Litijumska baterija je vrsta baterije koja koristi litijum metal ili leguru litija kao materijal negativne elektrode i koristi nevodeni rastvor elektrolita.Najranije predstavljena litijumska baterija dolazi od velikog pronalazača Edisona.
Litijumske baterije – Litijumske baterije
litijumska baterija
Litijumska baterija je vrsta baterije koja koristi litijum metal ili leguru litija kao materijal negativne elektrode i koristi nevodeni rastvor elektrolita.Najranije predstavljena litijumska baterija dolazi od velikog pronalazača Edisona.
Budući da su hemijska svojstva metala litijuma vrlo aktivna, obrada, skladištenje i primjena metala litijuma imaju vrlo visoke zahtjeve za okoliš.Stoga se litijumske baterije dugo ne koriste.
Sa razvojem mikroelektronske tehnologije u dvadesetom veku, minijaturizovani uređaji se povećavaju iz dana u dan, što postavlja visoke zahteve za napajanje.Litijumske baterije su tada ušle u praktičnu fazu velikih razmera.
Prvo je korišten u srčanim pejsmejkerima.Budući da je brzina samopražnjenja litijumskih baterija izuzetno niska, napon pražnjenja je visok.Omogućava ugradnju pejsmejkera u ljudsko tijelo na duže vrijeme.
Litijumske baterije uglavnom imaju nazivni napon veći od 3,0 volta i pogodnije su za napajanje integrisanih kola.Baterije sa mangan dioksidom se široko koriste u kompjuterima, kalkulatorima, kamerama i satovima.
Kako bi se razvile sorte sa boljim performansama, proučavani su različiti materijali.A onda pravite proizvode kao nikada do sada.Na primjer, litijum-sumpor-dioksidne baterije i litij-tionil-hloridne baterije su vrlo karakteristične.Njihov pozitivni aktivni materijal je i rastvarač za elektrolit.Ova struktura je prisutna samo u nevodenim elektrohemijskim sistemima.Stoga je proučavanje litijumskih baterija također promoviralo razvoj elektrohemijske teorije nevodenih sistema.Osim upotrebe različitih nevodenih rastvarača, rađena su i istraživanja na polimernim tankoslojnim baterijama.
Godine 1992. Sony je uspješno razvio litijum-jonske baterije.Njegova praktična primjena uvelike smanjuje težinu i volumen prijenosnih elektroničkih uređaja kao što su mobilni telefoni i prijenosni računari.Vrijeme upotrebe je znatno produženo.Budući da litijum-jonske baterije ne sadrže teški metal hrom, u poređenju sa nikl-hrom baterijama, zagađenje životne sredine je znatno smanjeno.
1. Litijum-jonska baterija
Litijum-jonske baterije su sada podeljene u dve kategorije: tekuće litijum-jonske baterije (LIB) i polimerne litijum-jonske baterije (PLB).Među njima, tečna litijum-jonska baterija se odnosi na sekundarnu bateriju u kojoj je Li + interkalacioni spoj pozitivna i negativna elektroda.Pozitivna elektroda odabire jedinjenje litijuma LiCoO2 ili LiMn2O4, a negativna elektroda odabire jedinjenje međusloja litij-ugljik.Litijum-jonske baterije su idealna pokretačka snaga za razvoj u 21. veku zbog svog visokog radnog napona, male veličine, male težine, velike energije, bez memorijskog efekta, bez zagađenja, niskog samopražnjenja i dugog životnog ciklusa.
2. Kratka istorija razvoja litijum-jonskih baterija
Litijumske baterije i litijum-jonske baterije su nove visokoenergetske baterije koje su uspešno razvijene u 20. veku.Negativna elektroda ove baterije je metalni litijum, a pozitivna elektroda MnO2, SOCL2, (CFx)n itd. U praktičnu upotrebu je puštena 1970-ih.Zbog svoje visoke energije, visokog napona baterije, širokog raspona radne temperature i dugog vijeka skladištenja, naširoko se koristi u vojnim i civilnim malim električnim uređajima, kao što su mobilni telefoni, prijenosni računari, video kamere, kamere, itd., djelomično zamena tradicionalnih baterija..
3. Perspektive razvoja litijum-jonskih baterija
Litijum-jonske baterije se široko koriste u prenosivim uređajima kao što su laptop računari, video kamere i mobilne komunikacije zbog svojih jedinstvenih funkcionalnih prednosti.Sada razvijena litijum-jonska baterija velikog kapaciteta isprobana je u električnim vozilima, a procjenjuje se da će postati jedan od primarnih izvora energije za električna vozila u 21. stoljeću, a koristit će se u satelitima, svemirskim i skladišnim uređajima. .
4. Osnovna funkcija baterije
(1) Napon otvorenog kruga baterije
(2) Unutrašnji otpor baterije
(3) Radni napon baterije
(4) Napon punjenja
Napon punjenja odnosi se na napon koji se primjenjuje na oba kraja baterije od vanjskog izvora napajanja kada se sekundarna baterija puni.Osnovne metode punjenja uključuju punjenje konstantnom strujom i punjenje konstantnim naponom.Uglavnom se koristi punjenje konstantnom strujom, a njegova karakteristika je da je struja punjenja stabilna tokom procesa punjenja.Kako punjenje napreduje, aktivni materijal se obnavlja, područje reakcije elektrode se kontinuirano smanjuje, a polarizacija motora se postepeno povećava.
(5) Kapacitet baterije
Kapacitet baterije se odnosi na količinu električne energije dobijene iz baterije, koja se obično izražava sa C, a jedinica se obično izražava sa Ah ili mAh.Kapacitet je važan cilj električnih performansi baterije.Kapacitet baterije se obično dijeli na teoretski kapacitet, praktični kapacitet i nazivni kapacitet.
Kapacitet baterije je određen kapacitetom elektroda.Ako kapaciteti elektroda nisu jednaki, kapacitet baterije zavisi od elektrode manjeg kapaciteta, ali nikako nije zbir kapaciteta pozitivne i negativne elektrode.
(6) Funkcija skladištenja i vijek trajanja baterije
Jedna od primarnih karakteristika hemijskih izvora energije je da oni mogu oslobađati električnu energiju kada su u upotrebi i skladištiti električnu energiju kada se ne koriste.Takozvana funkcija skladištenja je mogućnost održavanja punjenja za sekundarnu bateriju.
Što se tiče sekundarne baterije, vijek trajanja je važan parametar za mjerenje performansi baterije.Sekundarna baterija se puni i prazni jednom, što se naziva ciklus (ili ciklus).Pod određenim kriterijem punjenja i pražnjenja, broj vremena punjenja i pražnjenja koje baterija može izdržati prije nego što kapacitet baterije dostigne određenu vrijednost naziva se radni ciklus sekundarne baterije.Litijum-jonske baterije imaju odlične performanse skladištenja i dug životni vek.
Litijumske baterije – karakteristike
A. Visoka gustina energije
Težina litijum-jonske baterije je upola manja od nikl-kadmijum ili nikl-vodikove baterije istog kapaciteta, a zapremina je 40-50% nikl-kadmijumske i 20-30% nikl-vodikove baterije .
B. Visok napon
Radni napon jedne litijum-jonske baterije je 3,7 V (prosečna vrednost), što je ekvivalentno tri nikl-kadmijum ili nikl-metal hidridne baterije povezane u seriju.
C. Nema zagađenja
Litijum-jonske baterije ne sadrže štetne metale kao što su kadmijum, olovo i živa.
D. Ne sadrži metalni litijum
Litijum-jonske baterije ne sadrže metalni litijum i stoga ne podležu propisima kao što je zabrana nošenja litijumskih baterija u putničkim avionima.
E. Životni vijek visokog ciklusa
U normalnim uslovima, litijum-jonske baterije mogu imati više od 500 ciklusa punjenja-pražnjenja.
F. Nema efekta memorije
Memorijski efekat se odnosi na pojavu da se kapacitet nikl-kadmijum baterije smanjuje tokom ciklusa punjenja i pražnjenja.Litijum-jonske baterije nemaju ovaj efekat.
G. Brzo punjenje
Korištenjem punjača konstantne struje i konstantnog napona nazivnog napona od 4,2 V može se potpuno napuniti litijum-jonska baterija za jedan do dva sata.
Litijumska baterija – princip i struktura litijumske baterije
1. Struktura i princip rada litijum-jonske baterije: Takozvana litijum-jonska baterija se odnosi na sekundarnu bateriju sastavljenu od dva jedinjenja koja mogu reverzibilno interkalirati i deinterkalirati litijum-jone kao pozitivne i negativne elektrode.Ljudi ovu litijum-jonsku bateriju s jedinstvenim mehanizmom, koji se oslanja na prijenos litijum-jona između pozitivnih i negativnih elektroda kako bi se završila operacija punjenja i pražnjenja baterije, nazivaju "baterija stolice za ljuljanje", obično poznata kao "litijumska baterija". .Uzmimo LiCoO2 kao primjer: (1) Kada je baterija napunjena, litijum ioni se deinterkaliraju iz pozitivne elektrode i interkaliraju u negativnu elektrodu, i obrnuto pri pražnjenju.Ovo zahtijeva da elektroda bude u stanju interkalacije litija prije sklapanja.Generalno, kao pozitivna elektroda se bira interkalacioni oksid prelaznog metala sa potencijalom većim od 3V u odnosu na litijum i stabilan na vazduhu, kao što su LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Za materijale koji su negativne elektrode, odaberite interkalirajuće litijumske spojeve čiji je potencijal što je moguće bliži potencijalu litijuma.Na primjer, različiti ugljični materijali uključuju prirodni grafit, sintetički grafit, karbonska vlakna, mezofazni sferni ugljik, itd. i metalne okside, uključujući SnO, SnO2, kalaj kompozitni oksid SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5g)/2) itd.
litijumska baterija
2. Baterija općenito uključuje: pozitivan, negativan, elektrolit, separator, pozitivni vod, negativnu ploču, centralni terminal, izolacijski materijal (izolator), sigurnosni ventil (sigurnosni ventil), zaptivni prsten (brtvu), PTC (pozitivni terminal za kontrolu temperature), kućište baterije.Generalno, ljudi su više zabrinuti za pozitivnu elektrodu, negativnu elektrodu i elektrolit.
litijumska baterija
Poređenje strukture litijum-jonskih baterija
Prema različitim materijalima katode, dijeli se na željezo litijum, kobalt litijum, mangan litijum, itd.;
Prema klasifikaciji oblika, općenito se dijeli na cilindrične i kvadratne, a polimerni litijevi joni također se mogu napraviti u bilo kojem obliku;
Prema različitim materijalima elektrolita koji se koriste u litijum-jonskim baterijama, litijum-jonske baterije se mogu podeliti u dve kategorije: tekuće litijum-jonske baterije (LIB) i čvrste litijum-jonske baterije.PLIB) je vrsta čvrste litijum-jonske baterije.
elektrolit
Shell/package Barrier Current Collector
Tekuća litijum-jonska baterija Tečni nerđajući čelik, aluminijum 25μPE bakarna folija i aluminijumska folija polimer litijum-jonska baterija koloidni polimer aluminijum/PP kompozitna folija bez barijere ili pojedinačna μPE bakarna folija i aluminijumska folija
Litijumske baterije – funkcija litijum-jonskih baterija
1. Visoka gustoća energije
U poređenju sa NI/CD ili NI/MH baterijama istog kapaciteta, litijum-jonske baterije su lakše po težini, a njihova zapreminska specifična energija je 1,5 do 2 puta veća od ove dve vrste baterija.
2. Visok napon
Litijum-jonske baterije koriste litijumske elektrode koje sadrže jako elektronegativne elemente da bi postigli napon na terminalima do 3,7 V, što je tri puta više od napona NI/CD ili NI/MH baterija.
3. Ne zagađuje, ekološki prihvatljiv
4. Dug životni vijek
Životni vijek prelazi 500 puta
5. Visoka nosivost
Litijum-jonske baterije mogu se neprekidno prazniti velikom strujom, tako da se ova baterija može koristiti u uređajima velike snage kao što su kamere i laptop računari.
6. Odlična sigurnost
Zbog upotrebe odličnih anodnih materijala, prevaziđen je problem rasta litijum dendrita tokom punjenja baterije, što uvelike poboljšava sigurnost litijum-jonskih baterija.Istovremeno, odabrani su posebni dodaci koji se mogu vratiti kako bi se osigurala sigurnost baterije tokom upotrebe.
Litijumska baterija – Metoda punjenja litijum-jonske baterije
Metoda 1. Prije nego što litijum-jonska baterija napusti fabriku, proizvođač je izvršio aktivacijski tretman i prethodno napunjen, tako da litijum-jonska baterija ima preostalu snagu, a litijum-jonska baterija se puni u skladu sa periodom podešavanja.Ovaj period prilagođavanja potrebno je provesti 3 do 5 puta u potpunosti.Pražnjenje.
Metoda 2. Prije punjenja, litijum-jonska baterija se ne mora posebno prazniti.Nepravilno pražnjenje će oštetiti bateriju.Prilikom punjenja pokušajte koristiti sporo punjenje i smanjite brzo punjenje;vrijeme ne smije biti duže od 24 sata.Tek nakon što baterija prođe tri do pet potpunih ciklusa punjenja i pražnjenja, njene unutrašnje kemikalije će se u potpunosti „aktivirati“ za optimalnu upotrebu.
Metoda 3. Koristite originalni punjač ili punjač renomirane marke.Za litijumske baterije koristite poseban punjač za litijumske baterije i pratite uputstva.U suprotnom, baterija će biti oštećena ili čak izložena opasnosti.
Metoda 4. Novokupljena baterija je litijum-jonska, tako da se prvih 3 do 5 puta punjenja općenito naziva periodom prilagođavanja i treba je puniti duže od 14 sati kako bi se osiguralo da je aktivnost litijum jona u potpunosti aktivirana.Litijum-jonske baterije nemaju memorijski efekat, ali imaju jaku inertnost.Trebali bi biti u potpunosti aktivirani kako bi se osigurale najbolje performanse u budućim aplikacijama.
Metoda 5. Litijum-jonska baterija mora koristiti poseban punjač, inače možda neće dostići stanje zasićenja i uticati na njenu funkciju.Nakon punjenja, nemojte ga stavljati na punjač duže od 12 sati i odvojite bateriju od mobilnog elektroničkog proizvoda kada se ne koristi duže vrijeme.
Litijumska baterija – upotreba
Sa razvojem mikroelektronske tehnologije u dvadesetom veku, minijaturizovani uređaji se povećavaju iz dana u dan, što postavlja visoke zahteve za napajanje.Litijumske baterije su tada ušle u praktičnu fazu velikih razmera.
Prvo je korišten u srčanim pejsmejkerima.Budući da je brzina samopražnjenja litijumskih baterija izuzetno niska, napon pražnjenja je visok.Omogućava ugradnju pejsmejkera u ljudsko tijelo na duže vrijeme.
Litijumske baterije uglavnom imaju nazivni napon veći od 3,0 volta i pogodnije su za napajanje integrisanih kola.Baterije sa mangan dioksidom se široko koriste u kompjuterima, kalkulatorima, kamerama i satovima.
Primjer primjene
1. Postoji mnogo baterija kao zamena za popravke baterija: poput onih koje se koriste u notebook računarima.Nakon popravke, ustanovljeno je da kada je ovaj komplet baterija oštećen, samo pojedinačne baterije imaju problema.Može se zamijeniti odgovarajućom jednoćelijskom litijumskom baterijom.
2. Pravljenje minijaturne lampe velike jačine Autor je jednom koristio jednu litijumsku bateriju od 3.6V1.6AH sa belom svetlosnom cevi super svetline da bi napravio minijaturnu lampu, koja je laka za korišćenje, kompaktna i lepa.A zbog velikog kapaciteta baterije u prosjeku se može koristiti svake noći pola sata, a bez punjenja se koristi više od dva mjeseca.
3. Alternativno napajanje od 3V
Zato što je napon jednoćelijske litijumske baterije 3,6V.Dakle, samo jedna litijumska baterija može zamijeniti dvije obične baterije za napajanje malih kućanskih aparata kao što su radio, walkmani, kamere itd., koja ne samo da je mala, već i traje dugo.
Materijal anode litijum-jonske baterije – litijum titanat
Može se kombinovati sa litijum-manganatom, ternarnim materijalima ili litijum-gvozdenim fosfatom i drugim pozitivnim materijalima da bi se formirale litijum-jonske sekundarne baterije od 2,4V ili 1,9V.Osim toga, može se koristiti i kao pozitivna elektroda za formiranje litijumske baterije od 1,5 V sa sekundarnom baterijom negativne elektrode od metalne litijumske ili legure litijuma.
Zbog visoke sigurnosti, visoke stabilnosti, dugovječnosti i zelenih karakteristika litijum titanata.Može se predvidjeti da će materijal litij-titanata postati materijal negativne elektrode nove generacije litijum-jonskih baterija za 2-3 godine i da će se široko koristiti u novim motornim vozilima, električnim motociklima i onima kojima je potrebna visoka sigurnost, visoka stabilnost i dug ciklus.oblast primene.Radni napon litijum-titanat baterije je 2,4V, najveći napon je 3,0V, a struja punjenja je do 2C.
Sastav litijum-titanatne baterije
Pozitivna elektroda: litijum gvožđe fosfat, litijum manganat ili ternarni materijal, litijum nikl manganat.
Negativna elektroda: materijal litijum titanata.
Barijera: Trenutna barijera litijumske baterije sa ugljenikom kao negativnom elektrodom.
Elektrolit: Elektrolit litijumske baterije sa ugljikom kao negativnom elektrodom.
Kućište baterije: Kućište litijumske baterije sa ugljenikom kao negativnom elektrodom.
Prednosti litijum-titanatnih baterija: odabir električnih vozila za zamjenu vozila na gorivo najbolji je izbor za rješavanje urbanog zagađenja okoliša.Među njima, litijum-jonske baterije su privukle veliku pažnju istraživača.Kako bi se ispunili zahtjevi električnih vozila za ugrađene litijum-jonske baterije, istraživanje i razvoj Negativni materijali visoke sigurnosti, dobre performanse i dugovječnost su njegove vruće tačke i poteškoće.
Negativne elektrode komercijalnih litij-ionskih baterija uglavnom koriste ugljične materijale, ali još uvijek postoje neki nedostaci u primjeni litijumskih baterija koje koriste ugljik kao negativnu elektrodu:
1. Litijum dendriti se lako talože tokom prekomernog punjenja, što dovodi do kratkog spoja baterije i utiče na sigurnosnu funkciju litijumske baterije;
2. Lako je formirati SEI film, što rezultira niskom početnom snagom punjenja i pražnjenja i velikim nepovratnim kapacitetom;
3. Odnosno, napon platforme karbonskih materijala je nizak (blizak metalnom litiju), i lako je izazvati razgradnju elektrolita, što će donijeti sigurnosne rizike.
4. U procesu umetanja i ekstrakcije litijum jona, zapremina se značajno menja, a stabilnost ciklusa je loša.
U poređenju sa karbonskim materijalima, spinel Li4Ti5012 ima značajne prednosti:
1. To je materijal bez naprezanja i ima dobre performanse cirkulacije;
2. Napon pražnjenja je stabilan, a elektrolit se neće raspasti, poboljšavajući sigurnosne performanse litijumskih baterija;
3. U poređenju sa ugljeničnim anodnim materijalima, litijum titanat ima visok koeficijent difuzije litijum jona (2*10-8cm2/s), i može se puniti i prazniti velikom brzinom.
4. Potencijal litijum titanata je veći od potencijala čistog metalnog litijuma, a nije lako generisati litijum dendrite, što predstavlja osnovu za osiguranje sigurnosti litijumskih baterija.
krug održavanja
Sastoji se od dva tranzistora sa efektom polja i namenskog integrisanog bloka za održavanje S-8232.Kontrolna cijev za prekomjerno punjenje FET2 i kontrolna cijev za prekomjerno pražnjenje FET1 su spojene serijski na kolo, a napon baterije prati i kontrolira IC za održavanje.Kada napon baterije poraste na 4,2V, cijev za održavanje prekomjernog punjenja FET1 se isključuje, a punjenje se prekida.Kako bi se izbjegao kvar, kondenzator za kašnjenje se općenito dodaje vanjskom kolu.Kada je baterija ispražnjena, napon baterije pada na 2,55.
Vrijeme objave: Mar-30-2023