Litijumska baterija je nova vrsta visokoenergetske baterije koja se može razviti u 20. stoljeću. Može se shvatiti kao litijum-litijum-litijum-polimer, litijum-jon-a (vrlo malo ionska baterija (sada široko korištena) zbog visokih specifičnih energije, visokih napona baterije, široko radna temperatura raspon i dug životni vijek, široko se koristio u vojnim i civilnim malim električnim aparatima, poput mobilnih telefona, prenosivih računara, kamera, kamera itd. {. i ima djelomično zamijenjene tradicionalne baterije .
01 Porijeklo i razvoj litijum-jonskih baterija
1970-ih, m . S . Whittingham iz exxona koristio je titanijumski sulfid kao pozitivni elektroda i metalni litijum kao negativni materijal elektrode kako bi se prva litijumska baterija učinila .
1980. J . Goodenough je otkrio da se litijum-kobaltni oksid može koristiti kao pozitivni materijal elektrode litijum-jonskih baterija .
1982. godine, R . R . Selman Ilinoisovog instituta za tehnologiju otkrio je da su litijum-joni ugrađeni u grafitni, a taj proces je brz i reverzibilan. Ugrađeni u grafit za pravljenje punjivih baterija . Prva upotrebljiva litijum-jonska grafitna elektroda uspješno je probnuta od zvonara zvona, .
1983. godine, J . Goodenough i drugi su otkrili da je manganov spintel odlični materijal za elektrodu sa niskom cijenom, stabilnošću i odličnom električnom i litijumskom kobaltnom oksidu . čak i ako se pojave kratki spoj ili previsovanje, može izbjeći opasnost od sagorevanja i Eksplozija .
1989. godine, . Manthiram i J . Goodenough otkrio je da će pozitivna elektroda koristiti polimerizirane anioni proizvesti viši napon .
1991. godine, Sony je objavio prvu komercijalnu litijum-jonsku bateriju . litijum-jonske baterije revolucionirale izgled potrošačke elektronike .
1996. godine Padhi i Goodenough otkrili su da su fosfati sa olivinskim konstrukcijama, poput litijumskog gvožđeg fosfata (LIFEPO4), superiorniji od tradicionalnih materijala za pozitivne elektrode, te su stoga postali trenutni matični materijali za pozitivne elektrode .
Slika
Litijum-jonske baterije (li-jonske baterije) razvijene su iz litijumskih baterija, kako bismo prvo uvodeli litijumske baterije . baterije sa litijumskim baterijama ili tionil hlorid, a negativna elektroda je litijumska . nakon što se baterija sastavlja, baterija je . Može se napuniti i napon i ne treba napuniti ., ali performanse ciklusa nije dobro . tokom ciklusa punjenja i pražnjenja, uzrokujući unutrašnje kratke krugove u bateriji, tako da je u normalnim okolnostima zabranjeno da se ova vrsta baterije zabranjena .
Kasnije je Sony Corporation iz Japana izmislila litijumsku bateriju sa ugljičnim materijalom kao negativna elektroda i litijum-a koji sadrže sredstva kao pozitivnu elektrodu . tokom postupka punjenja i pražnjenja, ne postoji metalni ioni . ovo je litijum-jonska baterija .
Početkom 1990-ih, kompanija za razvoj energije u Japanu i Moli Energetskoj kompaniji Kanade, odnosno je razvila novu vrstu litijum-jonske baterije, a ne samo da ima i ekološki prihvatljivi, a na zahtjev za električnom energijom, a litijumske baterije postale su jedna od najbrže rastućih polja.
02 Struktura i princip litijum-jonskih baterija
(1) Glavne komponente litijum-jonskih baterija:
① Pozitivna elektroda - aktivni materijali se uglavnom odnose na litijum-kobaltni oksid, litijumski gvožđe fosfat, litijumski nikl oksid, nikl kobaltni manganski oksid, itd. . Kolekcionar struje, obično koristi aluminijumsku foliju sa debljinom od 10-20 mikrona;
② Dijafragma - poseban plastični film koji omogućava prolaze litijum-ioni, ali je izolator za elektrone ., uglavnom su dvije vrste: PE i PP i njihove kombinacije . Postoji i vrsta alumina membranske prevlake;
③ negativna elektroda - aktivni materijal se uglavnom odnosi na grafit, litijum-titanat ili ugljični materijal sa strukturom sličnom grafitnom . kolekcionar koji provodi bakrene folije s debljinom od 7-15 mikrona;
④ Electrolyte - općenito organski sistem, poput karbonatnih otapala rastvorenih s litijum-heksafluorofosfatom, a neke polimerne baterije koriste gel elektrolite;
⑤ Školjka baterije - uglavnom podijeljena u tvrdu školjku (čelična školjka, aluminijska školjka, poniklarovana željezna školjka, itd. .) i mekani paket (aluminijski-plastični film) .
Slika
Kada se baterija napuni, litijum-joni se ne mogu ugraditi u negativnu elektrodu i obrnuto tokom pražnjenja, a to se nalazi u litijum-interkaliziranom metalnim litijumskim litijumskim sektorima u odnosu na više od 3V u odnosu na litijum i stabilan u zraku, poput Licoo2, Linio2 i Limn2o 4.
Kao što su negativni materijal elektrode, odabire se litijum-ugradni spojevi s potencijalom koji su bliski litijumskim potencijalima, poput prirodnog grafita, sintetičkog grafita, karbonskih vlakana, mezofaze, i metalnih oksida, uključujući snu, snbxxpyoz (x =0.4 ~ 0 . 6, y =0.6 ~ 0,4, z=X +5 y) / 2), itd.
Elektrolit prihvaća mješoviti sistem otapala alkilnih karbonata poput etilen karbonata (EZ), propilen karbonat (PC) i dietil karbonat niskog viskoznosti (dec) Lipf 6.
Dijafragm prihvaća poliolefinske mikroporozne membrane kao što su PE, PP ili njihove kompozitne membrane, a troslojnu membraj PP / PP, koja ne samo da ima nisku talinu, već ima i veliku čvrstoću otpora u probojstvu, što reprodukuje ulogu toplotnog osiguranja.
Školjka je izrađena od čelika ili aluminija, a sklop poklopca ima funkciju isključivanja eksplozije otporno na eksploziju .
(2) osnovni princip rada
Kad se baterija napuni, litijumski ioni puštaju se iz litijumskih iona, a litijum-joni prelaze na negativnu elektrodu u negativnu strukturu s mnogim mikroporovima koji dostižu negativnu elektrodu ugrađuju u mikroporore ugljičnog sloja . što su više litijum-jona Ugrađeni, veći kapacitet punjenja .
Kada se baterija otpusti (to je proces korištenja baterije), litijum-joni ugrađeni u ugljični sloj negativne elektrode, što se više odvijaju na pozitivnu elektrodu, što je veći kapacitet za pražnjenje . Ono što obično nazivamo kapacitet baterije .
Tijekom postupka punjenja i ispuštanja litijum-joni su u stanju kretanja iz pozitivne elektrode → pozitivna elektroda, a dva pola kaseta, a na dva kraja katedre za ljuljanje ., zato se nazivaju i litijum-jonske baterije nazivaju i stolić za ljuljanje baterije .
Slika
Slika
Mehanizam punjenja i pražnjenja
Proces punjenja litijum-jonskih baterija podijeljen je u dvije faze: konstantna trenutna faza punjenja i konstantna napona struju smanjujući fazu punjenja .
Preplaćivanje i pražnjenje litijum-jonskih baterija uzrokovat će trajno oštećenje pozitivnih i negativnih elektroda . Prepuštanje ugljičnog lima negativne elektrode da se kolaps, a kolaps će spriječiti umetnuti litijum-ove ione tokom punjenja; Preoplativanje uzrokuje da se previše litijumskih jona ugrađuju u ugljičnu strukturu negativne elektrode, uzrokujući neke od litijum-jona da se više ne puštaju .
Najbolje metoda punjenja i ispuštanja za održavanje performansi su plitki punjenje i plitko pražnjenje . općenito, 60% DOD je 2 do 4 puta više od ciklusa u iznosu od 100% DoD-a .
03 Glavni pokazatelji performansi litijum-jonskih baterija
(1) Kapacitet baterije
Kapacitet baterije može se podijeliti na nazivni kapacitet i stvarni kapacitet . naziva električne energije u iznosu od 5 h pod visokim temperaturama od 20 stepeni, a stvarni kapacitet baterije odnosi se na stvarnu količinu električne energije koja se baterija pod određenim ispuštanjem pražnjeva Brzina i temperatura (tako strogo govoreći, kapacitet baterije treba ukazivati na uvjeti punjenja i pražnjenja) .
Jedinica kapaciteta: Mah, Ah (1Ah =1000 mah) .
(2) Unutarnji otpor baterije
Unutarnji otpor baterije odnosi se na otpor koji se nailazi na tekućinu bateriju kada se baterija sastoji od dva dijela: Unutarnji otpor u malim pražnjivima, kao što su baterija, proces proizvodnje i struktura baterije . unutarnji otpor baterije Važan parametar za mjerenje performansi baterije .
(3) napon
Napon otvorenog kruga odnosi se na potencijalnu razliku između pozitivnih i negativnih elektroda baterije, odnosno ne postoji struja u krugu litijum-jonske baterije, a otprilike 3;. stanje baterije može se odrediti otvaranjem baterije otvorenog Napon kruga.
Radni napon, poznat i kao terminalni napon, odnosi se na potencijalnu razliku između pozitivnih i negativnih elektroda baterije, to je u radnom stanju, jer je u krugu u nastavku, tako da je radni napon uvijek niži od napona otvorenog kruga . istinit je prilikom punjenja . Radni napon od litijum-jonskih baterija je oko 3 . 6V.
(4) Vrijeme platforme za pražnjenje
Vrijeme platforme za pražnjenje odnosi se na vrijeme pražnjenja kada se baterija potpuno napuni na određeni napon . Vrijeme platforme za ispiranje ternarne baterije na 3 {{ili}} 6V na stalnom naponu, a struja punjenja je manja od 0. 02C. Tada je baterija potpuno napunjena i ostavljena sama 10 minuta. Vrijeme ispuštanja kada se baterija ispušta na 3,6 V na bilo kojoj struji pražnjenja je vrijeme platforma za pražnjenje u toj struji.
Budući da neki električni uređaji koriste litijum-jonske baterije, ako je napon, ako je napon niži od potrebne vrijednosti, neće raditi . dakle, platforma za pražnjenje je jedan od važnih kriterija za mjerenje performansi baterija .
(5) Stopa naplate i ispuštanja
Stopa punjenja i otpuštanja odnosi se na trenutnu vrijednost potrebnu za bateriju kako bi se izvršio svoj nazivni kapacitet u određenom vremenu {{{0}), na primjer, ako je nominalni nazivni kapacitet baterije 10a, tada je 10A 1c (1), 5A je 10c, a tako dalje.
(6) Stopa samozaslužnog pražnjenja
Kapacitet samozaslovna, poznat i kao pridržavanje punjenja, odnosi se na sposobnost baterije da se zadrži količinu struje pohranjene u bateriju pod određenim uvjetima u otvorenom krugu, kao što su uvjeti proizvodnje, materijala i pohrane baterije .
(7) efikasnost
Učinkovitost punjenja odnosi se na mjeru stupnjeva u kojoj se baterija konzumira u kemijskoj energiji koja se baterija može pohraniti ., to uglavnom utječe na temperaturu baterije, što je veća temperatura okoline, niža efikasnost punjenja .
Učinkovitost pražnjenja odnosi se na omjer stvarne količine električne energije u određenim uslovima pražnjenja na nazivni kapacitet baterije, kao što su temperatura ispuštanja, što je veća, što je niža efektivnost pražnjenja . niža temperatura, manja učinkovitost pražnjenja .
(8) Život za bicikle
Ciklus baterije odnosi se na broj punjenja i pražnjenja, a baterija je pod određenim punjenjem i režimom pražnjenja kada se baterija padne na određenu vrijednost za litijum-jonske baterije da je brzina zadržavanja baterije nakon 500 ciklusa na 1C-u iznad 60% .
04 Glavne klasifikacije litijum-jonskih baterija
① Prema različitim elektrolitnim materijalima koji se koriste u litijumskim baterijama, litijumske baterije mogu se podijeliti u dvije kategorije: tečne litijumske baterije (litijum-jonske baterije, skraćene litijumske baterije (polimerne litijumske baterije (polimerne litijum-jonske baterije) skraćeno kao usna) .
② Prema načinu punjenja, mogu se podijeliti u dvije kategorije: ne punjiva i punjiva .
③ litijumski izgled baterije: kvadratna litijumska baterija (kao što je najčešće korištene baterije za mobilne telefone) i cilindrično (poput 18650, 18500);
④ litijumski akumulatorski ambalažni materijali: litijumska baterija od aluminija, litijumska baterija, čelična školjka, meko pakovanje baterija;
⑤ litijumska baterija iz materijala pozitivnih i negativnih elektroda (aditivi): litijum kobaltni oksid (Licoo2) baterija, litijum manganski oksid (limn2o4), litijumčaro željezo fosfatna baterija litijumske baterije
