Bateri litium ialah sejenis bateri yang menggunakan logam litium atau aloi litium sebagai bahan elektrod negatif dan menggunakan larutan elektrolit bukan akueus.Bateri litium yang paling awal dibentangkan datang daripada pencipta hebat Edison.
Bateri Litium – Bateri Litium
bateri litium
Bateri litium ialah sejenis bateri yang menggunakan logam litium atau aloi litium sebagai bahan elektrod negatif dan menggunakan larutan elektrolit bukan akueus.Bateri litium yang paling awal dibentangkan datang daripada pencipta hebat Edison.
Oleh kerana sifat kimia logam litium sangat aktif, pemprosesan, penyimpanan dan penggunaan logam litium mempunyai keperluan alam sekitar yang sangat tinggi.Oleh itu, bateri litium tidak digunakan untuk masa yang lama.
Dengan perkembangan teknologi mikroelektronik pada abad kedua puluh, peranti miniatur semakin meningkat dari hari ke hari, yang mengemukakan keperluan tinggi untuk bekalan kuasa.Bateri litium kemudiannya telah memasuki peringkat praktikal berskala besar.
Ia pertama kali digunakan dalam perentak jantung.Oleh kerana kadar nyahcas sendiri bateri litium adalah sangat rendah, voltan nyahcas adalah curam.Ia memungkinkan untuk menanam perentak jantung ke dalam tubuh manusia untuk masa yang lama.
Bateri litium biasanya mempunyai voltan nominal lebih tinggi daripada 3.0 volt dan lebih sesuai untuk bekalan kuasa litar bersepadu.Bateri mangan dioksida digunakan secara meluas dalam komputer, kalkulator, kamera, dan jam tangan.
Untuk membangunkan varieti dengan prestasi yang lebih baik, pelbagai bahan telah dikaji.Dan kemudian membuat produk seperti tidak pernah sebelum ini.Sebagai contoh, bateri litium sulfur dioksida dan bateri litium tionyl klorida adalah sangat tersendiri.Bahan aktif positif mereka juga merupakan pelarut untuk elektrolit.Struktur ini hanya terdapat dalam sistem elektrokimia bukan akueus.Oleh itu, kajian bateri litium juga telah menggalakkan pembangunan teori elektrokimia sistem bukan akueus.Sebagai tambahan kepada penggunaan pelbagai pelarut bukan akueus, penyelidikan mengenai bateri filem nipis polimer juga telah dijalankan.
Pada tahun 1992, Sony berjaya membangunkan bateri litium-ion.Aplikasi praktikalnya sangat mengurangkan berat dan isipadu peranti elektronik mudah alih seperti telefon bimbit dan komputer riba.Masa penggunaan sangat dilanjutkan.Oleh kerana bateri litium-ion tidak mengandungi kromium logam berat, berbanding dengan bateri nikel-kromium, pencemaran kepada alam sekitar dikurangkan dengan banyak.
1. Bateri litium-ion
Bateri litium-ion kini dibahagikan kepada dua kategori: bateri litium-ion cecair (LIB) dan bateri litium-ion polimer (PLB).Antaranya, bateri litium ion cecair merujuk kepada bateri sekunder di mana sebatian interkalasi Li + adalah elektrod positif dan negatif.Elektrod positif memilih sebatian litium LiCoO2 atau LiMn2O4, dan elektrod negatif memilih sebatian interlayer litium-karbon.Bateri litium-ion adalah daya penggerak yang ideal untuk pembangunan pada abad ke-21 kerana voltan operasinya yang tinggi, saiz kecil, ringan, tenaga tinggi, tiada kesan memori, tiada pencemaran, nyahcas diri yang rendah dan hayat kitaran yang panjang.
2. Sejarah ringkas pembangunan bateri lithium-ion
Bateri litium dan bateri litium ion ialah bateri bertenaga tinggi baharu yang berjaya dibangunkan pada abad ke-20.Elektrod negatif bateri ini ialah litium logam, dan elektrod positif ialah MnO2, SOCL2, (CFx)n, dll. Ia telah digunakan secara praktikal pada tahun 1970-an.Kerana tenaganya yang tinggi, voltan bateri yang tinggi, julat suhu operasi yang luas, dan hayat penyimpanan yang panjang, ia telah digunakan secara meluas dalam peralatan elektrik kecil tentera dan awam, seperti telefon bimbit, komputer mudah alih, kamera video, kamera, dll., sebahagiannya. menggantikan bateri tradisional..
3. Prospek pembangunan bateri litium-ion
Bateri litium-ion telah digunakan secara meluas dalam peralatan mudah alih seperti komputer riba, kamera video, dan komunikasi mudah alih kerana kelebihan fungsinya yang unik.Bateri litium-ion berkapasiti besar yang dibangunkan kini telah diuji dalam kenderaan elektrik, dan dianggarkan ia akan menjadi salah satu sumber kuasa utama untuk kenderaan elektrik pada abad ke-21, dan akan digunakan dalam satelit, aeroangkasa dan storan tenaga. .
4. Fungsi asas bateri
(1) Voltan litar terbuka bateri
(2) Rintangan dalaman bateri
(3) Voltan operasi bateri
(4) Mengecas voltan
Voltan pengecasan merujuk kepada voltan yang digunakan pada kedua-dua hujung bateri oleh bekalan kuasa luaran apabila bateri sekunder sedang dicas.Kaedah asas pengecasan termasuk pengecasan arus malar dan pengecasan voltan malar.Secara amnya, pengecasan arus berterusan digunakan, dan cirinya ialah arus pengecasan stabil semasa proses pengecasan.Semasa pengecasan berlangsung, bahan aktif dipulihkan, kawasan tindak balas elektrod dikurangkan secara berterusan, dan polarisasi motor meningkat secara beransur-ansur.
(5) Kapasiti bateri
Kapasiti bateri merujuk kepada jumlah elektrik yang diperoleh daripada bateri, yang biasanya dinyatakan oleh C, dan unit biasanya dinyatakan oleh Ah atau mAh.Kapasiti adalah matlamat penting prestasi elektrik bateri.Kapasiti bateri biasanya dibahagikan kepada kapasiti teori, kapasiti praktikal dan kapasiti undian.
Kapasiti bateri ditentukan oleh kapasiti elektrod.Jika kapasiti elektrod tidak sama, kapasiti bateri bergantung pada elektrod dengan kapasiti yang lebih kecil, tetapi ia sama sekali bukan jumlah kapasiti elektrod positif dan negatif.
(6) Fungsi penyimpanan dan hayat bateri
Salah satu ciri utama sumber kuasa kimia ialah ia boleh membebaskan tenaga elektrik apabila digunakan dan menyimpan tenaga elektrik apabila tidak digunakan.Fungsi storan yang dipanggil ialah keupayaan untuk mengekalkan pengecasan untuk bateri sekunder.
Mengenai bateri sekunder, hayat perkhidmatan adalah parameter penting untuk mengukur prestasi bateri.Bateri kedua dicas dan dinyahcas sekali, dipanggil kitaran (atau kitaran).Di bawah kriteria pengecasan dan nyahcas tertentu, bilangan masa pengecasan dan nyahcas yang boleh tahan bateri sebelum kapasiti bateri mencapai nilai tertentu dipanggil kitaran operasi bateri sekunder.Bateri litium-ion mempunyai prestasi penyimpanan yang sangat baik dan hayat kitaran yang panjang.
Bateri Litium – Ciri-ciri
A. Ketumpatan tenaga yang tinggi
Berat bateri lithium-ion adalah separuh daripada bateri nikel-kadmium atau nikel-hidrogen dengan kapasiti yang sama, dan isipadu ialah 40-50% daripada nikel-kadmium dan 20-30% daripada bateri nikel-hidrogen .
B. Voltan Tinggi
Voltan pengendalian bateri litium-ion tunggal ialah 3.7V (nilai purata), yang bersamaan dengan tiga bateri hidrida nikel-kadmium atau nikel-logam yang disambungkan secara bersiri.
C. Tiada pencemaran
Bateri litium-ion tidak mengandungi logam berbahaya seperti kadmium, plumbum dan merkuri.
D. Tidak mengandungi litium logam
Bateri litium-ion tidak mengandungi litium logam dan oleh itu tidak tertakluk kepada peraturan seperti larangan membawa bateri litium pada pesawat penumpang.
E. hayat kitaran tinggi
Dalam keadaan biasa, bateri litium-ion boleh mempunyai lebih daripada 500 kitaran cas-nyahcas.
F. Tiada kesan ingatan
Kesan ingatan merujuk kepada fenomena bahawa kapasiti bateri nikel-kadmium dikurangkan semasa kitaran pengecasan dan nyahcas.Bateri litium-ion tidak mempunyai kesan ini.
G. Pengecasan pantas
Menggunakan pengecas arus malar dan voltan malar dengan voltan terkadar 4.2V boleh mengecas sepenuhnya bateri litium-ion dalam masa satu hingga dua jam.
Bateri Litium – Prinsip dan Struktur Bateri Litium
1. Struktur dan prinsip kerja bateri ion litium: Bateri ion litium yang dipanggil merujuk kepada bateri sekunder yang terdiri daripada dua sebatian yang boleh menterkalakan dan menyahinterkalakan secara balik ion litium sebagai elektrod positif dan negatif.Orang ramai memanggil bateri litium-ion ini dengan mekanisme unik, yang bergantung pada pemindahan ion litium antara elektrod positif dan negatif untuk melengkapkan operasi cas dan nyahcas bateri, sebagai "bateri kerusi goyang", biasanya dikenali sebagai "bateri litium" .Ambil LiCoO2 sebagai contoh: (1) Apabila bateri dicas, ion litium dinyahinterkalasi daripada elektrod positif dan diselangi dalam elektrod negatif, dan begitu juga sebaliknya apabila dinyahcas.Ini memerlukan elektrod berada dalam keadaan interkalasi litium sebelum dipasang.Secara amnya, oksida logam peralihan interkalasi litium dengan potensi lebih besar daripada 3V berbanding litium dan stabil dalam udara dipilih sebagai elektrod positif, seperti LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Untuk bahan yang merupakan elektrod negatif, pilih sebatian litium boleh saling berkait yang potensinya sehampir mungkin dengan potensi litium.Sebagai contoh, pelbagai bahan karbon termasuk grafit semula jadi, grafit sintetik, gentian karbon, karbon sfera mesophase, dsb. dan oksida logam, termasuk SnO, SnO2, Timah komposit oksida SnBxPyOz (x=0.4～0.6, y=0.6～0.4, z= (2+3x+5y)/2) dsb.
bateri litium
2. Bateri secara amnya termasuk: positif, negatif, elektrolit, pemisah, plumbum positif, plat negatif, terminal pusat, bahan penebat (penebat), injap keselamatan ( safetyvent), cincin pengedap (gasket), PTC (terminal kawalan suhu positif), kes bateri.Umumnya, orang lebih mengambil berat tentang elektrod positif, elektrod negatif, dan elektrolit.
bateri litium
Perbandingan struktur bateri litium-ion
Menurut bahan katod yang berbeza, ia dibahagikan kepada litium besi, litium kobalt, litium mangan, dan lain-lain;
Daripada klasifikasi bentuk, ia secara amnya dibahagikan kepada silinder dan persegi, dan ion litium polimer juga boleh dibuat ke dalam sebarang bentuk;
Mengikut bahan elektrolit berbeza yang digunakan dalam bateri litium-ion, bateri litium-ion boleh dibahagikan kepada dua kategori: bateri litium-ion cecair (LIB) dan bateri litium-ion keadaan pepejal.PLIB) ialah sejenis bateri litium-ion keadaan pepejal.
elektrolit
Pengumpul Arus Penghalang Shell/Pakej
Bateri litium-ion cecair Keluli tahan karat cecair, kerajang kuprum 25μPE aluminium dan kerajang aluminium polimer litium-ion bateri filem komposit aluminium/PP koloid polimer tanpa halangan atau kerajang kuprum μPE tunggal dan kerajang aluminium
Bateri Litium – Fungsi Bateri Litium Ion
1. Ketumpatan tenaga yang tinggi
Berbanding dengan bateri NI/CD atau NI/MH dengan kapasiti yang sama, berat bateri litium-ion lebih ringan, dan tenaga khusus isipadunya ialah 1.5 hingga 2 kali ganda daripada kedua-dua jenis bateri ini.
2. Voltan tinggi
Bateri litium-ion menggunakan elektrod litium yang mengandungi unsur elektronegatif tinggi untuk mencapai voltan terminal setinggi 3.7V, iaitu tiga kali ganda voltan bateri NI/CD atau NI/MH.
3. Tidak mencemarkan, mesra alam
4. Kitaran hayat yang panjang
Jangka hayat melebihi 500 kali ganda
5. kapasiti beban tinggi
Bateri litium-ion boleh dinyahcas secara berterusan dengan arus yang besar, supaya bateri ini boleh digunakan dalam peralatan berkuasa tinggi seperti kamera dan komputer riba.
6. Keselamatan yang sangat baik
Kerana penggunaan bahan anod yang sangat baik, masalah pertumbuhan litium dendrit semasa pengecasan bateri dapat diatasi, yang sangat meningkatkan keselamatan bateri litium-ion.Pada masa yang sama, aksesori boleh pulih khas dipilih untuk memastikan keselamatan bateri semasa digunakan.
Bateri litium – Kaedah pengecasan bateri ion litium
Kaedah 1. Sebelum bateri litium-ion meninggalkan kilang, pengilang telah menjalankan rawatan pengaktifan dan pra-caj, jadi bateri litium-ion mempunyai kuasa sisa, dan bateri litium-ion dicas mengikut tempoh pelarasan.Tempoh pelarasan ini perlu dijalankan 3 hingga 5 kali sepenuhnya.Pelepasan.
Kaedah 2. Sebelum mengecas, bateri litium-ion tidak perlu dinyahcas khas.Pelepasan yang tidak betul akan merosakkan bateri.Semasa mengecas, cuba gunakan pengecasan perlahan dan kurangkan pengecasan pantas;masa tidak boleh melebihi 24 jam.Hanya selepas bateri telah menjalani tiga hingga lima kitaran cas dan nyahcas lengkap, bahan kimia dalamannya akan "diaktifkan" sepenuhnya untuk kegunaan optimum.
Kaedah 3. Sila gunakan pengecas asal atau pengecas jenama terkenal.Untuk bateri litium, gunakan pengecas khas untuk bateri litium dan ikut arahan.Jika tidak, bateri akan rosak atau berisiko.
Kaedah 4. Bateri yang baru dibeli ialah ion litium, jadi pengecasan 3 hingga 5 kali pertama biasanya dipanggil tempoh pelarasan, dan ia perlu dicas selama lebih daripada 14 jam untuk memastikan aktiviti ion litium diaktifkan sepenuhnya.Bateri litium-ion tidak mempunyai kesan ingatan, tetapi mempunyai lengai yang kuat.Mereka harus diaktifkan sepenuhnya untuk memastikan prestasi terbaik dalam aplikasi masa hadapan.
Kaedah 5. Bateri litium-ion mesti menggunakan pengecas khas, jika tidak, ia mungkin tidak mencapai keadaan tepu dan menjejaskan fungsinya.Selepas mengecas, elakkan meletakkannya pada pengecas selama lebih daripada 12 jam, dan asingkan bateri daripada produk elektronik mudah alih apabila ia tidak digunakan untuk masa yang lama.
Bateri litium – guna
Dengan perkembangan teknologi mikroelektronik pada abad kedua puluh, peranti miniatur semakin meningkat dari hari ke hari, yang mengemukakan keperluan tinggi untuk bekalan kuasa.Bateri litium kemudiannya telah memasuki peringkat praktikal berskala besar.
Ia pertama kali digunakan dalam perentak jantung.Oleh kerana kadar nyahcas sendiri bateri litium adalah sangat rendah, voltan nyahcas adalah curam.Ia memungkinkan untuk menanam perentak jantung ke dalam tubuh manusia untuk masa yang lama.
Bateri litium biasanya mempunyai voltan nominal lebih tinggi daripada 3.0 volt dan lebih sesuai untuk bekalan kuasa litar bersepadu.Bateri mangan dioksida digunakan secara meluas dalam komputer, kalkulator, kamera, dan jam tangan.
Contoh aplikasi
1. Terdapat banyak pek bateri sebagai pengganti untuk pembaikan pek bateri: seperti yang digunakan dalam komputer notebook.Selepas dibaiki, didapati apabila pek bateri ini rosak, hanya bateri individu sahaja yang mengalami masalah.Ia boleh digantikan dengan bateri litium sel tunggal yang sesuai.
2. Membuat obor kecil kecerahan tinggi Penulis pernah menggunakan bateri litium 3.6V1.6AH tunggal dengan tiub pemancar cahaya super-kecerahan putih untuk membuat obor kecil, yang mudah digunakan, padat dan cantik.Dan kerana kapasiti bateri yang besar, ia boleh digunakan selama setengah jam setiap malam secara purata, dan ia telah digunakan selama lebih daripada dua bulan tanpa mengecas.
3. Bekalan kuasa 3V alternatif
Kerana voltan bateri litium sel tunggal ialah 3.6V.Oleh itu, hanya satu bateri litium boleh menggantikan dua bateri biasa untuk membekalkan kuasa kepada perkakas rumah kecil seperti radio, walkman, kamera, dan lain-lain, yang bukan sahaja ringan, tetapi juga tahan lama.
Bahan anod bateri litium-ion – litium titanat
Ia boleh digabungkan dengan litium manganat, bahan ternary atau fosfat besi litium dan bahan positif lain untuk membentuk bateri sekunder ion litium 2.4V atau 1.9V.Di samping itu, ia juga boleh digunakan sebagai elektrod positif untuk membentuk bateri litium 1.5V dengan litium logam atau bateri sekunder elektrod negatif aloi litium.
Kerana keselamatan yang tinggi, kestabilan tinggi, umur panjang dan ciri-ciri hijau litium titanat.Ia boleh diramalkan bahawa bahan litium titanat akan menjadi bahan elektrod negatif generasi baharu bateri ion litium dalam 2-3 tahun dan digunakan secara meluas dalam kenderaan berkuasa baharu, motosikal elektrik dan yang memerlukan keselamatan tinggi, kestabilan tinggi dan kitaran panjang.bidang permohonan.Voltan operasi bateri lithium titanate ialah 2.4V, voltan tertinggi ialah 3.0V, dan arus pengecasan adalah sehingga 2C.
Komposisi bateri litium titanat
Elektrod positif: litium besi fosfat, litium manganat atau bahan ternary, litium nikel manganat.
Elektrod negatif: bahan litium titanat.
Penghalang: Penghalang bateri litium semasa dengan karbon sebagai elektrod negatif.
Elektrolit: Elektrolit bateri litium dengan karbon sebagai elektrod negatif.
Sarung bateri: Sarung bateri litium dengan karbon sebagai elektrod negatif.
Kelebihan bateri lithium titanate: memilih kenderaan elektrik untuk menggantikan kenderaan bahan api adalah pilihan terbaik untuk menyelesaikan pencemaran alam sekitar bandar.Antaranya, bateri kuasa litium-ion telah menarik perhatian ramai penyelidik.Untuk memenuhi keperluan kenderaan elektrik untuk bateri kuasa litium-ion on-board, penyelidikan dan pembangunan Bahan negatif dengan keselamatan yang tinggi, prestasi kadar yang baik dan jangka hayat adalah titik panas dan kesukarannya.
Elektrod negatif bateri lithium-ion komersial terutamanya menggunakan bahan karbon, tetapi masih terdapat beberapa kelemahan dalam penggunaan bateri litium menggunakan karbon sebagai elektrod negatif:
1. Dendrit litium mudah dimendakkan semasa pengecasan berlebihan, mengakibatkan litar pintas bateri dan menjejaskan fungsi keselamatan bateri litium;
2. Ia adalah mudah untuk membentuk filem SEI, menghasilkan pengecasan awal yang rendah dan kuasa nyahcas serta kapasiti tak boleh balik yang besar;
3. Iaitu, voltan platform bahan karbon adalah rendah (berhampiran dengan litium logam), dan mudah menyebabkan penguraian elektrolit, yang akan membawa risiko keselamatan.
4. Dalam proses penyisipan dan pengekstrakan ion litium, volum berubah dengan ketara, dan kestabilan kitaran adalah lemah.
Berbanding dengan bahan karbon, Li4Ti5012 jenis spinel mempunyai kelebihan yang ketara:
1. Ia adalah bahan terikan sifar dan mempunyai prestasi peredaran yang baik;
2. Voltan pelepasan adalah stabil, dan elektrolit tidak akan terurai, meningkatkan prestasi keselamatan bateri litium;
3. Berbanding dengan bahan anod karbon, litium titanat mempunyai pekali penyebaran ion litium yang tinggi (2*10-8cm2/s), dan boleh dicas dan dinyahcas pada kadar yang tinggi.
4. Potensi litium titanat adalah lebih tinggi daripada litium logam tulen, dan tidak mudah untuk menghasilkan dendrit litium, yang menyediakan asas untuk memastikan keselamatan bateri litium.
litar penyelenggaraan
Ia terdiri daripada dua transistor kesan medan dan blok bersepadu penyelenggaraan khusus S-8232.Tiub kawalan overcharge FET2 dan tiub kawalan overdischarge FET1 disambung secara bersiri ke litar, dan voltan bateri dipantau dan dikawal oleh IC penyelenggaraan.Apabila voltan bateri meningkat kepada 4.2V, tiub penyenggaraan cas berlebihan FET1 dimatikan, dan pengecasan ditamatkan.Untuk mengelakkan kerosakan, kapasitor kelewatan biasanya ditambah pada litar luaran.Apabila bateri dalam keadaan dinyahcas, voltan bateri turun kepada 2.55.
Masa siaran: Mac-30-2023