Litiumbatteri är en typ av batteri som använder litiummetall eller litiumlegering som negativt elektrodmaterial och använder en icke-vattenhaltig elektrolytlösning.Det tidigast presenterade litiumbatteriet kom från den store uppfinnaren Edison.
Litiumbatterier – Litiumbatterier
litiumbatteri
Litiumbatteri är en typ av batteri som använder litiummetall eller litiumlegering som negativt elektrodmaterial och använder en icke-vattenhaltig elektrolytlösning.Det tidigast presenterade litiumbatteriet kom från den store uppfinnaren Edison.
Eftersom litiummetallens kemiska egenskaper är mycket aktiva har bearbetning, lagring och applicering av litiummetall mycket höga miljökrav.Därför har litiumbatterier inte använts på länge.
Med utvecklingen av mikroelektronikteknik under 1900-talet ökar miniatyriserade enheter dag för dag, vilket ställer höga krav på strömförsörjning.Litiumbatterier har då gått in i ett storskaligt praktiskt skede.
Det användes först i pacemakers.Eftersom självurladdningshastigheten för litiumbatterier är extremt låg är urladdningsspänningen brant.Det gör det möjligt att implantera pacemakern i människokroppen under lång tid.
Litiumbatterier har i allmänhet en nominell spänning högre än 3,0 volt och är mer lämpade för strömförsörjning med integrerade kretsar.Mangandioxidbatterier används ofta i datorer, miniräknare, kameror och klockor.
För att utveckla sorter med bättre prestanda har olika material studerats.Och sedan göra produkter som aldrig förr.Till exempel är litiumsvaveldioxidbatterier och litiumtionylkloridbatterier mycket särskiljande.Deras positiva aktiva material är också ett lösningsmedel för elektrolyten.Denna struktur är endast närvarande i icke-vattenhaltiga elektrokemiska system.Därför har studiet av litiumbatterier också främjat utvecklingen av den elektrokemiska teorin om icke-vattenhaltiga system.Utöver användningen av olika icke-vattenhaltiga lösningsmedel har det också gjorts forskning om tunnfilmsbatterier av polymer.
1992 utvecklade Sony framgångsrikt litiumjonbatterier.Dess praktiska tillämpning minskar vikten och volymen avsevärt för bärbara elektroniska enheter som mobiltelefoner och bärbara datorer.Användningstiden förlängs kraftigt.Eftersom litiumjonbatterier inte innehåller tungmetallkrom, jämfört med nickel-krombatterier, minskar föroreningen av miljön avsevärt.
1. Litiumjonbatteri
Litiumjonbatterier är nu indelade i två kategorier: flytande litiumjonbatterier (LIB) och polymera litiumjonbatterier (PLB).Bland dem hänvisar det flytande litiumjonbatteriet till det sekundära batteriet där Li + interkaleringsföreningen är de positiva och negativa elektroderna.Den positiva elektroden väljer litiumföreningen LiCoO2 eller LiMn2O4, och den negativa elektroden väljer mellanskiktsföreningen litium-kol.Litiumjonbatterier är en idealisk drivkraft för utveckling under 2000-talet på grund av deras höga driftspänning, ringa storlek, låga vikt, höga energi, ingen minneseffekt, inga föroreningar, låga självurladdning och långa livslängd.
2. En kort historik om utvecklingen av litiumjonbatterier
Litiumbatterier och litiumjonbatterier är nya högenergibatterier som framgångsrikt utvecklades under 1900-talet.Den negativa elektroden på detta batteri är metalllitium, och den positiva elektroden är MnO2, SOCL2, (CFx)n, etc. Den togs i praktisk användning på 1970-talet.På grund av dess höga energi, höga batterispänning, breda driftstemperaturområde och långa lagringstid har den använts i stor utsträckning i militära och civila små elektriska apparater, såsom mobiltelefoner, bärbara datorer, videokameror, kameror, etc., delvis ersätter traditionella batterier..
3. Utvecklingsutsikter för litiumjonbatterier
Litiumjonbatterier har använts i stor utsträckning i bärbara apparater som bärbara datorer, videokameror och mobilkommunikation på grund av deras unika funktionella fördelar.Det nu utvecklade litiumjonbatteriet med stor kapacitet har testats i elfordon och det uppskattas att det kommer att bli en av de primära kraftkällorna för elfordon under 2000-talet och kommer att användas i satelliter, rymd- och energilagring .
4. Batteriets grundläggande funktion
(1) Batteriets öppen kretsspänning
(2) Batteriets inre motstånd
(3) Batteriets driftspänning
(4) Laddningsspänning
Laddningsspänningen hänvisar till spänningen som appliceras på båda ändarna av batteriet av den externa strömförsörjningen när det sekundära batteriet laddas.De grundläggande metoderna för laddning inkluderar konstant strömladdning och konstant spänningsladdning.Generellt används konstant strömladdning, och dess egenskap är att laddningsströmmen är stabil under laddningsprocessen.När laddningen fortskrider återvinns det aktiva materialet, elektrodens reaktionsarea reduceras kontinuerligt och motorns polarisering ökas gradvis.
(5) Batterikapacitet
Batterikapacitet hänvisar till mängden elektricitet som erhålls från batteriet, vilket vanligtvis uttrycks med C, och enheten uttrycks vanligtvis med Ah eller mAh.Kapacitet är ett viktigt mål för batteriets elektriska prestanda.Batteriets kapacitet brukar delas in i teoretisk kapacitet, praktisk kapacitet och nominell kapacitet.
Batterikapaciteten bestäms av elektrodernas kapacitet.Om elektrodernas kapacitet inte är lika beror batteriets kapacitet på elektroden med den mindre kapaciteten, men det är inte på något sätt summan av de positiva och negativa elektrodernas kapacitet.
(6) Lagringsfunktion och batteriets livslängd
En av de primära egenskaperna hos kemiska kraftkällor är att de kan frigöra elektrisk energi när de används och lagra elektrisk energi när de inte används.Den så kallade lagringsfunktionen är möjligheten att upprätthålla laddningen för sekundärbatteriet.
När det gäller sekundärbatteriet är livslängden en viktig parameter för att mäta batteriets prestanda.Ett sekundärt batteri laddas och laddas ur en gång, en så kallad cykel (eller cykel).Under ett visst laddnings- och urladdningskriterium kallas antalet laddnings- och urladdningstider som batteriet klarar innan batterikapaciteten når ett visst värde för sekundärbatteriets driftscykel.Litiumjonbatterier har utmärkt lagringsprestanda och lång livslängd.
Litiumbatterier – Funktioner
A. Hög energitäthet
Vikten av litiumjonbatteriet är hälften av nickel-kadmium- eller nickel-vätebatteriet med samma kapacitet, och volymen är 40-50% av nickel-kadmium och 20-30% av nickel-väte-batteriet .
B. Högspänning
Driftspänningen för ett enda litiumjonbatteri är 3,7V (medelvärde), vilket motsvarar tre seriekopplade nickel-kadmium- eller nickelmetallhydridbatterier.
C. Ingen förorening
Litiumjonbatterier innehåller inga skadliga metaller som kadmium, bly och kvicksilver.
D. Innehåller inte metalliskt litium
Litiumjonbatterier innehåller inte metalliskt litium och omfattas därför inte av regler som till exempel förbudet att medföra litiumbatterier på passagerarflygplan.
E. Hög cykellivslängd
Under normala förhållanden kan litiumjonbatterier ha mer än 500 laddnings-urladdningscykler.
F. Ingen minneseffekt
Minneseffekten syftar på fenomenet att nickel-kadmiumbatteriets kapacitet minskar under laddnings- och urladdningscykeln.Litiumjonbatterier har inte denna effekt.
G. Snabbladdning
Genom att använda en laddare med konstant ström och konstant spänning med en märkspänning på 4,2V kan litiumjonbatteriet laddas helt på en till två timmar.
Litiumbatteri – Litiumbatteriets princip och struktur
1. Struktur och arbetsprincip för litiumjonbatteri: Det så kallade litiumjonbatteriet hänvisar till ett sekundärt batteri som består av två föreningar som reversibelt kan interkalera och deinterkalera litiumjoner som positiva och negativa elektroder.Människor kallar detta litiumjonbatteri med en unik mekanism, som är beroende av överföringen av litiumjoner mellan de positiva och negativa elektroderna för att slutföra batteriets laddning och urladdning, som ett "gungstolsbatteri", allmänt känt som "litiumbatteri" .Ta LiCoO2 som ett exempel: (1) När batteriet är laddat deinterkaleras litiumjoner från den positiva elektroden och interkaleras i den negativa elektroden, och vice versa vid urladdning.Detta kräver att en elektrod är i ett tillstånd av litiuminterkalering före montering.I allmänhet väljs en övergångsmetalloxid för litiuminterkalering med en potential större än 3V i förhållande till litium och stabil i luft som den positiva elektroden, såsom LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) För material som är negativa elektroder, välj interkalerbara litiumföreningar vars potential är så nära litiumpotentialen som möjligt.Till exempel inkluderar olika kolmaterial naturlig grafit, syntetisk grafit, kolfiber, mesofas sfäriskt kol, etc. och metalloxider, inklusive SnO, SnO2, tennkompositoxid SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5y)/2) osv.
litiumbatteri
2. Batteriet innehåller vanligtvis: positiv, negativ, elektrolyt, separator, positiv ledning, negativ platta, central terminal, isoleringsmaterial (isolator), säkerhetsventil ( säkerhetsventil), tätningsring (packning), PTC (positiv temperaturkontrollterminal), batteriväska.I allmänhet är människor mer bekymrade över den positiva elektroden, den negativa elektroden och elektrolyten.
litiumbatteri
Jämförelse av litiumjonbatteristruktur
Enligt olika katodmaterial är den uppdelad i järnlitium, koboltlitium, manganlitium, etc.;
Från formklassificeringen är den i allmänhet uppdelad i cylindrisk och kvadratisk, och polymerlitiumjoner kan också göras till vilken form som helst;
Beroende på de olika elektrolytmaterialen som används i litiumjonbatterier kan litiumjonbatterier delas in i två kategorier: flytande litiumjonbatterier (LIB) och solid-state litiumjonbatterier.PLIB) är ett slags solid-state litiumjonbatteri.
elektrolyt
Skal/paketbarriär Strömavtagare
Flytande litiumjonbatteri Flytande rostfritt stål, aluminium 25μPE kopparfolie och aluminiumfolie polymer litiumjonbatteri kolloidal polymer aluminium/PP kompositfilm utan barriär eller enkel μPE kopparfolie och aluminiumfolie
Litiumbatterier – funktionen hos litiumjonbatterier
1. Hög energitäthet
Jämfört med NI/CD- eller NI/MH-batterier med samma kapacitet är litiumjonbatterier lättare i vikt och deras volymspecifika energi är 1,5 till 2 gånger så stor som för dessa två typer av batterier.
2. Hög spänning
Litiumjonbatterier använder litiumelektroder som innehåller mycket elektronegativa element för att uppnå terminalspänningar så höga som 3,7V, vilket är tre gånger spänningen för NI/CD- eller NI/MH-batterier.
3. Ej förorenande, miljövänlig
4. Lång livslängd
Livslängden överstiger 500 gånger
5. Hög lastkapacitet
Litiumjonbatterier kan kontinuerligt laddas ur med en stor ström, så att detta batteri kan användas i högeffektsapparater som kameror och bärbara datorer.
6. Utmärkt säkerhet
På grund av användningen av utmärkta anodmaterial övervinns problemet med litiumdendrittillväxt under batteriladdning, vilket avsevärt förbättrar säkerheten för litiumjonbatterier.Samtidigt väljs speciella återvinningsbara tillbehör för att säkerställa batteriets säkerhet under användning.
Litiumbatteri – Laddningsmetod för litiumjonbatteri
Metod 1. Innan litiumjonbatteriet lämnar fabriken har tillverkaren utfört aktiveringsbehandling och förladdat, så litiumjonbatteriet har resteffekt, och litiumjonbatteriet laddas enligt justeringsperioden.Denna omställningsperiod måste utföras 3 till 5 gånger helt.Ansvarsfrihet.
Metod 2. Före laddning behöver litiumjonbatteriet inte laddas ur speciellt.Felaktig urladdning skadar batteriet.När du laddar, försök att använda långsam laddning och minska snabbladdningen;tiden bör inte överstiga 24 timmar.Först efter att batteriet har genomgått tre till fem fullständiga laddnings- och urladdningscykler kommer dess interna kemikalier att vara helt "aktiverade" för optimal användning.
Metod 3. Använd originalladdaren eller en laddare av ett välrenommerat märke.För litiumbatterier, använd en speciell laddare för litiumbatterier och följ instruktionerna.Annars kommer batteriet att skadas eller till och med riskera.
Metod 4. Det nyinköpta batteriet är litiumjon, så de första 3 till 5 laddningstillfällena kallas i allmänhet justeringsperioden, och det bör laddas i mer än 14 timmar för att säkerställa att litiumjonernas aktivitet är helt aktiverad.Litiumjonbatterier har ingen minneseffekt, men har stark tröghet.De bör vara helt aktiverade för att säkerställa bästa prestanda i framtida applikationer.
Metod 5. Litiumjonbatteriet måste använda en speciell laddare, annars kan det inte nå mättnadstillståndet och påverka dess funktion.Efter laddning, undvik att placera den på laddaren i mer än 12 timmar, och separera batteriet från den mobila elektroniska produkten när den inte används under en längre tid.
Litiumbatteri – använd
Med utvecklingen av mikroelektronikteknik under 1900-talet ökar miniatyriserade enheter dag för dag, vilket ställer höga krav på strömförsörjning.Litiumbatterier har då gått in i ett storskaligt praktiskt skede.
Det användes först i pacemakers.Eftersom självurladdningshastigheten för litiumbatterier är extremt låg är urladdningsspänningen brant.Det gör det möjligt att implantera pacemakern i människokroppen under lång tid.
Litiumbatterier har i allmänhet en nominell spänning högre än 3,0 volt och är mer lämpade för strömförsörjning med integrerade kretsar.Mangandioxidbatterier används ofta i datorer, miniräknare, kameror och klockor.
Applikationsexempel
1. Det finns många batteripaket som ersättning för batterireparationer: till exempel de som används i bärbara datorer.Efter reparation visar det sig att när detta batteripaket är skadat är det bara enskilda batterier som har problem.Det kan ersättas med ett lämpligt encelligt litiumbatteri.
2. Att göra en miniatyrfackla med hög ljusstyrka Författaren använde en gång ett enda 3.6V1.6AH litiumbatteri med ett vitt ljusavgivande rör med superljusstyrka för att göra en miniatyrfackla, som är lätt att använda, kompakt och vacker.Och på grund av den stora batterikapaciteten kan den användas i en halvtimme varje natt i genomsnitt, och den har använts i mer än två månader utan laddning.
3. Alternativ 3V strömförsörjning
Eftersom encells litiumbatteriets spänning är 3,6V.Därför kan endast ett litiumbatteri ersätta två vanliga batterier för att leverera ström till små hushållsapparater som radioapparater, walkmans, kameror etc. som inte bara är lätta i vikt, utan också håller länge.
Anodmaterial för litiumjonbatteri – litiumtitanat
Den kan kombineras med litiummanganat, ternära material eller litiumjärnfosfat och andra positiva material för att bilda sekundära 2,4V eller 1,9V litiumjonbatterier.Dessutom kan den också användas som en positiv elektrod för att bilda ett 1,5V litiumbatteri med metall litium eller litiumlegering negativ elektrod sekundärt batteri.
På grund av litiumtitanats höga säkerhet, höga stabilitet, livslängd och gröna egenskaper.Det kan förutsägas att litiumtitanatmaterial kommer att bli det negativa elektrodmaterialet i en ny generation litiumjonbatterier inom 2-3 år och användas i stor utsträckning i nya motorfordon, elektriska motorcyklar och de som kräver hög säkerhet, hög stabilitet och lång cykel.användningsområde.Driftspänningen för litiumtitanatbatteri är 2,4V, den högsta spänningen är 3,0V, och laddningsströmmen är upp till 2C.
Litiumtitanatbatteriets sammansättning
Positiv elektrod: litiumjärnfosfat, litiummanganat eller ternärt material, litiumnickelmanganat.
Negativ elektrod: litiumtitanatmaterial.
Barriär: Den nuvarande litiumbatteribarriären med kol som negativ elektrod.
Elektrolyt: Litiumbatterielektrolyt med kol som negativ elektrod.
Batterihölje: Litiumbatterihölje med kol som negativ elektrod.
Fördelarna med litiumtitanatbatterier: att välja elfordon för att ersätta bränslefordon är det bästa valet för att lösa stadsmiljöföroreningar.Bland dem har litiumjonbatterier väckt stor uppmärksamhet av forskare.För att möta kraven för elfordon för inbyggda litiumjonbatterier är forskning och utveckling Negativa material med hög säkerhet, bra hastighetsprestanda och livslängd dess hot spots och svårigheter.
Kommersiella negativa elektroder för litiumjonbatterier använder huvudsakligen kolmaterial, men det finns fortfarande några nackdelar med tillämpningen av litiumbatterier som använder kol som negativ elektrod:
1. Litiumdendriter fälls lätt ut under överladdning, vilket resulterar i en kortslutning av batteriet och påverkar litiumbatteriets säkerhetsfunktion;
2. Det är lätt att forma SEI-film, vilket resulterar i låg initial laddning och urladdningseffekt och stor oåterkallelig kapacitet;
3. Det vill säga, plattformsspänningen för kolmaterial är låg (nära metalllitium), och det är lätt att orsaka nedbrytning av elektrolyten, vilket kommer att medföra säkerhetsrisker.
4. Under processen för införande och extraktion av litiumjoner ändras volymen kraftigt och cykelstabiliteten är dålig.
Jämfört med kolmaterial har Li4Ti5012 av spinelltyp betydande fördelar:
1. Det är nolltöjbart material och har bra cirkulationsprestanda;
2. Urladdningsspänningen är stabil och elektrolyten sönderdelas inte, vilket förbättrar litiumbatteriernas säkerhetsprestanda;
3. Jämfört med kolanodmaterial har litiumtitanat en hög litiumjondiffusionskoefficient (2*10-8cm2/s), och kan laddas och urladdas med hög hastighet.
4. Potentialen för litiumtitanat är högre än för ren metalllitium, och det är inte lätt att generera litiumdendriter, vilket ger en grund för att säkerställa litiumbatteriernas säkerhet.
underhållskrets
Den består av två fälteffekttransistorer och ett dedikerat underhållsintegrerat block S-8232.Överladdningskontrollröret FET2 och överladdningskontrollröret FET1 är anslutna i serie till kretsen, och batterispänningen övervakas och styrs av underhålls-IC.När batterispänningen stiger till 4,2V stängs överladdningsunderhållsröret FET1 av och laddningen avslutas.För att undvika funktionsfel läggs vanligtvis en fördröjningskondensator till den externa kretsen.När batteriet är i urladdat tillstånd sjunker batterispänningen till 2,55.
Posttid: 30-3-2023