Принцип работы литий-ионных аккумуляторов

В литий-ионной батарее в качестве отрицательного электрода используется углеродный материал, а в качестве положительного электрода - литийсодержащее соединение, при этом металлического лития не существует, а есть только ионы лития. Литий-ионный аккумулятор - это общий термин для аккумулятора, в котором в качестве материала положительного электрода используется интеркалированное соединение иона лития. Процесс зарядки и разрядки ионно-литиевой батареи представляет собой процесс интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития. В процессе интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития сопутствующая вставка и деинтеркаляция эквивалентных электронов ионами лития (обычно называемая внедрением или деинтеркаляцией положительного электрода и вставкой или деинтеркаляцией отрицательного электрода). Во время заряда и разряда ионы лития интеркалируются / деинтеркалируются и вставляются / деинтеркалируются между положительным и отрицательным электродами и уместно именуются «батареями кресел-качалок».

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

Механизм действия

В литий-ионной батарее в качестве отрицательного электрода используется углеродный материал, а в качестве положительного электрода - литийсодержащее соединение, при этом металлический литий не существует, а есть только ионы лития. Литий-ионный аккумулятор - это общий термин для аккумулятора, в котором в качестве материала положительного электрода используется интеркалированное соединение иона лития. Процесс зарядки и разрядки ионно-литиевой батареи представляет собой процесс интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития. В процессе интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития сопутствующая вставка и деинтеркаляция эквивалентных электронов ионами лития (обычно называемая внедрением или деинтеркаляцией положительного электрода и вставкой или деинтеркаляцией отрицательного электрода). Во время заряда и разряда ионы лития интеркалируются / деинтеркалируются и вставляются / деинтеркалируются между положительным и отрицательным электродами и уместно именуются «батареями кресел-качалок».

Когда батарея заряжена, ионы лития генерируются на положительном электроде батареи, и образующиеся ионы лития перемещаются через электролит к отрицательному электроду. Углерод как отрицательный электрод имеет слоистую структуру. В нем много 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 разряжена (то есть, когда мы используем батарею), ионы лития, внедренные в отрицательный углеродный слой, удаляются и возвращаются к положительному полюсу. Чем больше ионов лития возвращается к положительному полюсу, тем выше разрядная емкость.

Обычно зарядный ток литиевой батареи устанавливается в пределах от 0,2 до 1C. Чем больше ток, тем быстрее заряжается и тем больше нагревается аккумулятор. Более того, чрезмерного тока зарядки недостаточно, потому что электрохимическая реакция внутри батареи требует времени. Так же, как наливание пива, если вы наливаете слишком быстро, у вас образуется пена, но вы не удовлетворены.

Меры предосторожности при использовании (разрядке)

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

Во-первых, ток разряда не должен быть слишком большим. Чрезмерный ток вызывает нагрев внутри батареи и может привести к необратимому повреждению. По телефону в этом нет ничего плохого.

Из рисунка справа видно, что чем больше разрядный ток аккумулятора, тем меньше разрядная емкость и тем быстрее падает напряжение.

Во-вторых, абсолютно не переразряд! Внутреннее хранение электроэнергии в литиевой батарее достигается за счет обратимого химического изменения в электрохимии. Чрезмерный разряд приведет к необратимой реакции этого химического изменения. Поэтому литиевая батарея больше всего боится переразряда. Если напряжение разряда ниже 2,7 В, аккумулятор может сломаться. К счастью, в батарею сотового телефона встроена защитная схема. Напряжение еще недостаточно низкое, чтобы повредить аккумулятор. Защитная схема сработает и остановит разряд.

«Литиевая батарея» - это тип батареи, в которой в качестве материала отрицательного электрода используется металлический литий или литиевый сплав, а также используется неводный раствор электролита. В 1912 году литий-металлическая батарея была впервые предложена и исследована Гилбертом Н. Льюис. В 1970-х годах М.С. Уиттингем предложил и начал изучать литий-ионные батареи. Из-за очень активных химических свойств литиевых металлов обработка, консервация и использование литиевых металлов требует очень высоких экологических требований. Поэтому литиевые батареи давно не использовались. С развитием науки и техники литиевые батареи стали мейнстримом.

Литиевые батареи можно условно разделить на две категории: литий-металлические батареи и литий-ионные батареи. Литий-ионные батареи не содержат металлического лития и могут заряжаться. Литий-металлический аккумулятор пятого поколения для аккумуляторных батарей появился на свет в 1996 году, и его безопасность, удельная емкость, скорость саморазряда и цена производительности лучше, чем у литий-ионных аккумуляторов. Из-за собственных требований высоких технологий компании всего в нескольких странах сейчас производят эти литий-металлические батареи.

Литий-металлический аккумулятор:

В литиево-металлических батареях обычно используется диоксид марганца в качестве материала положительного электрода, металлический литий или его металлический сплав в качестве материала отрицательного электрода, а в батареях используются неводные растворы электролита.

Основные принципы литиевой батареи

Основные принципы литиевой батареи

Реакция разряда: Li + MnO2 = LiMnO2

Литий-ионные аккумуляторы:

В литий-ионных батареях обычно используются оксиды металлов из литиевых сплавов в качестве материалов положительных электродов, графит в качестве материалов для отрицательных электродов и батареи, в которых используются неводные электролиты.

На положительном полюсе зарядки происходит реакция:

LiCoO2 = Li (1-x) CoO2 + XLi + Xe- (электрон)

На отрицательном полюсе заряда происходит реакция

6C + XLi + Xe- = LixC 6

Общая реакция аккумуляторной батареи: LiCoO2 +6 C = Li (1-x) CoO2 + LixC6

положительный электрод

Положительные материалы: есть много дополнительных положительных материалов, и основными продуктами являются в основном фосфат лития-железа. Различные положительные материальные сравнения:

LiCoO2

3,7 В

140 мАч / г

Li2Mn2O4

4,0 В

100 мАч / г

LiFePO4

3,3 В

100 мАч / г

Li2FePO4F

3,6 В

115 мАч / г

Реакция положительного электрода: ионы лития внедряются во время разряда, а ионы лития деинтеркалируются во время зарядки. При зарядке: LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi ++ xe-разряд: Li1-xFePO4 + xLi ++ xe- → LiFePO4.

Отрицательный электрод

Отрицательные материалы: больше графита. Новое исследование показало, что титанат может быть лучшим материалом.

Реакция отрицательного электрода: ионы лития деинтеркалируются во время разряда, а ионы лития внедряются во время зарядки.

При зарядке: xLi + + XE- + 6C → LixC6

Разряд: LixC6 → xLi + XE- + 6C

Страница содержит содержимое машинного перевода.