Litijeva baterija je nova vrsta visokoenergijske baterije, ki je uspešno razvita v 20. stoletju ., jo lahko razumemo kot baterijo, ki vsebuje litij (vključno s kovinskim litijevim, litijevim zlitinom, litijevim ionom) .. Uporablja se) . Zaradi prednosti, kot so visoka specifična energija, visoka napetost akumulatorja, široko delovno temperaturno območje in dolga življenjska doba, se je pogosto uporabljala v vojaških in civilnih majhnih električnih napravah, kot so mobilni telefoni, prenosni računalniki, kamere, kamere itd.
01 Izvor in razvoj litij-ionskih baterij
V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je M . s . Whittingham iz Exxona uporabljal titanijev sulfid kot pozitiven elektrodni material in kovinski litij kot negativni elektrodni material za izdelavo prve litijeve baterije .
Leta 1980 je j . Goodenough odkril, da lahko litijev kobaltni oksid uporabimo kot pozitivni elektrodni material litij-ionskih baterij .
Leta 1982 sta r . r . agarwal in j . r . selman iz Illinois Institute of Technology odkrila, da imajo litijevi ioni lastnost vgrajenega v grafit, in ta proces je hitri in reverzibilni {{5} iz {{5} Kovinski litij je pritegnil veliko pozornosti, zato so ljudje poskušali uporabiti lastnosti litijevih ionov, vgrajenih v grafit, da bi naredili polnilne baterije . Prva uporabna litij-ionska grafitna elektroda je uspešno preizkusila Bell Laboratories .
Leta 1983 so M . Thackeray, J . Goodenough in drugi ugotovili, da je manganski spinel odličen pozitivni elektrodni material z nizko ceno, stabilnostjo in odlično električno in litijevo prevodnostjo ., ki ima visoko temperaturo dekopozicije in je enaka, kot je enaka oksidij, ki je enaka oksidij, in njegova oksidiranost je precej nižja od lažjega oksida in oksidiranja, ki je precej nižja od oksidiranja, ki je zelo nižja od oksidiranja, in je veliko manjša od tiste, ki je le kratka oksidira. Pojavi se vezje ali prekomerno polnjenje, se lahko izogne nevarnosti zgorevanja in eksplozije .
Leta 1989 sta . manthiram in j . Goodenough odkrila, da bo pozitivna elektroda z uporabo polimeriziranih anionov ustvarila višjo napetost .
Leta 1991 je Sony izdal prvo komercialno litij-ionsko baterijo . pozneje so litij-ionske baterije spremenile videz potrošniške elektronike .
Leta 1996 sta Padhi in Goodenough odkrila, da so fosfati z olivinskimi strukturami, kot je litijev železov fosfat (LifePO4)
Slika
Lithium-ion batteries (Li-ion Batteries) are developed from lithium batteries. So before introducing Li-ion, let's first introduce lithium batteries. For example, button batteries belong to lithium batteries. The positive electrode material of lithium batteries is manganese dioxide or thionyl chloride, and the negative electrode is Litij . Po sestavljanju baterije ima baterija napetosti in ga ni treba polniti . tudi te vrste baterije je mogoče napolniti, vendar zmogljivost cikla ni dobra . med ciklom naboja in izpustov, ki jih je mogoče, da se v bateriji vodijo notranje kratke okoliščine, ki se v notranjosti pojavljajo notranje kratke cilje v bateriji, ki se pod običajnimi okoliščinami kažejo, da se notranje kratke okoliščine v bateriji pojavljajo, kar se ti zdi, da se notranje kratke okolice v bateriji zdi, da se v notranjosti zgornjih okoliščina zaračunano .
Kasneje je Japonska korporacija Sony izumila litijevo baterijo z ogljikovim materialom kot negativne elektrode in litijeve spojine kot pozitivne elektrode . Med postopkom polnjenja in praznjenja ni kovinskih litijev, samo litijeve ione . to je litij-ionska baterija .
V zgodnjih devetdesetih letih prejšnjega stoletja je podjetje Sony Energy Development Japonske in Moli Energy Company v Kanadi uspešno razvilo novo vrsto litij-ionske baterije, ki ima ne le dobro zmogljivost, ampak je tudi okolju prijazen . s hitrim razvojem informacijske tehnologije, ročne stroje in električna vozila, ki se hitro povečajo, se povečajo viri, ki jih je hitro povečala, in se povečajo viri, ki jih je hitro povečala, in litično se je povečalo vir, ki se je hitro povečalo in se povečajo viri, ki se hitro povečajo, in litijsko baterijsko in litij. polja .
02 Struktura in načelo litij-ionskih baterij
(1) Glavne komponente litij-ionskih baterij:
① Pozitivna elektroda - Aktivni materiali se nanašajo predvsem na litijev kobalt oksid, litijev manganov oksid, litijev železov fosfat, litijev nikljalni oksid, nikelj kobalt manganov oksid itd.
② Diafragm - poseben plastični film, ki omogoča, da se skozi litijeve ione prehajajo, vendar je izolator za elektrone . Trenutno obstajata predvsem dve vrsti: PE in PP in njihove kombinacije . Obstaja tudi vrsta anorganske trdne diafragme, ki je anigana, ki je alumina diafragma, ki je alumina diafragma
③ Negativna elektroda - Aktivni material se nanaša predvsem na grafit, litijev titanat ali ogljikove materiale s strukturo, podobno grafitu . Kolektor prevodnega toka običajno uporablja bakreno folijo z debelino mikronov 7-15;
④ Elektrolit - na splošno organski sistem, kot so karbonatna topila, raztopljena z litijevim heksafluorofosfatom, in nekatere polimerne baterije uporabljajo gel elektrolite;
⑤ baterijska lupina-v glavnem razdeljena na trdo lupino (jeklena lupina, aluminijasta lupina, železna lupina z niklje, itd.
Slika
When the battery is charged, lithium ions are deintercalated from the positive electrode and embedded in the negative electrode, and vice versa during discharge. This requires an electrode to be in a lithium-intercalated state before assembly. Generally, lithium-intercalated transition metal oxides with a potential greater than 3V relative to lithium and stable in the air are Izbrana kot pozitivna elektroda, kot so LICOO2, LINIO2 in LIMN2O 4.
Kot negativni material elektrode so izbrane litij-vpenjalne spojine s potencialom, ki je blizu litijevega potenciala, kot so različni ogljikovi materiali, vključno z naravnim grafitom, sintetičnim grafitom, ogljikovo vlakno, mezofaznim sferulitom itd. (x =0.4 ~ 0 . 6, y =0.6 ~ 0.4, z=(2+3 x+5 y)/2) itd.
Elektrolit sprejme mešani sistem topila alkil karbonatov, kot so etilen karbonat (EC), propilen karbonat (PC) in nizka viskoznost dietil-karbonat (dec) lipf 6.
Diafragma sprejme poliolefinske mikroporozne membrane, kot so PE, PP ali njihove sestavljene membrane, zlasti triplastna diafragma PP/PE/PP, ki nima samo nizke taljenja, ampak ima tudi visoko moč punkcij
Lupina je narejena iz jekla ali aluminija, sklop pokrova pa ima funkcijo izklopa, ki je odporen proti eksploziji, .
(2) osnovno delovno načelo
Ko se baterija napolni, se litijevi ioni sprostijo iz litijeve spojine v pozitivni elektrodi, litijevi ioni pa se premikajo na negativno elektrodo skozi elektrolit . ogljikovo materialo v negativnih elektrodi ima negativno elektrodo s številnimi mikroporami.}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}.}}. Mikropore ogljikove plasti . več Litijevih ionov je vgrajenih, višja je zmogljivost polnjenja .
Ko je baterija izpuščena (torej postopek uporabe baterije), se litijevi ioni, vgrajeni v ogljikovo plast negativne elektrode
During the charging and discharging process of lithium-ion batteries, lithium ions are in a state of movement from positive electrode → negative electrode → positive electrode. This is like a rocking chair, with the two ends of the rocking chair as the two poles of the battery, and lithium ions move back and forth at the two ends of the rocking chair. Therefore, Litij-ionske baterije se imenujejo tudi baterije za zibanje stola .
Slika
Slika
Mehanizem polnjenja in odvajanja
Postopek polnjenja litij-ionskih baterij je razdeljen na dve stopnji: stopnja polnjenja s konstantnim tokom in konstantni napetostni tok, ki se zmanjšuje, stopnja polnjenja .
Prekomerno polnjenje in odvajanje litij-ionskih baterij bo povzročilo trajno škodo pozitivnih in negativnih elektrodah . pretiravanje povzroči, da se struktura ogljikove pločevine negativne elektrode zruši, med polnjenjem pa bo preprečil, da bi se litijevi ioni vstavili; Prekomerno polnjenje povzroči, da je preveč litijevih ionov vgrajenih v ogljikovo strukturo negativne elektrode, zaradi česar se nekateri litijevi ioni ne bodo več sprostili .
Najboljši način polnjenja in izpraznjenja za litij-ionske baterije za vzdrževanje zmogljivosti je plitvo polnjenje in plitvo praznjenje . Na splošno je 60% DOD 2 do 4-krat večjo življenjsko dobo cikla pod 100% DOD pogoji .
03 Glavni kazalniki zmogljivosti litij-ionskih baterij
(1) Kapaciteta baterije
The capacity of a battery can be divided into rated capacity and actual capacity. The rated capacity of a battery refers to the amount of electricity that the battery should provide when it is discharged to the termination voltage at a rate of 5h under an ambient temperature of 20℃±5℃, and is represented by C5. The actual capacity of a battery refers to the actual amount of electricity discharged by the battery under certain discharge Pogoji, na katere vplivata predvsem hitrost praznjenja in temperatura (tako strogo gledano, mora kapaciteta baterije označiti pogoje polnjenja in izpraznjenja) .
Enota zmogljivosti: mah, ah (1ah =1000 mah) .
(2) Notranji upor baterije
Battery internal resistance refers to the resistance encountered by current flowing through the battery when the battery is working. It consists of two parts: ohmic internal resistance and polarization internal resistance. A large battery internal resistance will lead to a lower discharge voltage and a shorter discharge time. The size of the internal resistance is mainly affected by factors such as the battery material, manufacturing process, and battery Struktura . Notranji upor akumulatorja je pomemben parameter za merjenje zmogljivosti baterije .
(3) napetost
Napetost odprtega vezja se nanaša na potencialno razliko med pozitivnimi in negativnimi elektrodami baterije, ko baterija ne deluje, torej ko v vezju ne teče tok ., na splošno je napetost odprtega vezja litij-ionske baterije približno 4.1-4.2 v polno nabito, in približno 3 {4} 0} 0v, in približno 3 {4} 0} in približno 3 {4} 0} in približno 3 {4} 0} in približno 3 {4} 0} 0} in približno 3 {4} 0} in približno 3 {4} 0} 0. Stanje napolnjenosti baterije je mogoče določiti z zaznavanjem napetosti odprtega vezja baterije.
Operacijska napetost, znana tudi kot priključna napetost, se nanaša na potencialno razliko med pozitivnimi in negativnimi elektrodami baterije, ko je baterija v delovnem stanju, torej ko v tokokrogu teče tok ., ko tok teče skozi baterijo, ni treba premagati upor, ki ga povzroči notranja upor, ki je vedno nižja od notranjega upora, ki je vedno manjša od notranjega upora, ki je vedno manjša kot notranja upornost, ki je vedno manjša kot notranja upor, ki je vedno manjša kot notranja upor, ki je vedno manjša kot notranja odpor Nasprotno je res, ko polnite . delovna napetost izpuščene litij-ionske baterije je približno 3 . 6V.
(4) Čas odvajanja platforme
Čas praznjenja se nanaša na čas praznjenja, ko je baterija v celoti napolnjena z določeno napetostjo . na primer, čas praznjene platforme Ternarne baterije pri 3 . 6V se izmeri ., da se napetost napolni na 4. 2V na konstantni napetosti in na konstantni napetosti in v stalni napetosti, ki je manjša od 0 {9} 2V. Nato je baterija popolnoma napolnjena in 10 minut pusti sama. Čas praznjenja, ko se baterija odvaja na 3,6 V pri vsakem odpustnem toku, je čas platforme za praznjenje v tem toku.
Ker imajo nekatere električne naprave, ki uporabljajo litij-ionske baterije, napetostne zahteve, če je napetost nižja od zahtevane vrednosti, ne bodo delovala ., zato je platforma za praznjenje eno od pomembnih meril za merjenje delovanja baterij .
(5) Stopnja naboja in odvajanja
Stopnja polnjenja in praznjenja se nanaša na trenutno vrednost, ki je potrebna za izpust svoje nazivne zmogljivosti v določenem času . 1 C je številčno enaka nazivni zmogljivosti baterije in je običajno predstavljena s črka C ., če je nominalna zmogljivost baterije 10C (1 ocena 1C (1 je 1C (1 je 1c (1 cena), potem je 10C (1 ocena 1C (1 ocena 1C (1 je 1C (1 ocena 1C (1 cena), potem je 0 {{{1 ocena), 5C (1 je 1C (1 cena), potem je 10C (1 ocena), 5C (1 Torej naprej.
(6) Stopnja samoplačila
Stopnja samopodredbe, znana tudi kot zmogljivost zadrževanja naboja, se nanaša na sposobnost baterije, da zadrži količino električne energije, shranjene v bateriji, pod določenimi pogoji, ko je baterija v stanju odprtega vezja ., nanj vplivajo predvsem dejavniki, kot so proizvodni postopek, materiali in pogoji shranjevanja baterije . je pomemben parameter ., je pomemben parameter za parameter ..
(7) Učinkovitost
Učinkovitost polnjenja se nanaša na mero stopnje, do katere se električna energija, ki jo porabi baterija med postopkom polnjenja, pretvori v kemično energijo, ki jo lahko baterija shrani . nanj vplivajo predvsem postopek, formula baterije in temperature delovnega okolja baterije . na splošno višja temperatura v ambientaciji, ki je v ambientiranju, nižja temperatura, ki je v ambientiranju, višja, višja temperatura v ambientiranju, ki je v ambientiranju, je višja, da je stopnja v ambientiranju, ki je višja, višja, da je temperatura v ambientiranju, ki je v ambientiranju.
Učinkovitost praznjenja se nanaša na razmerje dejanske količine električne energije, odpuščene na terminalno napetost v določenih pogojih praznjenja do nazivne zmogljivosti baterije ., nanj vplivajo predvsem dejavniki, kot so hitrost praznjenja, temperatura okolice in notranja upor ., ki na splošno naravnana, višja je odvajanje, nižja je stopnja odvajanja, nižja je učinkovitost izpusta, ki je nižja, da je stopnja odvajanja, nižja je stopnja izpusta, nižja je učinkovitost izpusta. Učinkovitost .
(8) Življenje cikla
Življenjska doba baterijskega cikla se nanaša na število časov napolnjenosti in praznjenja, ki jih baterija opravi pod določenim režimom polnjenja in praznjenja, ko zmogljivost baterije pade na določeno določeno vrednost . GB za litij-ionske baterije določa, da je stopnja zadrževanja zmogljivosti po 500 ciklih nad 1C nad 60%{5.
04 Glavne klasifikacije litij-ionskih baterij
① Glede na različne elektrolitne materiale, ki se uporabljajo v litijevih baterijah, lahko litijeve baterije razdelimo na dve kategoriji: tekoče litijeve baterije (litijeve baterije, skrajšane kot lib) in polimerne baterije (polimerne litijeve ionske baterije, skrajšane kot ustnice).
② Po metodi polnjenja jih lahko razdelimo v dve kategoriji: neplačniški in polnilni .
③ Videz litijeve baterije: kvadratna litijeva baterija (kot so pogosto uporabljena baterija mobilnih telefonov) in cilindrična (na primer 18650, 18500);
④ Litijevi embalažni materiali: aluminijasta lupina litijeva baterija, jeklena lupina litijeva baterija, mehka paket;
⑤ Litijeva akumulator iz pozitivnih in negativnih elektrod (aditivov): litijev kobaltni oksid (LICOO2) baterija, litijev manganov oksid (LIMN2O4), litijev železni fosfatni baterija, litijeva baterija za enkratno dioksid za enkratno uporabo manganov
