Принцип работы литиевой батареи и процесс сборки

Принцип работы литий-ионного аккумулятора относится к его принципу зарядки и разрядки. Когда батарея заряжена, ионы лития генерируются на положительном электроде батареи, и генерируемые ионы лития перемещаются к отрицательному электроду через электролит. Углерод в качестве отрицательного электрода имеет слоистую структуру и множество микропор. Ионы лития, достигающие отрицательного электрода, внедряются в микропоры углеродного слоя, и чем больше ионов лития внедрено, тем выше зарядная емкость.

Точно так же, когда батарея разряжается (то есть в процессе, в котором мы используем батарею), ионы лития, внедренные в углеродный слой отрицательного электрода, выходят и возвращаются к положительному электроду. Чем больше ионов лития возвращается к положительному электроду, тем выше разрядная емкость. То, что мы обычно называем емкостью аккумулятора, относится к разрядной емкости.

Нетрудно увидеть, что во время процесса зарядки и разрядки литий-ионной батареи ион лития находится в состоянии движения от положительного электрода к отрицательному электроду и к положительному электроду. Если мы сравним литий-ионную батарею с креслом-качалкой, два конца кресла-качалки - это два полюса батареи, а литий-ионный аккумулятор похож на отличного спортсмена, бегающего вперед и назад на обоих концах кресла-качалки. Поэтому специалисты дали литий-ионному аккумулятору симпатичное название «батарея-качалка».

Сборка:

В соответствии с листом положительного электрода, листом разделительного отрицательного электрода, разделителем размещается в порядке сверху вниз, и сердечник аккумуляторной батареи наматывается, а затем вводится электролит, процесс герметизации завершается, то есть , процесс сборки аккумулятора завершен, и готовый продукт готов. аккумулятор.

Зарядите и разрядите готовую батарею с помощью специального устройства для зарядки и разрядки, проверьте каждую батарею и отфильтруйте подходящие готовые батареи для отправки.

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».

Литий-ионные батареи обладают высокой плотностью энергии и высоким средним выходным напряжением. Саморазряд небольшой, менее 10% в месяц. Нет эффекта памяти. Диапазон рабочих температур составляет от -20 ° C до 60 ° C. Отличная производительность цикла, быстрая зарядка и разрядка, эффективность зарядки до 100% и высокая выходная мощность. долгоиграющий. Без загрязнения окружающей среды его называют зеленой батареей.

Механизм действия

Литий-ионные батареи используют углеродный материал в качестве отрицательного электрода и литийсодержащее соединение в качестве положительного электрода. Нет металлического лития, только ионы лития. Это литий-ионный аккумулятор. 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 генерируемые ионы лития перемещаются к отрицательному электроду через электролит. Углерод в качестве отрицательного электрода имеет слоистую структуру и множество микропор. Ионы лития, достигающие отрицательного электрода, внедряются в микропоры углеродного слоя, и чем больше ионов лития внедрено, тем выше зарядная емкость. Точно так же, когда батарея разряжается (то есть в процессе, в котором мы используем батарею), ионы лития, внедренные в углеродный слой отрицательного электрода, выходят и возвращаются к положительному электроду. Чем больше ионов лития возвращается к положительному электроду, тем выше разрядная емкость.

Как правило, зарядный ток литиевой батареи устанавливается в диапазоне от 0,2 градуса Цельсия до 1 градуса Цельсия. Чем выше ток, тем быстрее происходит зарядка и тем сильнее нагревается аккумулятор. Более того, при чрезмерном токе зарядки емкость не полная, потому что электрохимическая реакция внутри аккумулятора требует времени. Как и при наливании пива, если оно будет слишком быстрым, оно будет пузыриться, но не будет полным.

Меры предосторожности при использовании (разрядке)

Для батарей нормальное использование - это процесс разрядки. Необходимо обратить внимание на разряд литиевой батареи:

Во-первых, ток разряда не должен быть слишком большим. Чрезмерный ток вызывает нагрев внутри батареи, что может привести к необратимому повреждению. По мобильному телефону это не проблема, не считаешь. Чем больше ток разряда аккумулятора, тем меньше разрядная емкость и тем быстрее падает напряжение.

Во-вторых, его нельзя чрезмерно разряжать! Внутреннее хранение электроэнергии в литиевой батарее достигается за счет обратимого химического изменения в электрохимии. Чрезмерный разряд может вызвать необратимые реакции этого химического изменения, поэтому литиевые батареи больше всего боятся чрезмерной разрядки. Напряжение разряда ниже 2,7 В может привести к утилизации аккумулятора. К счастью, внутри аккумулятора мобильного телефона была установлена схема защиты, напряжение недостаточно низкое, чтобы повредить аккумулятор, схема защиты будет работать, прекратите разряжаться.

«Литиевая батарея» - это батарея, в которой в качестве материала отрицательного электрода используется металлический литий или литиевый сплав, а также используется неводный раствор электролита. Литий-металлическая батарея в 1912 году была впервые предложена и изучена Гилбертом Н. Льюисом. В 1970-х годах MSWhittingham предложил и начал исследования литий-ионных аккумуляторов. Из-за очень активных химических свойств металлического лития требования к обработке, хранению, использованию и окружающей среде очень высоки, поэтому литиевые батареи долгое время 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 являются перезаряжаемыми. Литий-металлический аккумулятор пятого поколения для аккумуляторных батарей появился на свет в 1996 году. Его безопасность, удельная емкость, скорость саморазряда и соотношение цена-качество превосходят таковые у литий-ионных аккумуляторов. Из-за собственных высоких технических требований только несколько компаний в стране производят такие литий-металлические батареи.

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

В 1980 году Дж. Гуденаф обнаружил, что кобальтат лития можно использовать в качестве материала положительного электрода для литий-ионных батарей.

В 1982 году Р. Р. Агарвал и Дж. Р. Селман из Технологического института Иллинойса обнаружили, что ионы лития обладают свойством встраиваться в графит, что является быстрым и обратимым. В то же время литиевая батарея, сделанная из металлического лития, привлекла большое внимание, поэтому люди пытались создать перезаряжаемую батарею, используя характеристики встроенного литий-ионного графита. Первый доступный литий-ионный графитовый электрод был успешно произведен Bell Labs.

В 1983 г. М. Теккерей, Дж. Гуденаф и др. обнаружили, что марганцевая шпинель является отличным материалом для положительного электрода с низкой ценой, стабильностью и отличной электропроводностью и литий-проводящими свойствами. Температура разложения высока, а степень окисления намного ниже, чем у кобальтата лития. Даже если произойдет короткое замыкание, перезарядка электричества может избежать опасности возгорания и взрыва.

В 1989 г. А. Мантирам и Дж. Гуденаф обнаружили, что положительный электрод с полимерным анионом будет производить более высокое напряжение.

В 1991 году Sony выпустила первый коммерческий литий-ионный аккумулятор. Впоследствии литий-ионные батареи произвели революцию в потребительской электронике.

В 1996 году Падхи и предисловие обнаружили, что фосфаты со структурой оливина, такие как фосфат лития-железа (фосфат лития-железа), превосходят традиционные материалы положительного электрода и, таким образом, стали основными материалами катода.

С повсеместным использованием цифровых продуктов, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и т. Д., Литий-ионные аккумуляторы широко используются в таких продуктах с отличными характеристиками и постепенно развиваются в других приложениях. В 1998 году Тяньцзиньский научно-исследовательский институт энергетики начал промышленное производство литий-ионных батарей. Обычно литий-ионные батареи называют литиевыми батареями, но эти две батареи не одно и то же. Литий-ионные батареи стали мейнстримом.

Страница содержит содержимое машинного перевода.