Litiumbatteri er en type batteri som bruker litiummetall eller litiumlegering som negativt elektrodemateriale og bruker en ikke-vandig elektrolyttløsning.Det tidligste presenterte litiumbatteriet kom fra den store oppfinneren Edison.
Litiumbatterier – Litiumbatterier
litiumbatteri
Litiumbatteri er en type batteri som bruker litiummetall eller litiumlegering som negativt elektrodemateriale og bruker en ikke-vandig elektrolyttløsning.Det tidligste presenterte litiumbatteriet kom fra den store oppfinneren Edison.
Fordi de kjemiske egenskapene til litiummetall er svært aktive, har bearbeiding, lagring og påføring av litiummetall svært høye miljøkrav.Derfor har ikke litiumbatterier vært brukt på lenge.
Med utviklingen av mikroelektronikkteknologi i det tjuende århundre øker miniatyriserte enheter dag for dag, noe som stiller høye krav til strømforsyning.Litiumbatterier har da gått inn i en storstilt praktisk fase.
Den ble først brukt i pacemakere.Fordi selvutladingshastigheten til litiumbatterier er ekstremt lav, er utladningsspenningen høy.Det gjør det mulig å implantere pacemakeren i menneskekroppen i lang tid.
Litiumbatterier har generelt en nominell spenning høyere enn 3,0 volt og er mer egnet for integrerte kretsstrømforsyninger.Mangandioksidbatterier er mye brukt i datamaskiner, kalkulatorer, kameraer og klokker.
For å utvikle varianter med bedre ytelse er ulike materialer studert.Og så lage produkter som aldri før.For eksempel er litiumsvoveldioksidbatterier og litiumtionylkloridbatterier svært særegne.Deres positive aktive materiale er også et løsningsmiddel for elektrolytten.Denne strukturen er bare til stede i ikke-vandige elektrokjemiske systemer.Derfor har studiet av litiumbatterier også fremmet utviklingen av den elektrokjemiske teorien om ikke-vandige systemer.I tillegg til bruk av ulike ikke-vandige løsemidler, er det også forsket på tynnfilmsbatterier av polymer.
I 1992 utviklet Sony med suksess litium-ion-batterier.Den praktiske applikasjonen reduserer vekten og volumet til bærbare elektroniske enheter som mobiltelefoner og bærbare datamaskiner.Brukstiden forlenges kraftig.Fordi litium-ion-batterier ikke inneholder tungmetall-krom, sammenlignet med nikkel-krom-batterier, er forurensningen til miljøet sterkt redusert.
1. Litium-ion batteri
Litium-ion-batterier er nå delt inn i to kategorier: flytende litium-ion-batterier (LIBs) og polymer lithium-ion-batterier (PLBs).Blant dem refererer det flytende litiumionbatteriet til det sekundære batteriet der Li + interkalasjonsforbindelsen er de positive og negative elektrodene.Den positive elektroden velger litiumforbindelse LiCoO2 eller LiMn2O4, og den negative elektroden velger litium-karbon-mellomlagsforbindelse.Litium-ion-batterier er en ideell drivkraft for utvikling i det 21. århundre på grunn av deres høye driftsspenning, lille størrelse, lette vekt, høye energi, ingen minneeffekt, ingen forurensning, lav selvutladning og lange sykluslevetid.
2. En kort historie om litium-ion-batteriutvikling
Litiumbatterier og litiumionbatterier er nye høyenergibatterier som ble utviklet med suksess på 1900-tallet.Den negative elektroden til dette batteriet er metalllitium, og den positive elektroden er MnO2, SOCL2, (CFx)n osv. Den ble tatt i bruk i praksis på 1970-tallet.På grunn av sin høye energi, høye batterispenning, brede driftstemperaturområde og lange lagringstid, har den blitt mye brukt i militære og sivile små elektriske apparater, som mobiltelefoner, bærbare datamaskiner, videokameraer, kameraer, etc., delvis. erstatte tradisjonelle batterier..
3. Utviklingsutsikter for litium-ion-batterier
Litium-ion-batterier har blitt mye brukt i bærbare apparater som bærbare datamaskiner, videokameraer og mobilkommunikasjon på grunn av deres unike funksjonelle fordeler.Litium-ion-batteriet med stor kapasitet som er utviklet nå, har blitt utprøvd i elektriske kjøretøy, og det anslås at det vil bli en av de primære strømkildene for elektriske kjøretøy i det 21. århundre, og vil bli brukt i satellitter, romfart og energilagring .
4. Batteriets grunnleggende funksjon
(1) Den åpne kretsspenningen til batteriet
(2) Batteriets indre motstand
(3) Driftsspenningen til batteriet
(4) Ladespenning
Ladespenningen refererer til spenningen som påføres begge ender av batteriet av den eksterne strømforsyningen når sekundærbatteriet lades.De grunnleggende metodene for lading inkluderer konstant strømlading og konstant spenningslading.Vanligvis brukes konstant strømlading, og dens karakteristikk er at ladestrømmen er stabil under ladeprosessen.Etter hvert som ladingen skrider frem, gjenvinnes det aktive materialet, elektrodereaksjonsområdet reduseres kontinuerlig, og motorens polarisering økes gradvis.
(5) Batterikapasitet
Batterikapasitet refererer til mengden elektrisitet hentet fra batteriet, som vanligvis uttrykkes med C, og enheten er vanligvis uttrykt med Ah eller mAh.Kapasitet er et viktig mål for batteriets elektriske ytelse.Kapasiteten til batteriet er vanligvis delt inn i teoretisk kapasitet, praktisk kapasitet og nominell kapasitet.
Batterikapasiteten bestemmes av kapasiteten til elektrodene.Hvis kapasiteten til elektrodene ikke er like, avhenger kapasiteten til batteriet av elektroden med mindre kapasitet, men det er på ingen måte summen av kapasiteten til de positive og negative elektrodene.
(6) Lagringsfunksjon og levetid for batteriet
En av hovedtrekkene til kjemiske kraftkilder er at de kan frigjøre elektrisk energi når de er i bruk og lagre elektrisk energi når de ikke er i bruk.Den såkalte lagringsfunksjonen er muligheten til å opprettholde lading for sekundærbatteriet.
Når det gjelder sekundærbatteriet, er levetiden en viktig parameter for å måle batteriytelsen.Et sekundært batteri lades og utlades én gang, kalt en syklus (eller syklus).Under et visst lade- og utladingskriterium kalles antall lade- og utladingstider som batteriet tåler før batterikapasiteten når en viss verdi, driftssyklusen til sekundærbatteriet.Litium-ion-batterier har utmerket lagringsytelse og lang levetid.
Litiumbatterier – funksjoner
A. Høy energitetthet
Vekten til litium-ion-batteriet er halvparten av nikkel-kadmium- eller nikkel-hydrogen-batteriet med samme kapasitet, og volumet er 40-50% av nikkel-kadmium og 20-30% av nikkel-hydrogen-batteriet .
B. Høyspent
Driftsspenningen til et enkelt litium-ion-batteri er 3,7V (gjennomsnittsverdi), som tilsvarer tre nikkel-kadmium- eller nikkel-metallhydrid-batterier koblet i serie.
C. Ingen forurensning
Litium-ion-batterier inneholder ikke skadelige metaller som kadmium, bly og kvikksølv.
D. Inneholder ikke metallisk litium
Litium-ion-batterier inneholder ikke metallisk litium og er derfor ikke underlagt forskrifter som for eksempel forbud mot å ha med litiumbatterier på passasjerfly.
E. Høy syklus levetid
Under normale forhold kan litium-ion-batterier ha mer enn 500 lade-utladingssykluser.
F. Ingen minneeffekt
Minneeffekten refererer til fenomenet at kapasiteten til nikkel-kadmium-batteriet reduseres under lade- og utladingssyklusen.Litium-ion-batterier har ikke denne effekten.
G. Hurtiglading
Ved å bruke en konstant strøm- og konstantspenningslader med en nominell spenning på 4,2V kan litiumionbatteriet lades fullt på én til to timer.
Litiumbatteri – Prinsippet og strukturen til litiumbatteriet
1. Struktur og arbeidsprinsipp for litiumionbatteri: Det såkalte litiumionbatteriet refererer til et sekundærbatteri sammensatt av to forbindelser som reversibelt kan interkalere og deinterkalere litiumioner som positive og negative elektroder.Folk kaller dette litium-ion-batteriet med en unik mekanisme, som er avhengig av overføring av litiumioner mellom de positive og negative elektroder for å fullføre batterilading og utlading, som et "gyngestolbatteri", ofte kjent som "litiumbatteri" .Ta LiCoO2 som et eksempel: (1) Når batteriet er ladet, deinterkaleres litiumioner fra den positive elektroden og interkaleres i den negative elektroden, og omvendt ved utlading.Dette krever at en elektrode er i en tilstand av litiuminnsetting før montering.Vanligvis velges et litiuminterkalasjonsovergangsmetalloksid med et potensial større enn 3V i forhold til litium og stabilt i luft som den positive elektroden, slik som LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) For materialer som er negative elektroder, velg interkalerbare litiumforbindelser hvis potensial er så nært litiumpotensialet som mulig.For eksempel inkluderer forskjellige karbonmaterialer naturlig grafitt, syntetisk grafitt, karbonfiber, mesofase sfærisk karbon, etc. og metalloksider, inkludert SnO, SnO2, tinnkomposittoksid SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) osv.
litiumbatteri
2. Batteriet inkluderer generelt: positiv, negativ, elektrolytt, separator, positiv ledning, negativ plate, sentral terminal, isolasjonsmateriale (isolator), sikkerhetsventil ( sikkerhetsventil), tetningsring (pakning), PTC (positiv temperaturkontrollterminal), batterideksel.Generelt er folk mer bekymret for den positive elektroden, den negative elektroden og elektrolytten.
litiumbatteri
Sammenligning av litium-ion-batteristruktur
I henhold til forskjellige katodematerialer er det delt inn i jernlitium, koboltlitium, manganlitium, etc.;
Fra formklassifiseringen er den generelt delt inn i sylindrisk og firkantet, og polymerlitiumioner kan også gjøres til hvilken som helst form;
I henhold til de forskjellige elektrolyttmaterialene som brukes i litium-ion-batterier, kan litium-ion-batterier deles inn i to kategorier: flytende litium-ion-batterier (LIB) og solid-state litium-ion-batterier.PLIB) er et slags solid-state litium-ion-batteri.
elektrolytt
Skall/Pakkesperre Strømsamler
Flytende litiumionbatteri Flytende rustfritt stål, aluminium 25μPE kobberfolie og aluminiumsfolie polymer litiumionbatteri kolloidal polymer aluminium/PP komposittfilm uten barriere eller enkelt μPE kobberfolie og aluminiumsfolie
Litiumbatterier – Funksjonen til litiumionbatterier
1. Høy energitetthet
Sammenlignet med NI/CD- eller NI/MH-batterier med samme kapasitet, er litium-ion-batterier lettere i vekt, og deres volumspesifikke energi er 1,5 til 2 ganger den for disse to batteritypene.
2. Høy spenning
Litium-ion-batterier bruker svært elektronegative elementholdige litiumelektroder for å oppnå terminalspenninger så høye som 3,7V, som er tre ganger spenningen til NI/CD- eller NI/MH-batterier.
3. Ikke-forurensende, miljøvennlig
4. Lang levetid
Levetiden overstiger 500 ganger
5. Høy lastekapasitet
Litium-ion-batterier kan kontinuerlig utlades med stor strøm, slik at dette batteriet kan brukes i høyeffektsapparater som kameraer og bærbare datamaskiner.
6. Utmerket sikkerhet
På grunn av bruken av utmerkede anodematerialer, er problemet med litiumdendritvekst under batterilading overvunnet, noe som i stor grad forbedrer sikkerheten til litiumionbatterier.Samtidig velges spesielt utvinnbart tilbehør for å sikre sikkerheten til batteriet under bruk.
Litiumbatteri – Lademetode for litiumionbatteri
Metode 1. Før litium-ion-batteriet forlater fabrikken, har produsenten utført aktiveringsbehandling og forhåndsladet, slik at litium-ion-batteriet har reststrøm, og litium-ion-batteriet lades i henhold til justeringsperioden.Denne justeringsperioden må utføres 3 til 5 ganger fullstendig.Utflod.
Metode 2. Før lading trenger ikke litium-ion-batteriet å bli spesielt utladet.Feil utlading vil skade batteriet.Når du lader, prøv å bruke saktelading og reduser hurtiglading;tiden bør ikke overstige 24 timer.Først etter at batteriet har gjennomgått tre til fem fullstendige lade- og utladingssykluser, vil dets interne kjemikalier være fullstendig "aktivert" for optimal bruk.
Metode 3. Bruk den originale laderen eller en anerkjent merkelader.For litiumbatterier, bruk en spesiell lader for litiumbatterier og følg instruksjonene.Ellers vil batteriet bli skadet eller til og med risikert.
Metode 4. Det nyinnkjøpte batteriet er litiumion, så de første 3 til 5 ladingene kalles generelt justeringsperioden, og det bør lades i mer enn 14 timer for å sikre at aktiviteten til litiumioner er fullt aktivert.Litium-ion-batterier har ingen minneeffekt, men har sterk treghet.De bør være fullt aktivert for å sikre best mulig ytelse i fremtidige applikasjoner.
Metode 5. Litium-ion-batteriet må bruke en spesiell lader, ellers kan det ikke nå metningstilstanden og påvirke funksjonen.Etter lading, unngå å plassere den på laderen i mer enn 12 timer, og separer batteriet fra det mobile elektroniske produktet når det ikke skal brukes på lang tid.
Litiumbatteri – bruk
Med utviklingen av mikroelektronikkteknologi i det tjuende århundre øker miniatyriserte enheter dag for dag, noe som stiller høye krav til strømforsyning.Litiumbatterier har da gått inn i en storstilt praktisk fase.
Den ble først brukt i pacemakere.Fordi selvutladingshastigheten til litiumbatterier er ekstremt lav, er utladningsspenningen høy.Det gjør det mulig å implantere pacemakeren i menneskekroppen i lang tid.
Litiumbatterier har generelt en nominell spenning høyere enn 3,0 volt og er mer egnet for integrerte kretsstrømforsyninger.Mangandioksidbatterier er mye brukt i datamaskiner, kalkulatorer, kameraer og klokker.
Eksempel på applikasjon
1. Det finnes mange batteripakker som erstatninger for batteripakkereparasjoner: for eksempel de som brukes i bærbare datamaskiner.Etter reparasjon er det funnet at når denne batteripakken er skadet, er det kun individuelle batterier som har problemer.Det kan erstattes med et passende encellet litiumbatteri.
2. Lage en miniatyrlykt med høy lysstyrke Forfatteren brukte en gang et enkelt 3.6V1.6AH litiumbatteri med et hvitt lysavgivende rør med superlysstyrke for å lage en miniatyrlykt, som er enkel å bruke, kompakt og vakker.Og på grunn av den store batterikapasiteten kan den brukes i en halvtime hver natt i gjennomsnitt, og den har vært brukt i mer enn to måneder uten lading.
3. Alternativ 3V strømforsyning
Fordi encellet litiumbatterispenning er 3,6V.Derfor kan kun ett litiumbatteri erstatte to vanlige batterier for å levere strøm til små husholdningsapparater som radioer, walkmans, kameraer osv., som ikke bare er lett i vekt, men også varer lenge.
Litium-ion batteri anodemateriale – litiumtitanat
Den kan kombineres med litiummanganat, ternære materialer eller litiumjernfosfat og andre positive materialer for å danne 2,4V eller 1,9V litiumion sekundære batterier.I tillegg kan den også brukes som en positiv elektrode for å danne et 1,5V litiumbatteri med metall litium eller litiumlegering negativ elektrode sekundærbatteri.
På grunn av litiumtitanats høye sikkerhet, høye stabilitet, lang levetid og grønne egenskaper.Det kan forutsies at litiumtitanatmateriale vil bli det negative elektrodematerialet til en ny generasjon litiumionbatterier om 2-3 år og bli mye brukt i nye motorkjøretøyer, elektriske motorsykler og de som krever høy sikkerhet, høy stabilitet og lang syklus.bruksområde.Driftsspenningen til litiumtitanatbatteriet er 2,4V, den høyeste spenningen er 3,0V, og ladestrømmen er opptil 2C.
Litiumtitanatbatterisammensetning
Positiv elektrode: litiumjernfosfat, litiummanganat eller ternært materiale, litiumnikkelmanganat.
Negativ elektrode: litiumtitanatmateriale.
Barriere: Den nåværende litiumbatteribarrieren med karbon som negativ elektrode.
Elektrolytt: Litiumbatterielektrolytt med karbon som negativ elektrode.
Batterikasse: Litiumbatterikasse med karbon som negativ elektrode.
Fordelene med litiumtitanat-batterier: å velge elektriske kjøretøy for å erstatte drivstoffbiler er det beste valget for å løse bymiljøforurensning.Blant dem har litium-ion-batterier tiltrukket seg omfattende oppmerksomhet fra forskere.For å møte kravene til elektriske kjøretøyer for innebygde litiumionbatterier, er forskning og utvikling Negative materialer med høy sikkerhet, god ytelse og lang levetid dens hot spots og vanskeligheter.
Kommersielle litium-ion batteri negative elektroder bruker hovedsakelig karbonmaterialer, men det er fortsatt noen ulemper ved bruk av litiumbatterier som bruker karbon som negativ elektrode:
1. Litiumdendritter utfelles lett under overlading, noe som resulterer i en kortslutning av batteriet og påvirker litiumbatteriets sikkerhetsfunksjon;
2. Det er lett å danne SEI-film, noe som resulterer i lav initial ladning og utladningskraft og stor irreversibel kapasitet;
3. Det vil si at plattformspenningen til karbonmaterialer er lav (nær metalllitium), og det er lett å forårsake nedbrytning av elektrolytten, noe som vil medføre sikkerhetsrisikoer.
4. I prosessen med litiumioninnsetting og ekstraksjon endres volumet sterkt, og syklusstabiliteten er dårlig.
Sammenlignet med karbonmaterialer har spinell-type Li4Ti5012 betydelige fordeler:
1. Det er nullbelastningsmateriale og har god sirkulasjonsytelse;
2. Utladningsspenningen er stabil, og elektrolytten vil ikke dekomponere, noe som forbedrer sikkerhetsytelsen til litiumbatterier;
3. Sammenlignet med karbonanodematerialer har litiumtitanat en høy litiumionediffusjonskoeffisient (2*10-8cm2/s), og kan lades og ut med høy hastighet.
4. Potensialet til litiumtitanat er høyere enn for rent metalllitium, og det er ikke lett å generere litiumdendritter, noe som gir grunnlag for å ivareta sikkerheten til litiumbatterier.
vedlikeholdskrets
Den består av to felteffekttransistorer og en dedikert vedlikeholdsintegrert blokk S-8232.Overladingskontrollrøret FET2 og overutladingskontrollrøret FET1 er koblet i serie til kretsen, og batterispenningen overvåkes og kontrolleres av vedlikeholds-IC.Når batterispenningen stiger til 4,2V, blir overladingsvedlikeholdsrøret FET1 slått av, og ladingen avsluttes.For å unngå funksjonsfeil legges vanligvis en forsinkelseskondensator til den eksterne kretsen.Når batteriet er i utladet tilstand, synker batterispenningen til 2,55.
Innleggstid: 30. mars 2023