Как работает литий-ионный аккумулятор?

Катодный материал ионно-литиевой батареи обычно состоит из активного соединения лития, а анод представляет собой углерод особой молекулярной структуры. Основным компонентом обычного материала положительного электрода является LiCoO2. При зарядке потенциал, приложенный к двум полюсам батареи, заставляет соединение положительного электрода высвобождать ионы лития и внедряется в углерод, в котором молекулы отрицательного электрода расположены в виде листовой структуры. Во время разряда ионы лития осаждаются из углерода структуры листа и рекомбинируются с составом положительного электрода. Движение ионов лития производит ток.

Хотя принцип химической реакции очень прост, в реальном промышленном производстве необходимо учитывать множество практических проблем: материал положительного электрода нуждается в добавках для поддержания активности многократного заряда и разряда, а материал отрицательного электрода должны быть разработаны на уровне молекулярной структуры. Содержит больше ионов лития; электролит, заполненный между положительным и отрицательным электродами, помимо поддержания стабильности, также должен иметь хорошую проводимость и снижать внутреннее сопротивление батареи.

Хотя литий-ионные батареи редко обладают эффектом памяти, как никель-кадмиевые батареи, эффект памяти кристаллизуется, и в литий-ионных батареях реакция практически отсутствует. Однако емкость литий-ионных аккумуляторов все равно будет снижаться после многократной зарядки и разрядки, и причины этого сложны и разнообразны. С точки зрения молекулярного уровня структура, содержащая ионы лития на аноде и катоде, будет постепенно разрушаться и блокироваться. С химической точки зрения, это активная пассивация положительных и отрицательных материалов, происходят побочные реакции с образованием других стабильных соединений. Физические условия, такие как постепенное отслаивание анодного материала, в конечном итоге уменьшают количество ионов лития в батарее, которые могут свободно перемещаться во время зарядки и разрядки.

Чрезмерная зарядка и чрезмерная разрядка вызовут необратимое повреждение положительных и отрицательных электродов литий-ионных батарей. С молекулярной точки зрения можно интуитивно понять, что чрезмерный разряд заставит углерод анода чрезмерно высвобождать ионы лития, вызывая разрушение структуры листа. Перезарядка вряд ли приведет к попаданию слишком большого количества лития в отрицательную углеродную структуру, и некоторые ионы лития больше не будут выделяться. Вот почему литий-ионные аккумуляторы обычно снабжены схемой управления зарядом-разрядом.

Неподходящая температура вызовет другие химические реакции внутри литий-ионной батареи с образованием соединений, которые мы не хотим видеть, поэтому между положительными и отрицательными электродами многих литий-ионных батарей есть защитные сепараторы с регулируемой температурой или добавки электролита. Когда температура батареи повышается до определенной степени, композитная мембрана закрывается или электролит денатурируется, и внутреннее сопротивление батареи увеличивается до тех пор, пока цепь не разорвется, и батарея больше не нагревается, чтобы гарантировать, что температура зарядки аккумулятора в норме.

Может ли глубокая зарядка и разрядка увеличить реальную емкость литий-ионных аккумуляторов? Эксперт четко сказал мне, что это бессмысленно. Они даже сказали, что так называемая «активация» первых трех полных зарядов и разрядки тоже не нужна. Однако почему так много людей меняют емкость, указанную в информации о батарее, после глубокой зарядки? Об этом будет сказано позже.

Литий-ионные батареи обычно имеют микросхему управления и микросхему управления зарядом. Микросхема управления имеет ряд регистров, которые содержат такие значения, как емкость, температура, идентификатор, состояние заряда и количество разрядов. Эти значения будут постепенно меняться во время использования. Я лично считаю, что основная функция «использовать полностью заряжать и разряжать раз в месяц» в инструкции по эксплуатации должна заключаться в исправлении неправильных значений в этих регистрах, чтобы контроль заряда батареи и номинальная емкость соответствовали реальной ситуации. батареи.

Микросхема управления зарядкой в основном контролирует процесс зарядки аккумулятора. Процесс зарядки литий-ионной батареи делится на два этапа: фаза быстрой зарядки постоянным током (когда индикатор батареи желтый) и фаза уменьшения тока постоянного напряжения (индикатор батареи мигает зеленым). Во время фазы быстрой зарядки постоянным током , напряжение аккумулятора постепенно увеличивается.Затем стандартное напряжение аккумулятора передается на ступень постоянного напряжения под микросхемой управления, напряжение больше не повышается, чтобы гарантировать, что он не будет перезаряжаться, а ток постепенно уменьшается до нуля по мере того, как заряд аккумулятора увеличивается, и, наконец, зарядка завершается.

Микросхема статистики электричества может рассчитать мощность батареи, записав кривую разряда (напряжение, ток, время), которая является wh. значение, которое мы читаем в информации о батарее. Литий-ионный аккумулятор изменит кривую разряда после многократного использования. Если у микросхемы нет возможности снова прочитать полную кривую разряда, расчетная мощность не точна. Поэтому нам нужно глубоко зарядить чип, чтобы откалибровать аккумулятор.

Страница содержит содержимое машинного перевода.