Как работают литий-ионные батареи

Литиевая батарея »представляет собой разновидность батареи с металлическим литием или литиевым сплавом в качестве материала отрицательного электрода и неводным раствором электролита. В 1912 году литий-металлические батареи были впервые предложены и исследованы Гилбертом Левисом. В 1970-х годах М.С. Вингхэм предложила и начала для изучения литий-ионных аккумуляторов.Из-за химических характеристик металлический литий очень жив, что требует обработки, сохранения, использования металлического лития, окружающей среды очень высокие требования.Поэтому литиевые аккумуляторы не использовались в течение длительного времени. Развитие науки и техники, литиевая батарея стала мейнстримом.

Литиевые батареи можно условно разделить на две категории: литий-металлические батареи и литий-ионные батареи. Литий-ионные батареи не содержат металлического лития и являются перезаряжаемыми. Пятое поколение перезаряжаемых литий-металлических батарей появилось в 1996 году. Их безопасность, удельная емкость, скорость саморазряда и соотношение цены и качества лучше, чем у литий-ионных батарей. Из-за собственных требований высоких технологий, только несколько компаний в нескольких странах в настоящее время производят литий-металлические батареи.

Литиевые батареи впервые были использованы в кардиостимуляторах. Скорость саморазряда литиевой батареи очень низкая, напряжение разряда мягкое, поэтому имплантированный кардиостимулятор может работать в течение длительного времени без подзарядки. Литиевые батареи обычно имеют номинальное напряжение выше 3,0 вольт, что больше подходит для питания интегральных схем. Батареи из диоксида марганца широко используются в калькуляторах, цифровых фотоаппаратах и часах.

Чтобы разработать лучшие варианты исполнения, были изучены различные материалы для производства беспрецедентных продуктов.

В 1992 году Sony успешно разработала литий-ионный аккумулятор. Это практично, так что мобильные телефоны, ноутбуки, калькуляторы и другое портативное электронное оборудование людей значительно уменьшились.

1. В 1970-х годах компания MS Whittingham of Exxon использовала сульфид титана в качестве материала положительного электрода и металлический литий в качестве материала отрицательного электрода для изготовления первой литиевой батареи.

2. В 1980 году Дж. Годено обнаружил, что оксид лития-кобальта можно использовать в качестве анодного материала литий-ионной батареи.

3 октября 1982 года, технологический институт Иллинойского технологического института (Illinois Institute of Technology) RRA garwal и JRS Elman обнаружили, что внедренный ион лития обладает свойствами графита, процесс является быстрым и обратимым. В то же время литиевые батареи, изготовленные из металлического лития, привлекли большое внимание из-за их потенциальной опасности. Поэтому люди стараются делать перезаряжаемые батареи с литий-ионными элементами, встроенными в графит. Первый доступный литий-ионный графитовый электрод был успешно изготовлен лабораториями Bell.

4. В 1983 г. m.hackeray, j. Groodenough et al. обнаружили, что марганцевая шпинель является отличным катодным материалом с низкой ценой, стабильностью и отличными характеристиками проведения электричества и лития. Его температура разложения высока, а степень окисления намного ниже, чем у оксида лития-кобальта, даже если есть короткое замыкание, перезарядка, также можно избежать риска возгорания, взрыва.

5. В 1989 году Амтирам и Дж. Гродено обнаружили, что использование положительных полюсов полимеризованных анионов приведет к возникновению более высоких напряжений.

6. В 1991 году SONY выпустила первый коммерческий литий-ионный аккумулятор. Затем литий-ионные батареи произвели революцию в бытовой электронике.

7. В 1996 году Пади и Гуденаф обнаружили, что фосфаты со структурой перидотита, такие как фосфат лития-железа (LiFePO4), превосходят традиционные анодные материалы и стали основными анодными материалами.

Благодаря широкому использованию цифровых продуктов, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и другие продукты, литий-ионные аккумуляторы широко используются в таких продуктах с отличными характеристиками, а затем постепенно и в других продуктах в этой области применения. В 1998 году Тяньцзиньский научно-исследовательский институт энергетики начал коммерческое производство литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионные батареи также известны как литиевые батареи, но это не одно и то же. Литий-ионные батареи стали мейнстримом.

Литий-ионный аккумулятор с углеродным материалом в качестве отрицательного полюса, с соединениями лития в качестве положительного полюса, нет металлического лития, только ионы лития. Литий-ионный аккумулятор - это общий термин, обозначающий аккумулятор с литиево-ионным соединением в качестве материала положительного электрода. Процесс зарядки и разрядки литий-ионного аккумулятора представляет собой процесс встраивания и извлечения литий-ионного аккумулятора. В процессе встраивания и разблокировки иона лития это сопровождается встраиванием и разблокировкой эквивалентных электронов с ионом лития (положительный полюс обычно обозначается вложением или снятием блокировки, а отрицательный полюс обозначается вставкой или разблокировкой). В процессе зарядки и разрядки ионы лития вставляются / удаляются и вставляются / удаляются между положительным и отрицательным полюсами, что ярко называется «батареей кресла-качалки».

Литий-ионные батареи обладают высокой плотностью энергии и высоким средним выходным напряжением. Саморазряд небольшой, менее 10% в месяц. Нет эффекта памяти. Широкий диапазон рабочих температур от -20 ℃ до 60 ℃. Отличная производительность цикла, быстрая зарядка и разрядка, эффективность зарядки до 100% и большая выходная мощность. Долгий срок службы. Нет загрязнения окружающей среды, и это называется зеленой батареей.

Механизм действия

Литий-ионный аккумулятор принимает углеродный материал в качестве отрицательного полюса, соединение лития - в качестве положительного полюса, в нем нет металлического лития, есть только литий-ионный аккумулятор, это литий-ионный аккумулятор. Литий-ионный аккумулятор - это общий термин, обозначающий аккумулятор с литиево-ионным соединением в качестве материала положительного электрода. Процесс зарядки и разрядки литий-ионного аккумулятора представляет собой процесс встраивания и извлечения литий-ионного аккумулятора. В процессе встраивания и разблокировки иона лития это сопровождается встраиванием и разблокировкой эквивалентных электронов с ионом лития (положительный полюс обычно обозначается вложением или снятием блокировки, а отрицательный полюс обозначается вставкой или разблокировкой). В процессе зарядки и разрядки ионы лития вставляются / удаляются и вставляются / удаляются между положительным и отрицательным полюсами, что ярко называется «батареей кресла-качалки».

Когда батарея заряжена, ионы лития образуются на положительном электроде батареи, и образующиеся ионы лития перемещаются к отрицательному электроду через электролит. Как отрицательный углерод, он имеет пластинчатую структуру и множество микропор. Ионы лития, которые достигают отрицательного электрода, внедряются в микропоры углеродного слоя. Чем больше встроено ионов лития, тем выше зарядная емкость. Точно так же, когда батарея разряжается (процесс, в котором мы используем батарею), ионы лития, внедренные в отрицательный углеродный слой, выходят и возвращаются к положительному электроду. Чем больше положительно заряженных ионов лития, тем выше разрядная емкость.

Обычно зарядный ток литиевой батареи устанавливается в пределах от 0,2 до 1С. Чем выше ток, тем быстрее будет зарядка и тем выше будет нагрев батареи. Кроме того, слишком большой ток зарядки, емкость не полная, потому что для внутренней электрохимической реакции аккумулятора требуется время. Как и при наливании пива, слишком быстрое наливание приведет к появлению пены, но неудовлетворенности.

Меры предосторожности при использовании (разрядка)

Для батарей нормальное использование - это процесс разряда. При разрядке литиевой батареи необходимо обратить внимание на:

Во-первых, ток разряда не должен быть слишком большим. Чрезмерный ток вызовет нагрев внутри батареи, что может привести к необратимому повреждению. Мобильный телефон, это не проблема, не могу считать.

Как видно из рисунка справа, чем больше ток разряда, тем меньше разрядная емкость и тем быстрее падает напряжение.

Во-вторых, никогда не перевыпускать! Внутреннее хранение электроэнергии в литиевой батарее основано на электрохимии, которая представляет собой обратимое химическое изменение. Чрезмерный разряд приведет к необратимой реакции этого химического изменения. Поэтому литиевая батарея больше всего боится чрезмерной разрядки. К счастью, батарея внутри телефона была установлена с защитной схемой, напряжение недостаточно низкое, чтобы повредить аккумулятор, схема защиты сработает, перестанет разряжаться.

Литий-ионная батарея: это вторичная батарея (перезаряжаемая батарея), работа которой в основном зависит от ионов лития, которые перемещаются между положительным и отрицательным полюсами. Во время зарядки и разрядки Li + встраивается и разъединяется между двумя электродами. Во время зарядки Li + отсоединяется от положительного полюса и встраивается в отрицательный полюс через электролит. Разряд наоборот.

Литиевые батареи делятся на литиевые и литиево-ионные. В сотовых телефонах и ноутбуках используются литий-ионные батареи, обычно известные как литий-ионные батареи. В аккумуляторах в качестве электродов обычно используются материалы, содержащие литий, который является представителем современных высокоэффективных аккумуляторов. Истинные литиевые батареи редко используются в бытовой электронике, потому что они опасны.

Литий-ионные батареи были впервые разработаны в 1990 году японской компанией SONY. Ионы лития внедряются в углерод (нефтяной кокс и графит), образуя отрицательный электрод. Обычно используются анодные материалы, такие как LixCoO2, LixNiO2 и LixMnO4, и электролиты, такие как LiPF6 + диэтиленкарбонат (EC) + диметилкарбонат (DMC).

Нефтяной кокс и графит в качестве материалов отрицательных электродов нетоксичны, а ресурсов достаточно. Литий-ионный ион, встроенный в углерод, преодолевает высокую активность лития и решает проблемы безопасности, существующие в традиционных литиевых батареях. Положительный электрод LixCoO2 может достичь более высокого уровня заряда и разряда, а также срока службы, что снижает стоимость. Ожидается, что литий-ионные батареи будут иметь большой рынок в 21 веке.

Во время зарядки и разрядки литий-ионных вторичных батарей уравнение LiCoO2 + C = li1-xcoo2 + LixC [1].

Страница содержит содержимое машинного перевода.