La bateria de liti és un tipus de bateria que utilitza metall de liti o aliatge de liti com a material d'elèctrode negatiu i utilitza una solució d'electròlit no aquosa.La primera bateria de liti presentada prové del gran inventor Edison.
Bateries de liti - Bateries de liti
bateria de liti
La bateria de liti és un tipus de bateria que utilitza metall de liti o aliatge de liti com a material d'elèctrode negatiu i utilitza una solució d'electròlit no aquosa.La primera bateria de liti presentada prové del gran inventor Edison.
Com que les propietats químiques del metall de liti són molt actives, el processament, l'emmagatzematge i l'aplicació del metall de liti tenen requisits ambientals molt elevats.Per tant, fa molt de temps que no s'utilitzen bateries de liti.
Amb el desenvolupament de la tecnologia microelectrònica al segle XX, els dispositius miniaturitzats augmenten dia a dia, la qual cosa planteja uns elevats requisits per a l'alimentació.Les bateries de liti han entrat llavors en una etapa pràctica a gran escala.
Es va utilitzar per primera vegada en marcapassos cardíacs.Com que la taxa d'autodescàrrega de les bateries de liti és extremadament baixa, la tensió de descàrrega és forta.Permet implantar el marcapassos al cos humà durant molt de temps.
Les bateries de liti generalment tenen una tensió nominal superior a 3,0 volts i són més adequades per a fonts d'alimentació de circuit integrat.Les bateries de diòxid de manganès s'utilitzen àmpliament en ordinadors, calculadores, càmeres i rellotges.
Per tal de desenvolupar varietats amb millor rendiment, s'han estudiat diversos materials.I després fer productes com mai abans.Per exemple, les bateries de diòxid de sofre de liti i les bateries de clorur de tionil de liti són molt distintes.El seu material actiu positiu també és un dissolvent per a l'electròlit.Aquesta estructura només està present en sistemes electroquímics no aquosos.Per tant, l'estudi de les bateries de liti també ha promogut el desenvolupament de la teoria electroquímica de sistemes no aquosos.A més de l'ús de diversos dissolvents no aquosos, també s'ha dut a terme investigació sobre bateries de pel·lícula fina de polímer.
El 1992, Sony va desenvolupar amb èxit bateries d'ions de liti.La seva pràctica aplicació redueix molt el pes i el volum dels dispositius electrònics portàtils com ara telèfons mòbils i ordinadors portàtils.El temps d'ús s'allarga molt.Com que les bateries d'ions de liti no contenen crom de metalls pesants, en comparació amb les bateries de níquel-crom, la contaminació del medi ambient es redueix molt.
1. Bateria de ions de liti
Les bateries d'ió de liti ara es divideixen en dues categories: bateries d'ió de liti líquid (LIB) i bateries d'ió de liti de polímer (PLB).Entre ells, la bateria de ions de liti líquid es refereix a la bateria secundària en la qual el compost d'intercalació Li + és els elèctrodes positius i negatius.L'elèctrode positiu selecciona el compost de liti LiCoO2 o LiMn2O4, i l'elèctrode negatiu selecciona el compost intercapa liti-carboni.Les bateries d'ió de liti són una força motriu ideal per al desenvolupament al segle XXI per la seva alta tensió de funcionament, mida petita, pes lleuger, gran energia, sense efecte de memòria, sense contaminació, baixa autodescàrrega i llarg cicle de vida.
2. Breu història del desenvolupament de bateries d'ions de liti
Les bateries de liti i les bateries d'ions de liti són noves bateries d'alta energia desenvolupades amb èxit al segle XX.L'elèctrode negatiu d'aquesta bateria és de liti metàl·lic, i l'elèctrode positiu és MnO2, SOCL2, (CFx)n, etc. Es va posar en pràctica als anys 70.A causa de la seva alta energia, alta tensió de la bateria, ampli rang de temperatura de funcionament i llarga vida útil, s'ha utilitzat àmpliament en petits aparells elèctrics militars i civils, com ara telèfons mòbils, ordinadors portàtils, càmeres de vídeo, càmeres, etc., parcialment. substituint les piles tradicionals..
3. Perspectives de desenvolupament de bateries d'ions de liti
Les bateries d'ions de liti s'han utilitzat àmpliament en aparells portàtils com ara ordinadors portàtils, càmeres de vídeo i comunicacions mòbils a causa dels seus avantatges funcionals únics.La bateria d'ions de liti de gran capacitat desenvolupada ara s'ha provat en vehicles elèctrics, i s'estima que es convertirà en una de les principals fonts d'energia per als vehicles elèctrics al segle XXI, i s'utilitzarà en satèl·lits, aeroespacial i emmagatzematge d'energia. .
4. La funció bàsica de la bateria
(1) La tensió de circuit obert de la bateria
(2) Resistència interna de la bateria
(3) La tensió de funcionament de la bateria
(4) Tensió de càrrega
La tensió de càrrega es refereix a la tensió aplicada als dos extrems de la bateria per la font d'alimentació externa quan es carrega la bateria secundària.Els mètodes bàsics de càrrega inclouen la càrrega de corrent constant i la càrrega de tensió constant.En general, s'utilitza una càrrega de corrent constant i la seva característica és que el corrent de càrrega és estable durant el procés de càrrega.A mesura que avança la càrrega, el material actiu es recupera, l'àrea de reacció de l'elèctrode es redueix contínuament i la polarització del motor augmenta gradualment.
(5) Capacitat de la bateria
La capacitat de la bateria es refereix a la quantitat d'electricitat obtinguda de la bateria, que normalment s'expressa per C, i la unitat normalment s'expressa per Ah o mAh.La capacitat és un objectiu important del rendiment elèctric de la bateria.La capacitat de la bateria normalment es divideix en capacitat teòrica, capacitat pràctica i capacitat nominal.
La capacitat de la bateria ve determinada per la capacitat dels elèctrodes.Si les capacitats dels elèctrodes no són iguals, la capacitat de la bateria depèn de l'elèctrode de menor capacitat, però no és de cap manera la suma de les capacitats dels elèctrodes positius i negatius.
(6) Funció d'emmagatzematge i vida útil de la bateria
Una de les característiques principals de les fonts d'energia química és que poden alliberar energia elèctrica quan s'utilitzen i emmagatzemar energia elèctrica quan no s'utilitzen.L'anomenada funció d'emmagatzematge és la capacitat de mantenir la càrrega de la bateria secundària.
Pel que fa a la bateria secundària, la vida útil és un paràmetre important per mesurar el rendiment de la bateria.Una bateria secundària es carrega i es descarrega una vegada, anomenada cicle (o cicle).Sota un determinat criteri de càrrega i descàrrega, el nombre de temps de càrrega i descàrrega que pot suportar la bateria abans que la capacitat de la bateria arribi a un determinat valor s'anomena cicle de funcionament de la bateria secundària.Les bateries d'ió de liti tenen un excel·lent rendiment d'emmagatzematge i una llarga vida útil.
Bateries de liti - Característiques
A. Alta densitat d'energia
El pes de la bateria d'ions de liti és la meitat del de la bateria de níquel-cadmi o níquel-hidrogen de la mateixa capacitat, i el volum és del 40-50% de la bateria de níquel-cadmi i el 20-30% de la bateria de níquel-hidrogen. .
B. Alta tensió
La tensió de funcionament d'una sola bateria d'ió de liti és de 3,7 V (valor mitjà), que equival a tres bateries de níquel-cadmi o níquel-hidrur metàl·lic connectades en sèrie.
C. Sense contaminació
Les bateries d'ions de liti no contenen metalls nocius com el cadmi, el plom i el mercuri.
D. No conté liti metàl·lic
Les bateries d'ions de liti no contenen liti metàl·lic i, per tant, no estan subjectes a regulacions com ara la prohibició de portar bateries de liti en avions de passatgers.
E. Cicle de vida elevat
En condicions normals, les bateries d'ions de liti poden tenir més de 500 cicles de càrrega-descàrrega.
F. Sense efecte de memòria
L'efecte memòria es refereix al fenomen que la capacitat de la bateria de níquel-cadmi es redueix durant el cicle de càrrega i descàrrega.Les bateries d'ions de liti no tenen aquest efecte.
G. Càrrega ràpida
L'ús d'un carregador de corrent constant i tensió constant amb una tensió nominal de 4,2 V pot carregar completament la bateria d'ió de liti en una o dues hores.
Bateria de liti: principi i estructura de la bateria de liti
1. Estructura i principi de funcionament de la bateria d'ions de liti: l'anomenada bateria d'ions de liti fa referència a una bateria secundària composta per dos compostos que poden intercalar i desintercalar de manera reversible ions de liti com a elèctrodes positius i negatius.La gent anomena aquesta bateria d'ions de liti amb un mecanisme únic, que es basa en la transferència d'ions de liti entre els elèctrodes positius i negatius per completar l'operació de càrrega i descàrrega de la bateria, com a "bateria de cadira de balancí", comunament coneguda com a "bateria de liti". .Prengui LiCoO2 com a exemple: (1) Quan la bateria està carregada, els ions de liti es desintercalen de l'elèctrode positiu i s'intercalen a l'elèctrode negatiu, i viceversa quan es descarreguen.Això requereix que un elèctrode estigui en un estat d'intercalació de liti abans del muntatge.En general, com a elèctrode positiu es selecciona un òxid de metall de transició d'intercalació de liti amb un potencial superior a 3 V en relació amb el liti i estable a l'aire, com ara LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Per als materials que són elèctrodes negatius, seleccioneu compostos de liti intercalables el potencial dels quals sigui el més proper possible al potencial de liti.Per exemple, diversos materials de carboni inclouen grafit natural, grafit sintètic, fibra de carboni, carboni esfèric mesofase, etc. i òxids metàl·lics, inclosos SnO, SnO2, òxid compost d'estany SnBxPyOz (x=0,4~0,6, y=0,6~0,4, z= (2+3x+5y)/2) etc.
bateria de liti
2. La bateria generalment inclou: positiu, negatiu, electròlit, separador, cable positiu, placa negativa, terminal central, material aïllant (aïllant), vàlvula de seguretat (vent de seguretat), anell de segellat (junta), PTC (terminal de control de temperatura positiu), caixa de la bateria.En general, la gent està més preocupada per l'elèctrode positiu, l'elèctrode negatiu i l'electròlit.
bateria de liti
Comparació de l'estructura de la bateria d'ions de liti
Segons diferents materials de càtode, es divideix en ferro liti, cobalt liti, manganès liti, etc.;
A partir de la classificació de la forma, generalment es divideix en cilíndrics i quadrats, i els ions de liti de polímer també es poden fer en qualsevol forma;
Segons els diferents materials electròlits utilitzats a les bateries d'ió de liti, les bateries d'ió de liti es poden dividir en dues categories: bateries d'ió de liti líquid (LIB) i bateries d'ió de liti d'estat sòlid.PLIB) és una mena de bateria d'ió de liti d'estat sòlid.
electròlit
Col·lector de corrent de barrera de carcassa/paquet
Bateria líquida d'ions de liti Acer inoxidable líquid, alumini 25μPE làmina de coure i polímer de paper d'alumini bateria d'ions de liti polímer col·loïdal pel·lícula composta d'alumini/PP sense barrera o làmina de coure μPE única i paper d'alumini
Bateries de liti: la funció de les bateries d'ions de liti
1. Alta densitat d'energia
En comparació amb les bateries NI/CD o NI/MH de la mateixa capacitat, les bateries d'ió de liti tenen un pes més lleuger i el seu volum d'energia específica és d'1,5 a 2 vegades la d'aquests dos tipus de bateries.
2. Alta tensió
Les bateries d'ions de liti utilitzen elèctrodes de liti que contenen elements altament electronegatius per aconseguir tensions terminals de fins a 3,7 V, que és tres vegades la tensió de les bateries NI/CD o NI/MH.
3. No contaminant, respectuós amb el medi ambient
4. Cicle de vida llarg
La vida útil supera les 500 vegades
5. Alta capacitat de càrrega
Les bateries d'ió de liti es poden descarregar contínuament amb un gran corrent, de manera que aquesta bateria es pot utilitzar en aparells d'alta potència com ara càmeres i ordinadors portàtils.
6. Excel·lent seguretat
A causa de l'ús d'excel·lents materials d'ànode, es supera el problema del creixement de la dendrita de liti durant la càrrega de la bateria, cosa que millora molt la seguretat de les bateries d'ió de liti.Al mateix temps, es seleccionen accessoris especials recuperables per garantir la seguretat de la bateria durant l'ús.
Bateria de liti: mètode de càrrega de bateria d'ions de liti
Mètode 1. Abans que la bateria d'ió de liti surti de fàbrica, el fabricant ha dut a terme un tractament d'activació i s'ha carregat prèviament, de manera que la bateria d'ió de liti té potència residual i la bateria d'ió de liti es carrega segons el període d'ajust.Aquest període d'ajust s'ha de dur a terme de 3 a 5 vegades completament.Alta.
Mètode 2. Abans de carregar, la bateria d'ions de liti no cal que es descarregui especialment.Una descàrrega incorrecta danyarà la bateria.Quan carregueu, intenteu utilitzar una càrrega lenta i reduir la càrrega ràpida;el temps no ha de superar les 24 hores.Només després que la bateria hagi passat de tres a cinc cicles complets de càrrega i descàrrega, els seus productes químics interns s'activaran completament per a un ús òptim.
Mètode 3. Utilitzeu el carregador original o un carregador de marca reconeguda.Per a bateries de liti, utilitzeu un carregador especial per a bateries de liti i seguiu les instruccions.En cas contrari, la bateria es farà malbé o fins i tot es posarà en perill.
Mètode 4. La bateria acabada de comprar és d'ions de liti, de manera que les primeres 3 a 5 vegades de càrrega generalment s'anomena període d'ajust, i s'ha de carregar durant més de 14 hores per garantir que l'activitat dels ions de liti estigui totalment activada.Les bateries d'ió de liti no tenen efecte de memòria, però tenen una forta inercia.Haurien d'estar completament activats per garantir el millor rendiment en aplicacions futures.
Mètode 5. La bateria d'ió de liti ha d'utilitzar un carregador especial, en cas contrari no pot arribar a l'estat de saturació i afectar la seva funció.Després de carregar, eviteu col·locar-lo al carregador durant més de 12 hores i separeu la bateria del producte electrònic mòbil quan no s'utilitzi durant molt de temps.
Bateria de liti - ús
Amb el desenvolupament de la tecnologia microelectrònica al segle XX, els dispositius miniaturitzats augmenten dia a dia, la qual cosa planteja uns elevats requisits per a l'alimentació.Les bateries de liti han entrat llavors en una etapa pràctica a gran escala.
Es va utilitzar per primera vegada en marcapassos cardíacs.Com que la taxa d'autodescàrrega de les bateries de liti és extremadament baixa, la tensió de descàrrega és forta.Permet implantar el marcapassos al cos humà durant molt de temps.
Les bateries de liti generalment tenen una tensió nominal superior a 3,0 volts i són més adequades per a fonts d'alimentació de circuit integrat.Les bateries de diòxid de manganès s'utilitzen àmpliament en ordinadors, calculadores, càmeres i rellotges.
Exemple d'aplicació
1. Hi ha molts paquets de bateries com a reemplaçaments per a la reparació del paquet de bateries: com els que s'utilitzen en ordinadors portàtils.Després de la reparació, es constata que quan aquest paquet de bateries està danyat, només les bateries individuals tenen problemes.Es pot substituir per una bateria de liti d'una sola cel·la adequada.
2. Fabricació d'una torxa en miniatura d'alta lluminositat L'autor va utilitzar una vegada una sola bateria de liti de 3,6V1.6AH amb un tub d'emissió de llum de gran brillantor per fer una torxa en miniatura, fàcil d'utilitzar, compacta i bonica.I a causa de la gran capacitat de la bateria, es pot utilitzar durant mitja hora cada nit de mitjana, i s'ha utilitzat durant més de dos mesos sense carregar-se.
3. Font d'alimentació alternativa de 3V
Com que la tensió de la bateria de liti d'una sola cel·la és de 3,6 V.Per tant, només una bateria de liti pot substituir dues bateries ordinàries per subministrar energia a petits electrodomèstics com ara ràdios, walkmans, càmeres, etc., que no només són lleugeres, sinó que també duran molt de temps.
Material de l'ànode de la bateria d'ions de liti: titanat de liti
Es pot combinar amb manganat de liti, materials ternaris o fosfat de ferro de liti i altres materials positius per formar bateries secundàries d'ions de liti de 2,4 V o 1,9 V.A més, també es pot utilitzar com a elèctrode positiu per formar una bateria de liti d'1,5 V amb una bateria secundària d'elèctrode negatiu de liti metàl·lic o d'aliatge de liti.
A causa de l'alta seguretat, alta estabilitat, longevitat i característiques verdes del titanat de liti.Es pot predir que el material de titanat de liti es convertirà en el material d'elèctrode negatiu d'una nova generació de bateries d'ions de liti d'aquí a 2-3 anys i s'utilitzarà àmpliament en nous vehicles elèctrics, motocicletes elèctriques i aquells que requereixen una alta seguretat, una alta estabilitat i un cicle llarg.camp d'aplicació.La tensió de funcionament de la bateria de titanat de liti és de 2,4 V, la tensió més alta és de 3,0 V i el corrent de càrrega és de fins a 2 C.
Composició de la bateria de titanat de liti
Elèctrode positiu: fosfat de ferro de liti, manganat de liti o material ternari, manganat de níquel de liti.
Elèctrode negatiu: material de titanat de liti.
Barrera: la barrera actual de la bateria de liti amb carboni com a elèctrode negatiu.
Electròlit: electròlit de bateria de liti amb carboni com a elèctrode negatiu.
Caixa de bateria: caixa de bateria de liti amb carboni com a elèctrode negatiu.
Els avantatges de les bateries de titanat de liti: triar vehicles elèctrics per substituir els vehicles de combustible és la millor opció per resoldre la contaminació ambiental urbana.Entre elles, les bateries d'energia d'ions de liti han atret una gran atenció dels investigadors.Per tal de satisfer els requisits dels vehicles elèctrics per a les bateries d'energia d'ió de liti a bord, la investigació i el desenvolupament de materials negatius amb alta seguretat, bon rendiment i longevitat són els seus punts calents i dificultats.
Els elèctrodes negatius de bateries d'ions de liti comercials utilitzen principalment materials de carboni, però encara hi ha alguns desavantatges en l'aplicació de bateries de liti que utilitzen carboni com a elèctrode negatiu:
1. Les dendrites de liti es precipiten fàcilment durant la sobrecàrrega, donant lloc a un curtcircuit de la bateria i afectant la funció de seguretat de la bateria de liti;
2. És fàcil formar una pel·lícula SEI, el que resulta en una baixa potència inicial de càrrega i descàrrega i una gran capacitat irreversible;
3. És a dir, la tensió de la plataforma dels materials de carboni és baixa (a prop del liti metàl·lic) i és fàcil provocar la descomposició de l'electròlit, la qual cosa comportarà riscos de seguretat.
4. En el procés d'inserció i extracció d'ions de liti, el volum canvia molt i l'estabilitat del cicle és deficient.
En comparació amb els materials de carboni, el tipus espinela Li4Ti5012 té avantatges significatius:
1. És un material de tensió zero i té un bon rendiment de circulació;
2. La tensió de descàrrega és estable i l'electròlit no es descompondrà, millorant el rendiment de seguretat de les bateries de liti;
3. En comparació amb els materials d'ànode de carboni, el titanat de liti té un alt coeficient de difusió d'ions de liti (2 * 10-8 cm2/s) i es pot carregar i descarregar a una velocitat elevada.
4. El potencial del titanat de liti és superior al del liti metàl·lic pur, i no és fàcil generar dendrites de liti, la qual cosa proporciona una base per garantir la seguretat de les bateries de liti.
circuit de manteniment
Consta de dos transistors d'efecte de camp i un bloc integrat de manteniment dedicat S-8232.El tub de control de sobrecàrrega FET2 i el tub de control de sobredescàrrega FET1 estan connectats en sèrie al circuit i la tensió de la bateria és supervisada i controlada per l'IC de manteniment.Quan la tensió de la bateria puja a 4,2 V, s'apaga el tub de manteniment de sobrecàrrega FET1 i s'acaba la càrrega.Per evitar el mal funcionament, generalment s'afegeix un condensador de retard al circuit extern.Quan la bateria està en estat descarregat, la tensió de la bateria baixa a 2,55.
Hora de publicació: 30-mar-2023