Litijeva baterija je vrsta baterije, ki uporablja kovinski litij ali litijevo zlitino kot material negativne elektrode in uporablja nevodno raztopino elektrolita.Najzgodnejša predstavljena litijeva baterija je prišla od velikega izumitelja Edisona.
Litijeve baterije – litijeve baterije
litijeva baterija
Litijeva baterija je vrsta baterije, ki uporablja kovinski litij ali litijevo zlitino kot material negativne elektrode in uporablja nevodno raztopino elektrolita.Najzgodnejša predstavljena litijeva baterija je prišla od velikega izumitelja Edisona.
Ker so kemične lastnosti kovinskega litija zelo aktivne, imajo predelava, shranjevanje in uporaba kovinskega litija zelo visoke okoljske zahteve.Zato se litijeve baterije že dolgo ne uporabljajo več.
Z razvojem tehnologije mikroelektronike v dvajsetem stoletju je miniaturiziranih naprav iz dneva v dan več, kar postavlja visoke zahteve glede napajanja.Litijeve baterije so nato vstopile v obsežno praktično fazo.
Najprej so ga uporabili v srčnih spodbujevalnikih.Ker je stopnja samopraznjenja litijevih baterij izjemno nizka, je napetost praznjenja visoka.Omogoča vsaditev srčnega spodbujevalnika v človeško telo za dolgo časa.
Litijeve baterije imajo na splošno nazivno napetost višjo od 3,0 voltov in so primernejše za napajalnike z integriranim vezjem.Baterije z manganovim dioksidom se pogosto uporabljajo v računalnikih, kalkulatorjih, fotoaparatih in urah.
Da bi razvili sorte z boljšim delovanjem, so preučevali različne materiale.In nato naredite izdelke kot še nikoli.Na primer, baterije litij žveplov dioksid in baterije litij tionil klorid so zelo posebne.Njihova pozitivna aktivna snov je tudi topilo za elektrolit.Ta struktura je prisotna samo v nevodnih elektrokemijskih sistemih.Zato je študija litijevih baterij spodbudila tudi razvoj elektrokemijske teorije nevodnih sistemov.Poleg uporabe različnih nevodnih topil so potekale tudi raziskave polimernih tankoplastnih baterij.
Leta 1992 je Sony uspešno razvil litij-ionske baterije.Njegova praktična uporaba močno zmanjša težo in prostornino prenosnih elektronskih naprav, kot so mobilni telefoni in prenosni računalniki.Čas uporabe se močno podaljša.Ker litij-ionske baterije ne vsebujejo težke kovine kroma v primerjavi z nikelj-kromovimi baterijami, je onesnaževanje okolja močno zmanjšano.
1. Litij-ionska baterija
Litij-ionske baterije so zdaj razdeljene v dve kategoriji: tekoče litij-ionske baterije (LIB) in polimerne litij-ionske baterije (PLB).Med njimi se tekoča litij-ionska baterija nanaša na sekundarno baterijo, v kateri je interkalacijska spojina Li + pozitivna in negativna elektroda.Pozitivna elektroda izbere litijevo spojino LiCoO2 ali LiMn2O4, negativna elektroda pa izbere spojino vmesnega sloja litij-ogljik.Litij-ionske baterije so idealna gonilna sila za razvoj v 21. stoletju zaradi svoje visoke delovne napetosti, majhnosti, majhne teže, visoke energije, brez spominskega učinka, brez onesnaževanja, majhnega samopraznjenja in dolge življenjske dobe.
2. Kratka zgodovina razvoja litij-ionske baterije
Litijeve baterije in litij-ionske baterije so nove visokoenergijske baterije, uspešno razvite v 20. stoletju.Negativna elektroda te baterije je kovinski litij, pozitivna elektroda pa je MnO2, SOCL2, (CFx)n itd. V praktično uporabo je bila dana v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja.Zaradi visoke energije, visoke napetosti baterije, širokega razpona delovne temperature in dolge življenjske dobe se pogosto uporablja v vojaških in civilnih majhnih električnih napravah, kot so mobilni telefoni, prenosni računalniki, video kamere, fotoaparati itd. zamenjava tradicionalnih baterij..
3. Obeti razvoja litij-ionskih baterij
Litij-ionske baterije se zaradi svojih edinstvenih funkcionalnih prednosti pogosto uporabljajo v prenosnih napravah, kot so prenosni računalniki, video kamere in mobilne komunikacije.Litij-ionska baterija velike zmogljivosti, ki je bila razvita zdaj, je bila preizkušena v električnih vozilih in ocenjuje se, da bo postala eden od primarnih virov energije za električna vozila v 21. stoletju in se bo uporabljala v satelitih, letalstvu in shranjevanju energije .
4. Osnovna funkcija baterije
(1) Napetost odprtega tokokroga baterije
(2) Notranji upor baterije
(3) Delovna napetost baterije
(4) Polnilna napetost
Napetost polnjenja se nanaša na napetost, ki jo na obeh koncih baterije dovaja zunanji vir napajanja, ko se sekundarna baterija polni.Osnovni načini polnjenja vključujejo polnjenje s konstantnim tokom in polnjenje s konstantno napetostjo.Na splošno se uporablja polnjenje s konstantnim tokom, njegova značilnost pa je, da je polnilni tok med postopkom polnjenja stabilen.Ko polnjenje napreduje, se aktivni material obnovi, reakcijsko območje elektrode se nenehno zmanjšuje in polarizacija motorja se postopoma povečuje.
(5) Kapaciteta baterije
Kapaciteta baterije se nanaša na količino električne energije, pridobljene iz baterije, ki je običajno izražena s C, enota pa je običajno izražena z Ah ali mAh.Zmogljivost je pomemben cilj električne zmogljivosti baterije.Zmogljivost baterije je običajno razdeljena na teoretično zmogljivost, praktično zmogljivost in nazivno zmogljivost.
Kapaciteta baterije je določena z zmogljivostjo elektrod.Če kapaciteti elektrod nista enaki, je kapaciteta baterije odvisna od elektrode z manjšo kapaciteto, nikakor pa ni vsota kapacitet pozitivne in negativne elektrode.
(6) Funkcija shranjevanja in življenjska doba baterije
Ena od glavnih značilnosti kemičnih virov energije je, da lahko sproščajo električno energijo, ko so v uporabi, in shranijo električno energijo, ko niso v uporabi.Tako imenovana funkcija shranjevanja je zmožnost vzdrževanja polnjenja sekundarne baterije.
V zvezi s sekundarno baterijo je življenjska doba pomemben parameter za merjenje zmogljivosti baterije.Sekundarna baterija se napolni in izprazni enkrat, kar se imenuje cikel (ali cikel).Pod določenim merilom polnjenja in praznjenja se število časov polnjenja in praznjenja, ki jih baterija lahko prenese, preden kapaciteta baterije doseže določeno vrednost, imenuje delovni cikel sekundarne baterije.Litij-ionske baterije imajo odlično zmogljivost shranjevanja in dolgo življenjsko dobo.
Litijeve baterije – lastnosti
A. Visoka energijska gostota
Teža litij-ionske baterije je polovica teže nikelj-kadmijeve ali nikelj-vodikove baterije enake kapacitete, prostornina pa 40-50 % nikelj-kadmijeve in 20-30 % nikelj-vodikove baterije. .
B. Visoka napetost
Delovna napetost ene same litij-ionske baterije je 3,7 V (povprečna vrednost), kar je enakovredno trem zaporedno vezanim nikelj-kadmijevim ali nikelj-metal-hidridnim baterijam.
C. Brez onesnaževanja
Litij-ionske baterije ne vsebujejo škodljivih kovin, kot so kadmij, svinec in živo srebro.
D. Ne vsebuje kovinskega litija
Litij-ionske baterije ne vsebujejo kovinskega litija in zato zanje ne veljajo predpisi, kot je prepoved nošenja litijevih baterij na potniških letalih.
E. Življenjska doba visokega cikla
V normalnih pogojih imajo lahko litij-ionske baterije več kot 500 ciklov polnjenja in praznjenja.
F. Brez spominskega učinka
Spominski učinek se nanaša na pojav, da se zmogljivost nikelj-kadmijeve baterije med ciklom polnjenja in praznjenja zmanjša.Litij-ionske baterije nimajo tega učinka.
G. Hitro polnjenje
Z uporabo polnilnika s konstantnim tokom in konstantno napetostjo z nazivno napetostjo 4,2 V lahko popolnoma napolnite litij-ionsko baterijo v eni do dveh urah.
Litijeva baterija – princip in zgradba litijeve baterije
1. Struktura in princip delovanja litij-ionske baterije: tako imenovana litij-ionska baterija se nanaša na sekundarno baterijo, sestavljeno iz dveh spojin, ki lahko reverzibilno interkalirata in deinterkalirata litijeve ione kot pozitivne in negativne elektrode.Ljudje imenujejo to litij-ionsko baterijo z edinstvenim mehanizmom, ki temelji na prenosu litijevih ionov med pozitivno in negativno elektrodo za dokončanje postopka polnjenja in praznjenja baterije, kot "baterija za gugalni stol", splošno znana kot "litijeva baterija". .Vzemimo za primer LiCoO2: (1) Ko je baterija napolnjena, se litijevi ioni deinterkalirajo iz pozitivne elektrode in interkalirajo v negativno elektrodo, in obratno, ko se izprazni.To zahteva, da je elektroda pred sestavljanjem v stanju interkalacije litija.Na splošno je kot pozitivna elektroda izbran litijev interkalacijski oksid prehodne kovine s potencialom, večjim od 3 V glede na litij in stabilen na zraku, kot so LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Za materiale, ki so negativne elektrode, izberite interkalirane litijeve spojine, katerih potencial je čim bližje potencialu litija.Na primer, različni ogljikovi materiali vključujejo naravni grafit, sintetični grafit, ogljikova vlakna, mezofazni sferični ogljik itd. in kovinske okside, vključno s SnO, SnO2, kositrov kompozitni oksid SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) itd.
litijeva baterija
2. Akumulator na splošno vključuje: pozitivni, negativni, elektrolit, separator, pozitivni svinec, negativno ploščo, osrednji terminal, izolacijski material (izolator), varnostni ventil (varnostni ventil), tesnilni obroč (tesnilo), PTC (pozitivni terminal za nadzor temperature), ohišje baterije.Na splošno so ljudje bolj zaskrbljeni zaradi pozitivne elektrode, negativne elektrode in elektrolita.
litijeva baterija
Primerjava strukture litij-ionske baterije
Glede na različne katodne materiale je razdeljen na železov litij, kobaltov litij, manganov litij itd.;
Glede na klasifikacijo oblik je na splošno razdeljen na cilindrične in kvadratne, polimerne litijeve ione pa je mogoče izdelati tudi v poljubni obliki;
Glede na različne elektrolitske materiale, ki se uporabljajo v litij-ionskih baterijah, lahko litij-ionske baterije razdelimo v dve kategoriji: tekoče litij-ionske baterije (LIB) in polprevodniške litij-ionske baterije.PLIB) je neke vrste polprevodniška litij-ionska baterija.
elektrolit
Shell/Package Barrier Current Collector
Tekoča litij-ionska baterija Tekoče nerjaveče jeklo, aluminij 25μPE bakrena folija in aluminijasta folija polimerna litij-ionska baterija koloidni polimer aluminij/PP kompozitni film brez pregrade ali enojna bakrena folija μPE in aluminijasta folija
Litijeve baterije – Funkcija litij-ionskih baterij
1. Visoka energijska gostota
V primerjavi z NI/CD ali NI/MH baterijami enake kapacitete so litij-ionske baterije manjše teže, njihova prostorninska specifična energija pa je 1,5- do 2-krat večja od teh dveh vrst baterij.
2. Visoka napetost
Litij-ionske baterije uporabljajo litijeve elektrode, ki vsebujejo visoko elektronegativne elemente, za doseganje napetosti na terminalih do 3,7 V, kar je trikratna napetost baterij NI/CD ali NI/MH.
3. Ne onesnažuje, okolju prijazen
4. Dolga življenjska doba
Življenjska doba presega 500-krat
5. Visoka nosilnost
Litij-ionske baterije se lahko nenehno praznijo z velikim tokom, tako da se lahko ta baterija uporablja v napravah visoke moči, kot so kamere in prenosni računalniki.
6. Odlična varnost
Zaradi uporabe odličnih anodnih materialov je problem rasti litijevega dendrita med polnjenjem baterije premagan, kar močno izboljša varnost litij-ionskih baterij.Hkrati so izbrani posebni obnovljivi dodatki, ki zagotavljajo varnost baterije med uporabo.
Litijeva baterija – način polnjenja litij-ionske baterije
Metoda 1. Preden je litij-ionska baterija zapustila tovarno, je proizvajalec izvedel aktivacijsko obdelavo in predhodno napolnil, tako da ima litij-ionska baterija preostalo moč, litij-ionska baterija pa se polni glede na obdobje prilagajanja.To prilagoditveno obdobje je treba opraviti 3- do 5-krat v celoti.Praznjenje.
Metoda 2. Pred polnjenjem litij-ionske baterije ni treba posebej izprazniti.Nepravilno praznjenje poškoduje baterijo.Pri polnjenju poskusite uporabiti počasno polnjenje in zmanjšajte hitro polnjenje;čas ne sme presegati 24 ur.Šele potem, ko bo baterija opravila tri do pet popolnih ciklov polnjenja in praznjenja, bodo njene notranje kemikalije popolnoma "aktivirane" za optimalno uporabo.
3. način. Uporabite originalni polnilnik ali polnilnik priznane blagovne znamke.Za litijeve baterije uporabite poseben polnilec za litijeve baterije in upoštevajte navodila.V nasprotnem primeru se baterija poškoduje ali celo tvega.
4. način. Na novo kupljena baterija je litij-ionska, zato se prvih 3- do 5-kratno polnjenje na splošno imenuje obdobje prilagajanja in jo je treba polniti več kot 14 ur, da zagotovite, da je aktivnost litijevih ionov popolnoma aktivirana.Litij-ionske baterije nimajo spominskega učinka, imajo pa močno inertnost.Morali bi biti v celoti aktivirani, da bi zagotovili najboljše delovanje v prihodnjih aplikacijah.
Metoda 5. Litij-ionska baterija mora uporabljati poseben polnilnik, sicer morda ne bo dosegla stanja nasičenosti in vplivala na njeno delovanje.Po polnjenju je ne postavljajte na polnilnik za več kot 12 ur in ločite baterijo od mobilnega elektronskega izdelka, ko je dlje časa ne uporabljate.
Litijeva baterija – uporaba
Z razvojem tehnologije mikroelektronike v dvajsetem stoletju je miniaturiziranih naprav iz dneva v dan več, kar postavlja visoke zahteve glede napajanja.Litijeve baterije so nato vstopile v obsežno praktično fazo.
Najprej so ga uporabili v srčnih spodbujevalnikih.Ker je stopnja samopraznjenja litijevih baterij izjemno nizka, je napetost praznjenja visoka.Omogoča vsaditev srčnega spodbujevalnika v človeško telo za dolgo časa.
Litijeve baterije imajo na splošno nazivno napetost višjo od 3,0 voltov in so primernejše za napajalnike z integriranim vezjem.Baterije z manganovim dioksidom se pogosto uporabljajo v računalnikih, kalkulatorjih, fotoaparatih in urah.
Primer uporabe
1. Obstaja veliko baterijskih sklopov kot nadomestkov za popravila akumulatorskih paketov: na primer tistih, ki se uporabljajo v prenosnih računalnikih.Po popravilu je bilo ugotovljeno, da imajo ob poškodbi tega paketa baterij težave le posamezne baterije.Zamenjati ga je mogoče z ustrezno enocelično litijevo baterijo.
2. Izdelava miniaturne svetilke z visoko svetilnostjo Avtor je nekoč uporabil eno samo litijevo baterijo 3,6V1,6AH z belo cevjo za oddajanje svetlobe super svetlosti, da bi naredil miniaturno svetilko, ki je enostavna za uporabo, kompaktna in lepa.In zaradi velike kapacitete baterije ga lahko v povprečju uporabljamo pol ure vsako noč, brez polnjenja pa ga uporabljamo več kot dva meseca.
3. Alternativni 3V napajalnik
Ker je napetost enocelične litijeve baterije 3,6 V.Tako lahko samo ena litijeva baterija nadomesti dve navadni bateriji za napajanje malih gospodinjskih aparatov, kot so radijski sprejemniki, walkmani, fotoaparati itd., ki ni le majhna, ampak tudi dolgotrajna.
Material anode litij-ionske baterije – litijev titanat
Lahko se kombinira z litijevim manganatom, ternarnimi materiali ali litijevim železovim fosfatom in drugimi pozitivnimi materiali, da se tvorijo 2,4 V ali 1,9 V litij-ionske sekundarne baterije.Poleg tega se lahko uporablja tudi kot pozitivna elektroda za oblikovanje 1,5 V litijeve baterije s sekundarno baterijo z negativno elektrodo iz kovinskega litija ali litijeve zlitine.
Zaradi visoke varnosti, visoke stabilnosti, dolgoživosti in zelenih lastnosti litijevega titanata.Lahko se predvideva, da bo material litijevega titanata v 2-3 letih postal material negativne elektrode nove generacije litij-ionskih baterij in se bo široko uporabljal v novih pogonskih vozilih, električnih motociklih in tistih, ki zahtevajo visoko varnost, visoko stabilnost in dolg cikel.področje uporabe.Delovna napetost litij-titanatne baterije je 2,4 V, najvišja napetost je 3,0 V, polnilni tok pa je do 2C.
Sestava baterije iz litij-titanata
Pozitivna elektroda: litijev železov fosfat, litijev manganat ali ternarni material, litijev nikelj manganat.
Negativna elektroda: material litijev titanat.
Pregrada: trenutna pregrada litijeve baterije z ogljikom kot negativno elektrodo.
Elektrolit: elektrolit iz litijeve baterije z ogljikom kot negativno elektrodo.
Ohišje baterije: ohišje litijeve baterije z ogljikom kot negativno elektrodo.
Prednosti litij-titanatnih baterij: izbira električnih vozil za zamenjavo vozil na gorivo je najboljša izbira za reševanje onesnaževanja mestnega okolja.Med njimi so veliko pozornost raziskovalcev pritegnile litij-ionske baterije.Da bi izpolnili zahteve električnih vozil za vgrajene litij-ionske baterije, so njegove vroče točke in težave raziskave in razvoj. Negativni materiali z visoko varnostjo, dobro zmogljivostjo in dolgo življenjsko dobo.
Komercialne negativne elektrode litij-ionskih baterij večinoma uporabljajo ogljikove materiale, vendar je pri uporabi litijevih baterij, ki uporabljajo ogljik kot negativno elektrodo, še vedno nekaj pomanjkljivosti:
1. Litijevi dendriti se zlahka oborijo med prekomernim polnjenjem, kar povzroči kratek stik baterije in vpliva na varnostno funkcijo litijeve baterije;
2. Enostavno je oblikovati film SEI, kar ima za posledico nizko začetno moč polnjenja in praznjenja ter veliko nepovratno zmogljivost;
3. To pomeni, da je napetost platforme ogljikovih materialov nizka (blizu kovinskega litija) in je enostavno povzročiti razgradnjo elektrolita, kar bo prineslo varnostna tveganja.
4. V procesu vstavljanja in ekstrakcije litijevega iona se volumen močno spremeni, stabilnost cikla pa je slaba.
V primerjavi z ogljikovimi materiali ima spinelni Li4Ti5012 pomembne prednosti:
1. je material brez deformacij in ima dobro kroženje;
2. Napetost praznjenja je stabilna in elektrolit se ne razgradi, kar izboljša varnostno delovanje litijevih baterij;
3. V primerjavi z ogljikovimi anodnimi materiali ima litijev titanat visok difuzijski koeficient litijevega iona (2*10-8 cm2/s) in ga je mogoče polniti in prazniti z visoko hitrostjo.
4. Potencial litijevega titanata je višji od potenciala čistega kovinskega litija in ni lahko ustvariti litijevih dendritov, kar zagotavlja osnovo za zagotavljanje varnosti litijevih baterij.
vzdrževalni krog
Sestavljen je iz dveh tranzistorjev z efektom polja in namenskega vzdrževalnega integriranega bloka S-8232.Cev za nadzor prenapolnjenosti FET2 in cev za nadzor prekomernega praznjenja FET1 sta zaporedno povezani v vezje, napetost akumulatorja pa spremlja in nadzira vzdrževalni IC.Ko napetost akumulatorja naraste na 4,2 V, se cev za vzdrževanje prenapolnjenosti FET1 izklopi in polnjenje se prekine.Da bi se izognili motnjam v delovanju, se v zunanje vezje običajno doda zakasnilni kondenzator.Ko je baterija izpraznjena, napetost baterije pade na 2,55.
Čas objave: 30. marec 2023