân khác nhau được sử dụng trong pin lithium-ion, pin lithium-ion có thể được chia thành hai loại: pin lithium-ion lỏng (LIB) và pin lithium-ion thể rắn.PLIB) là một loại pin lithium-ion trạng thái rắn.

chất điện phân
Bộ thu dòng điện rào cản vỏ/gói
Pin lithium-ion lỏng Thép không gỉ lỏng, nhôm Lá đồng 25μPE và lá nhôm Polymer pin lithium-ion Polymer keo màng nhôm/PP không có rào cản hoặc lá đồng μPE và lá nhôm đơn

Pin Lithium – Chức Năng Của Pin Lithium Ion

1. Mật độ năng lượng cao
So với pin NI/CD hoặc NI/MH có cùng dung lượng, pin lithium-ion có trọng lượng nhẹ hơn và năng lượng riêng theo thể tích của chúng gấp 1,5 đến 2 lần so với hai loại pin này.

2. Điện áp cao
Pin lithium-ion sử dụng các điện cực lithium chứa nguyên tố có độ âm điện cao để đạt được điện áp đầu cuối cao tới 3,7V, gấp ba lần điện áp của pin NI/CD hoặc NI/MH.

3. Không gây ô nhiễm, thân thiện với môi trường

4. Vòng đời dài
Tuổi thọ vượt quá 500 lần

5. Khả năng chịu tải cao
Pin lithium-ion có thể được xả liên tục với dòng điện lớn, nhờ đó loại pin này có thể được sử dụng trong các thiết bị có công suất cao như máy ảnh và máy tính xách tay.

6. Bảo mật tuyệt vời
Do sử dụng vật liệu cực dương tuyệt vời nên vấn đề phát triển dendrite lithium trong quá trình sạc pin được khắc phục, giúp cải thiện đáng kể độ an toàn của pin lithium-ion.Đồng thời, lựa chọn các phụ kiện thu hồi đặc biệt để đảm bảo an toàn cho pin trong quá trình sử dụng.

Pin lithium – Phương pháp sạc pin lithium ion
Phương pháp 1. Trước khi pin lithium-ion rời khỏi nhà máy, nhà sản xuất đã tiến hành xử lý kích hoạt và sạc trước, do đó pin lithium-ion có nguồn điện dư và pin lithium-ion được sạc theo khoảng thời gian điều chỉnh.Khoảng thời gian điều chỉnh này cần được thực hiện hoàn toàn từ 3 đến 5 lần.Phóng điện.
Phương pháp 2. Trước khi sạc, pin lithium-ion không cần phải xả đặc biệt.Xả không đúng cách sẽ làm hỏng pin.Khi sạc, hãy cố gắng sử dụng sạc chậm và giảm sạc nhanh;thời gian không được vượt quá 24 giờ.Chỉ sau khi pin đã trải qua ba đến năm chu kỳ sạc và xả hoàn chỉnh thì các chất hóa học bên trong pin mới được “kích hoạt” hoàn toàn để sử dụng tối ưu.
Phương pháp 3. Vui lòng sử dụng bộ sạc chính hãng hoặc bộ sạc thương hiệu uy tín.Đối với pin lithium, hãy sử dụng bộ sạc đặc biệt dành cho pin lithium và làm theo hướng dẫn.Nếu không, pin sẽ bị hỏng hoặc thậm chí gặp rủi ro.
Phương pháp 4. Pin mới mua là lithium ion nên 3 đến 5 lần sạc đầu tiên thường được gọi là thời gian điều chỉnh và phải sạc trên 14 giờ để đảm bảo hoạt động của các ion lithium được kích hoạt hoàn toàn.Pin lithium-ion không có hiệu ứng nhớ nhưng có độ trơ mạnh.Chúng cần được kích hoạt hoàn toàn để đảm bảo hiệu suất tốt nhất trong các ứng dụng trong tương lai.
Phương pháp 5. Pin lithium-ion phải sử dụng bộ sạc đặc biệt, nếu không pin có thể không đạt trạng thái bão hòa và ảnh hưởng đến chức năng của pin.Sau khi sạc, tránh đặt pin trên bộ sạc quá 12 giờ và tách pin ra khỏi sản phẩm điện tử di động khi không sử dụng trong thời gian dài.

Pin lithium – sử dụng
Với sự phát triển của công nghệ vi điện tử trong thế kỷ XX, các thiết bị thu nhỏ ngày càng gia tăng, điều này đặt ra yêu cầu cao về nguồn điện.Pin lithium sau đó đã bước vào giai đoạn thực tế quy mô lớn.
Nó lần đầu tiên được sử dụng trong máy tạo nhịp tim.Do tốc độ tự xả của pin lithium cực kỳ thấp nên điện áp phóng điện rất cao.Nó giúp cho việc cấy ghép máy tạo nhịp tim vào cơ thể con người trong thời gian dài có thể thực hiện được.
Pin lithium thường có điện áp danh định cao hơn 3,0 volt và phù hợp hơn với nguồn điện mạch tích hợp.Pin mangan dioxide được sử dụng rộng rãi trong máy tính, máy tính, máy ảnh và đồng hồ.

Ví dụ ứng dụng
1. Có nhiều bộ pin thay thế cho việc sửa chữa bộ pin: chẳng hạn như bộ pin được sử dụng trong máy tính xách tay.Sau khi sửa chữa thì nhận thấy khi bộ pin này bị hỏng thì chỉ có từng pin riêng lẻ có vấn đề.Nó có thể được thay thế bằng pin lithium đơn cell phù hợp.
2. Làm đèn pin thu nhỏ có độ sáng cao Tác giả đã từng sử dụng một cục pin lithium 3.6V1.6AH duy nhất với ống phát sáng siêu sáng màu trắng để làm đèn pin thu nhỏ, dễ sử dụng, nhỏ gọn và đẹp mắt.Và do dung lượng pin lớn nên nó có thể sử dụng trung bình nửa giờ mỗi đêm và đã sử dụng được hơn hai tháng mà không cần sạc.
3. Nguồn điện 3V thay thế

Bởi vì điện áp pin lithium đơn cell là 3,6V.Do đó, chỉ một viên pin lithium có thể thay thế hai viên pin thông thường để cung cấp năng lượng cho các thiết bị gia dụng nhỏ như radio, máy nghe nhạc, máy ảnh, v.v., không chỉ có trọng lượng nhẹ mà còn có tuổi thọ sử dụng lâu dài.

Vật liệu cực dương của pin lithium-ion – lithium titanate

Nó có thể được kết hợp với lithium manganate, vật liệu ternary hoặc lithium iron phosphate và các vật liệu tích cực khác để tạo thành pin thứ cấp lithium ion 2,4V hoặc 1,9V.Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng làm điện cực dương để tạo thành pin lithium 1,5V với pin thứ cấp điện cực âm lithium kim loại hoặc hợp kim lithium.

Vì tính an toàn cao, độ ổn định cao, tuổi thọ cao và đặc tính xanh của lithium titanate.Có thể dự đoán rằng vật liệu lithium titanate sẽ trở thành vật liệu điện cực âm của thế hệ pin lithium ion mới trong 2-3 năm tới và được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện điện mới, xe máy điện và những phương tiện đòi hỏi độ an toàn cao, độ ổn định cao và chu kỳ dài.lĩnh vực ứng dụng.Điện áp hoạt động của pin lithium titanate là 2,4V, điện áp cao nhất là 3,0V và dòng sạc lên tới 2C.

Thành phần pin lithium titanate
Điện cực dương: lithium sắt photphat, lithium manganate hoặc vật liệu ternary, lithium niken manganate.
Điện cực âm: vật liệu lithium titanate.
Rào chắn: Rào chắn pin lithium hiện tại với carbon làm điện cực âm.
Chất điện phân: Chất điện phân pin lithium với carbon làm điện cực âm.
Vỏ pin: Vỏ pin lithium có carbon làm điện cực âm.

Ưu điểm của pin lithium titanate: lựa chọn xe điện thay thế xe chạy bằng nhiên liệu là lựa chọn tốt nhất để giải quyết ô nhiễm môi trường đô thị.Trong số đó, pin năng lượng lithium-ion đã thu hút được sự quan tâm rộng rãi của các nhà nghiên cứu.Để đáp ứng yêu cầu của xe điện về pin năng lượng lithium-ion trên xe, việc nghiên cứu và phát triển Vật liệu âm có độ an toàn cao, hiệu suất tốt và tuổi thọ cao là những điểm nóng và khó khăn.

Các điện cực âm của pin lithium-ion thương mại chủ yếu sử dụng vật liệu carbon, nhưng vẫn có một số nhược điểm khi ứng dụng pin lithium sử dụng carbon làm điện cực âm:
1. Các sợi nhánh của lithium dễ bị kết tủa trong quá trình sạc quá mức, dẫn đến đoản mạch pin và ảnh hưởng đến chức năng an toàn của pin lithium;
2. Dễ dàng hình thành màng SEI, dẫn đến công suất phóng điện ban đầu thấp và khả năng đảo ngược lớn;
3. Nghĩa là, điện áp nền của vật liệu carbon thấp (gần với lithium kim loại) và dễ gây ra sự phân hủy chất điện phân, điều này sẽ mang lại rủi ro về an ninh.
4. Trong quá trình chèn và chiết ion lithium, âm lượng thay đổi lớn và độ ổn định của chu kỳ kém.

So với vật liệu carbon, Li4Ti5012 loại Spinel có những ưu điểm vượt trội:
1. Đây là vật liệu không biến dạng và có hiệu suất tuần hoàn tốt;
2. Điện áp phóng điện ổn định và chất điện phân sẽ không bị phân hủy, cải thiện hiệu suất an toàn của pin lithium;
3. So với vật liệu cực dương carbon, lithium titanate có hệ số khuếch tán ion lithium cao (2 * 10-8cm2 / s), và có thể được sạc và xả ở tốc độ cao.
4. Tiềm năng của lithium titanate cao hơn so với lithium kim loại nguyên chất và không dễ tạo ra đuôi gai lithium, điều này tạo cơ sở để đảm bảo an toàn cho pin lithium.

mạch bảo trì
Nó bao gồm hai bóng bán dẫn hiệu ứng trường và khối tích hợp bảo trì chuyên dụng S-8232.Ống điều khiển quá tải FET2 và ống điều khiển quá tải FET1 được mắc nối tiếp với mạch điện và điện áp ắc quy được giám sát và điều khiển bởi IC bảo trì.Khi điện áp pin tăng lên 4,2V, ống bảo trì quá tải FET1 sẽ tắt và quá trình sạc sẽ kết thúc.Để tránh sự cố, một tụ điện trễ thường được thêm vào mạch ngoài.Khi pin ở trạng thái xả, điện áp pin giảm xuống 2,55.