Принцип работы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионная батарея: это вторичная батарея (перезаряжаемая батарея), в работе которой в основном используются ионы лития, перемещающиеся между положительным и отрицательным электродами. Во время заряда и разряда Li + интеркалируется и деинтеркалируется между двумя электродами: при зарядке Li + деинтеркалируется с положительного электрода, и электролит внедряется в отрицательный электрод, а отрицательный электрод находится в богатом литием состоянии;

Литиевые батареи подразделяются на литиевые и литиево-ионные. И в мобильных телефонах, и в ноутбуках используются литий-ионные батареи, которые обычно называют литиевыми батареями. В батарее в качестве электрода обычно используется литийсодержащий материал, и она типична для современных высокоэффективных батарей. Истинные литиевые батареи редко используются в бытовой электронике из-за их высокого риска.

Литий-ионная батарея была впервые разработана корпорацией Sony в Японии в 1990 году. Она предназначена для введения ионов лития в углерод (нефтяной кокс и графит) для образования отрицательного электрода (литий для литиевых батарей или литиевые сплавы для обычных литиевых батарей). Материал положительного электрода обычно используется для LixCoO2, LixNiO2 и LixMnO4, а LiPF6 + диэтиленкарбонат (EC) + диметилкарбонат (DMC) в качестве электролита.

Нефтяной кокс и графит как нетоксичные материалы нетоксичны и имеют достаточные ресурсы. Ионы лития встроены в углерод, который преодолевает высокую активность лития и решает проблемы безопасности традиционных литиевых батарей. Положительный LixCoO2 может обеспечить зарядку и разрядку и срок службы. Чем выше уровень, тем ниже стоимость и общие характеристики литий-ионного аккумулятора улучшаются. Ожидается, что литий-ионные батареи займут большой рынок в 21 веке.

Формула реакции для зарядки и разрядки литий-ионных вторичных батарей: LiCoO2 + C = Li1-xCoO2 + LixC.

Литий-ионные аккумуляторы легко спутать со следующими двумя типами аккумуляторов:

(1) Литиевая батарея: металлический литий используется в качестве отрицательного электрода.

(2) Литий-ионный аккумулятор: используется неводный жидкий органический электролит.

(3) Литий-ионный полимерный аккумулятор: полимер используется для гелеобразования жидкого органического растворителя или непосредственно используется полностью твердый электролит. В литий-ионных батареях в качестве отрицательного электрода обычно используется углеродный материал на основе графита.

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. Отличные рабочие характеристики, быстрая зарядка и разрядка, эффективность зарядки до 100% и высокая выходная мощность. долгоиграющий. Без загрязнения окружающей среды его называют зеленой батареей.

«Литиевая батарея» - это тип батареи, в которой в качестве материала отрицательного электрода используется металлический литий или литиевый сплав, а также используется неводный раствор электролита. Литий-металлические батареи были впервые предложены и изучены Гилбертом Н. Льюисом в 1912 году. В 1970-х годах М.С. Уиттингем предложил и начал исследования литий-ионных батарей. Из-за очень активных химических свойств металлического лития обработка, хранение и использование металлического лития очень требовательны к окружающей среде. 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 являются перезаряжаемыми. Литий-металлический аккумулятор пятого поколения для аккумуляторных батарей появился на свет в 1996 году. Его безопасность, удельная емкость, скорость саморазряда и соотношение цены и качества лучше, чем у литий-ионных аккумуляторов. Из-за собственных высоких технических требований только несколько компаний в стране производят такие литий-металлические батареи.

Литий-металлический аккумулятор:

Литий-металлический аккумулятор обычно представляет собой аккумулятор, использующий диоксид марганца в качестве материала положительного электрода, металлический литий или его металлический сплав в качестве материала отрицательного электрода и неводный раствор электролита.

Основной принцип литиевой батареи

Основной принцип литиевой батареи

Реакция разряда: Li + MnO2 = LiMnO2

Литий-ионный аккумулятор:

Литий-ионная батарея обычно представляет собой батарею, в которой в качестве материала положительного электрода используется оксид металла из литиевого сплава, в качестве материала отрицательного электрода - графит, а также неводный электролит.

На заряженном положительном электроде происходит реакция:

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

На зарядном отрицательном электроде происходит реакция:

6C + XLi ++ Xe- = LixC6

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

Положительный

Катодный материал: существует множество дополнительных катодных материалов, и в большинстве основных продуктов используется фосфат лития-железа. Сравнение различных катодных материалов:

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

Материал анода: чаще всего используется графит. 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

При разряде: LixC6 → xLi ++ xe- + 6C

Литиевые батареи впервые были использованы в кардиостимуляторах. Литиевая батарея имеет очень низкую скорость саморазряда и постоянное напряжение разряда, поэтому кардиостимулятор, имплантированный в человеческое тело, может работать в течение длительного времени без подзарядки. Литиевые батареи обычно имеют номинальное напряжение выше 3,0 В, что делает их более подходящими для использования в качестве источников питания интегральных схем. Батареи из диоксида марганца широко используются в калькуляторах, цифровых фотоаппаратах и часах.

Чтобы создать более совершенные сорта, были изучены различные материалы, чтобы создать беспрецедентный продукт.

В 1992 году Sony успешно разработала литий-ионные аккумуляторы. Его практичность значительно уменьшила вес и объем портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и калькуляторы.

Страница содержит содержимое машинного перевода.