Il-batteriji tal-litju huma tip ġdid ta 'batterija b'enerġija għolja żviluppata b'suċċess fis-seklu 20. Jistgħu jinftiehmu bħala batteriji li fihom elementi tal-litju (inklużi litju metalliku, ligi tal-litju, joni tal-litju, u polimeri tal-litju). Jistgħu jinqasmu f'batteriji tal-metall tal-litju (rarament prodotti u użati) u batteriji tal-joni tal-litju (issa użati fi kwantitajiet kbar). Minħabba l-vantaġġi tagħha bħal enerġija speċifika għolja, vultaġġ għoli tal-batterija, firxa wiesgħa ta 'temperatura operattiva, u ħajja ta' ħażna twila, intużaw ħafna f'apparat elettriku żgħir militari u ċivili, bħal telefowns ċellulari, kompjuters portabbli, camcorders, kameras, eċċ., Parzjalment jissostitwixxu l-batteriji tradizzjonali.
Oriġini u żvilupp ta 'batteriji tal-jone tal-litju
- Fis-snin sebgħin, MS Whittingham ta 'Exxon uża s-sulfid tat-titanju bħala l-materjal tal-elettrodu pożittiv u l-litju metalliku bħala l-materjal tal-elettrodu negattiv biex jagħmel l-ewwel batterija tal-litju.
- Fl-1980, J. Goodenough skopra li l-ossidu tal-kobalt tal-litju jista 'jintuża bħala l-materjal tal-elettrodu pożittiv tal-batteriji tal-jone tal-litju.
- Fl-1982, Rragarwal u Jrselman tal-Istitut tat-Teknoloġija tal-Illinois skoprew li l-joni tal-litju għandhom il-propjetà li jiġu inkorporati fil-grafita, u dan il-proċess huwa mgħaġġel u riversibbli. Fl-istess ħin, il-perikli dwar is-sigurtà tal-batteriji tal-litju magħmula minn litju metalliku ġibdu ħafna attenzjoni, u għalhekk in-nies ippruvaw jużaw il-proprjetajiet ta 'joni tal-litju inkorporati fil-grafita biex jagħmlu batteriji rikarikabbli. L-ewwel elettrodu tal-grafita tal-jone tal-litju li jista 'jintuża ġie prodott b'suċċess bil-prova minn Bell Laboratories.
- Fl-1983, M.Thackeray, J.Goodenough u oħrajn skoprew li l-spinel tal-manganiż huwa materjal tal-elettrodi pożittiv eċċellenti bi prezz baxx, stabbiltà u konduttività elettrika u tal-litju eċċellenti. Għandha temperatura għolja ta 'dekompożizzjoni u l-ossidabilità tagħha hija ħafna inqas minn dik ta' ossidu tal-kobalt tal-litju. Anke jekk isseħħ ċirkwit qasir jew ħlas żejjed, jista 'jevita l-periklu ta' kombustjoni u splużjoni.
- Fl-1989, A.Manthiram u J.Goodenough skoprew li l-elettrodu pożittiv li juża anjoni polimerizzati se jipproduċi vultaġġ ogħla.
- Fl-1991, Sony ħarġet l-ewwel batterija kummerċjali tal-jone tal-litju. Sussegwentement, il-batteriji tal-jone tal-litju rrevoluzzjonaw id-dehra tal-elettronika tal-konsumatur.
- Fl-1996, Padhi u Goodenough skoprew li l-fosfati bi strutturi ta 'olivina, bħal fosfat tal-ħadid tal-litju (LifePO4), huma superjuri għal materjali tradizzjonali pożittivi tal-elettrodi, u għalhekk saru l-materjali tal-elettrodi pożittivi mainstream kurrenti.
Il-batteriji tal-jone tal-litju (batteriji Li-ion) huma żviluppati minn batteriji tal-litju. Allura qabel ma nintroduċu Li-ion, ejja l-ewwel nintroduċu batteriji tal-litju. Pereżempju, il-batteriji tal-buttuna jappartjenu għal batteriji tal-litju. Il-materjal tal-elettrodu pożittiv tal-batteriji tal-litju huwa dijossidu tal-manganiż jew klorur tat-thionyl, u l-elettrodu negattiv huwa litju. Wara li l-batterija tkun immuntata, il-batterija għandha vultaġġ u m'għandhiex għalfejn tiġi ċċarġjata. Dan it-tip ta 'batterija jista' wkoll jiġi ċċarġjat, iżda l-prestazzjoni taċ-ċiklu mhix tajba. Matul iċ-ċiklu ta 'ħlas u kwittanza, id-dendriti tal-litju huma ffurmati faċilment, u jikkawżaw ċirkwiti qosra interni fil-batterija, u għalhekk f'ċirkostanzi normali, dan it-tip ta' batterija huwa pprojbit milli jiġi ċċarġjat.
Aktar tard, Sony Corporation tal-Ġappun ivvintat batterija tal-litju b'materjal tal-karbonju bħala l-elettrodu negattiv u l-komposti li fihom il-litju bħala l-elettrodu pożittiv. Matul il-proċess ta 'ħlas u kwittanza, m'hemm l-ebda litju metalliku, joni tal-litju biss. Din hija batterija tal-jone tal-litju.
Fil-bidu tad-disgħinijiet, Sony Energy Development Company tal-Ġappun u Moli Energy Company tal-Kanada rispettivament żviluppaw b'suċċess tip ġdid ta 'batterija tal-jone tal-litju, li mhux biss għandha prestazzjoni tajba iżda wkoll hija favur l-ambjent. Bl-iżvilupp mgħaġġel tat-teknoloġija tal-informazzjoni, makkinarju li jinżamm fl-idejn u vetturi elettriċi, id-domanda għal sorsi ta 'enerġija b'effiċjenza għolja żdiedet b'mod drammatiku, u l-batteriji tal-litju saru wieħed mill-oqsma li qed jikbru l-iktar malajr.
Struttura u prinċipju ta 'batteriji tal-jone tal-litju
(1) Komponenti ewlenin tal-batteriji tal-jone tal-litju:
① Elettrodu pożittiv - Materjali attivi jirreferu prinċipalment għall-ossidu tal-kobalt tal-litju, ossidu tal-manganiż tal-litju, fosfat tal-ħadid tal-litju, ossidu tan-nikil tal-litju, ossidu tal-manganiż tal-kobalt tan-nikil, eċċ. Il-kollettur kurrenti konduttiv ġeneralment juża fojl tal-aluminju bi ħxuna ta '10-20 mikroni;
② Diaframma - Film tal-plastik speċjali li jippermetti li jgħaddu joni tal-litju, iżda huwa iżolatur għall-elettroni. Bħalissa, hemm prinċipalment żewġ tipi: PE u PP u l-kombinazzjonijiet tagħhom. Hemm ukoll tip ta 'dijaframma solida inorganika, bħal kisi tad-dijaframma tal-alumina, li huwa dijaframma solida inorganika;
③ Elettrodu Negattiv - Il-materjal attiv jirreferi prinċipalment għal grafita, titanat tal-litju, jew materjali tal-karbonju bi struttura simili għal grafita. Il-kollettur kurrenti konduttiv ġeneralment juża fojl tar-ram bi ħxuna ta '7-15 mikron;
④ Elettrolit - Ġeneralment sistema organika, bħal solventi tal-karbonat maħlul bl-hexafluworofosfat tal-litju, u xi batteriji tal-polimeri jużaw elettroliti tal-ġel;
⑤ Qoxra tal-batterija - Prinċipalment maqsuma f'qoxra iebsa (qoxra tal-azzar, qoxra tal-aluminju, qoxra tal-ħadid miksija bin-nikil, eċċ.) U pakkett artab (film tal-plastik tal-aluminju).
Meta l-batterija tiġi ċċarġjata, il-joni tal-litju jiġu deinterclated mill-elettrodu pożittiv u inkorporati fl-elettrodu negattiv, u viċi versa waqt il-kwittanza. Dan jirrikjedi li l-elettrodu jkun fi stat interkalat bil-litju qabel l-assemblaġġ. Ġeneralment, ossidi tal-metall ta 'transizzjoni interkalati bil-litju b'potenzjal akbar minn 3V relattiv għal-litju u stabbli fl-arja huma magħżula bħala elettrodi pożittivi, bħal LiCoo2, LINIO2, u limn2O4.
Bħala materjal negattiv tal-elettrodu, komposti li jistgħu jinvolvu l-litju b'potenzjal kemm jista 'jkun magħżula l-potenzjal tal-litju, bħal diversi materjali tal-karbonju inkluż grafita naturali, grafita sintetika, fibra tal-karbonju, sferulite mesophase, eċċ. U ossidi tal-metall, inkluż SNO, Sno2, SNO2, SNO2, SNBXPYOZ (x =0. 4 ~ 0. 6, y {=0. 6 ~ {0. 4, z {= ({2+3 x {+5 y), eċċ.
L-elettrolit jadotta sistema ta 'solvent imħallat ta' karbonati alkil bħal karbonat tal-etilene (KE), karbonat tal-propilene (PC) u karbonat dietil-viskożità baxxa (DEC) ta 'LiPF6.
Id-dijaframma tadotta membrani mikroporużi polyolefin bħal PE, PP jew il-membrani komposti tagħhom, speċjalment id-dijaframma bi tliet saffi PP \/ PE \/ PP, li mhux biss għandha punt ta 'tidwib baxx, iżda għandha wkoll saħħa ta' reżistenza ta 'titqib għoli, li għandha rwol ta' assigurazzjoni termali.
Il-qoxra hija magħmula minn azzar jew aluminju, u l-assemblaġġ tal-kopertura għandu l-funzjoni ta 'power-off li ma jagħmilx splużjoni.
(2) Prinċipju bażiku tax-xogħol
Meta tiċċarġja l-batterija, il-joni tal-litju jiġu rilaxxati mill-kompost li fih il-litju fl-elettrodu pożittiv, u l-joni tal-litju jimxu lejn l-elettrodu negattiv permezz tal-elettrolit. Il-materjal tal-karbonju fl-elettrodu negattiv għandu struttura b'saffi b'ħafna mikropori. L-joni tal-litju li jilħqu l-elettrodu negattiv huma inkorporati fil-mikropori tas-saff tal-karbonju. Iktar ma jkunu inkorporati joni tal-litju, iktar tkun għolja l-kapaċità ta 'ċċarġjar.
Meta titfa 'l-batterija (jiġifieri l-proċess ta' l-użu tal-batterija), l-joni tal-litju inkorporati fis-saff tal-karbonju ta 'l-elettrodu negattiv jiġu rilaxxati u jimxu lura għall-elettrodu pożittiv. Iktar ma jkun hemm joni tal-litju li jirritornaw għall-elettrodu pożittiv, iktar tkun għolja l-kapaċità ta 'kwittanza. Dak li normalment insejħu l-kapaċità tal-batterija jirreferi għall-kapaċità ta 'kwittanza.
Matul il-proċess tal-iċċarġjar u l-ħatt tal-batteriji tal-jone tal-litju, il-joni tal-litju jinsabu fi stat ta 'moviment minn elettrodu pożittiv → elettrodu negattiv → elettrodu pożittiv. Dan huwa bħal siġġu tat-tbandil, biż-żewġt itruf tas-siġġu tat-tbandil huma ż-żewġ arbli tal-batterija, u l-joni tal-litju li jiċċaqalqu 'l quddiem u lura fiż-żewġt itruf tas-siġġu tat-tbandil. Għalhekk, il-batteriji tal-jone tal-litju jissejħu wkoll batteriji tat-tbandil.
Mekkaniżmu ta 'ċċarġjar u ħatt
- Il-proċess ta 'ċċarġjar ta' batteriji tal-jone tal-litju huwa maqsum f'żewġ stadji: stadju tal-iċċarġjar tal-kurrent kostanti u kurrent kostanti tal-kurrent li jonqos l-istadju tal-iċċarġjar.
- L-iċċarġjar żejjed u l-ħatt tal-batteriji tal-jone tal-litju jikkawżaw ħsara permanenti lill-elettrodi pożittivi u negattivi. L-iċċarġjar żejjed jikkawża li l-istruttura tal-folja tal-karbonju ta 'l-elettrodu negattiv tiġġarraf, u l-kollass jipprevjeni li l-joni tal-litju jiddaħħlu waqt l-iċċarġjar; L-iċċarġjar żejjed jikkawża wisq joni tal-litju biex jiġu inkorporati fl-istruttura tal-karbonju ta 'l-elettrodu negattiv, u jikkawżaw li wħud mill-joni tal-litju ma jibqgħux jiġu rilaxxati.
- L-aħjar metodu ta 'ċċarġjar u skarika għall-batteriji tal-jone tal-litju biex iżommu l-prestazzjoni huwa l-iċċarġjar baxx u l-iskarikar baxx. Ġeneralment, 60% DoD huwa 2 sa 4 darbiet il-ħajja taċ-ċiklu taħt il-kundizzjonijiet ta '100% DoD.
Indikaturi ewlenin tal-prestazzjoni tal-batteriji tal-jone tal-litju
(1) Kapaċità tal-batterija
Il-kapaċità ta 'batterija tista' tinqasam f'kapaċità nominali u kapaċità attwali. Il-kapaċità nominali ta 'batterija tirreferi għall-ammont ta' elettriku li l-batterija għandha tipprovdi meta tkun skarikata għall-vultaġġ tat-terminazzjoni b'rata ta '5H taħt temperatura ambjentali ta' 20 grad ± 5 grad, u hija rappreżentata minn C5. Il-kapaċità attwali ta 'batterija tirreferi għall-ammont attwali ta' elettriku skarikat mill-batterija taħt ċerti kundizzjonijiet ta 'kwittanza, li hija affettwata prinċipalment mir-rata ta' kwittanza u t-temperatura (għalhekk strettament, il-kapaċità tal-batterija għandha tindika l-ħlas tal-iċċarġjar u l-ħatt).
Unità tal-Kapaċità: Mah, AH (1AH =1000 MAH).
(2) reżistenza interna tal-batterija
Ir-reżistenza interna tal-batterija tirreferi għar-reżistenza li tiltaqa 'magħha li tiċċirkola mill-batterija meta l-batterija tkun qed taħdem. Tikkonsisti f'żewġ partijiet: reżistenza interna ohmika u reżistenza interna tal-polarizzazzjoni. Reżistenza interna kbira tal-batterija twassal għal vultaġġ ta 'kwittanza aktar baxx u ħin iqsar ta' kwittanza. Id-daqs tar-reżistenza interna huwa affettwat prinċipalment minn fatturi bħall-materjal tal-batterija, il-proċess tal-manifattura, u l-istruttura tal-batterija. Ir-reżistenza interna tal-batterija hija parametru importanti għall-kejl tal-prestazzjoni tal-batterija.
(3) Vultaġġ
Vultaġġ taċ-ċirkwit miftuħ jirreferi għad-differenza potenzjali bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi tal-batterija meta l-batterija ma tkunx qed taħdem, jiġifieri, meta ma jkun hemm l-ebda kurrent li jiċċirkola fiċ-ċirkwit. Ġeneralment, il-vultaġġ taċ-ċirkwit miftuħ ta 'batterija tal-jone tal-litju huwa ta' madwar 4. {1-4. 2v wara li jkun iċċarġjat għal kollox, u madwar 3. {0 V wara li tkun ġiet rilaxxata. L-istat ta 'ħlas tal-batterija jista' jiġi ddeterminat billi tiskopri l-vultaġġ taċ-ċirkwit miftuħ tal-batterija.
Il-vultaġġ operattiv, magħruf ukoll bħala l-vultaġġ tat-terminal, jirreferi għad-differenza potenzjali bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi tal-batterija meta l-batterija tkun fl-istat tax-xogħol, jiġifieri, meta jkun hemm kurrent li jiċċirkola fiċ-ċirkwit. Meta l-batterija tkun fl-istat tax-xogħol tal-iskarikar, meta l-kurrent jgħaddi mill-batterija, ma jkollux għalfejn jegħleb ir-reżistenza kkawżata mir-reżistenza interna tal-batterija, u għalhekk il-vultaġġ tax-xogħol huwa dejjem inqas mill-vultaġġ taċ-ċirkwit miftuħ, u l-oppost huwa veru meta jiċċarġja. Il-vultaġġ tax-xogħol tal-iskarikar tal-batteriji tal-jone tal-litju huwa ta 'madwar 3.6V.
(4) Ħin tal-pjattaforma ta 'kwittanza
Il-ħin tal-pjattaforma ta 'kwittanza jirreferi għall-ħin ta' kwittanza meta l-batterija tkun kompletament iċċarġjata għal ċertu vultaġġ. Pereżempju, il-ħin tal-pjattaforma ta 'kwittanza ta' batterija ternarja fi 3.6V huwa mkejjel. Il-vultaġġ jiġi ċċarġjat għal 4.2V f'vultaġġ kostanti, u l-kurrent tal-iċċarġjar huwa inqas minn 0. 02C, allura l-iċċarġjar jitwaqqaf, jiġifieri, wara li l-batterija tkun iċċarġjata għal kollox, u mbagħad titħalla għal 10 minuti. Il-ħin ta 'kwittanza meta jintrema għal 3.6V f'kull kurrent ta' kwittanza huwa l-ħin tal-pjattaforma ta 'kwittanza f'dak il-kurrent.
Minħabba li l-vultaġġ tax-xogħol ta 'xi apparat elettriku bl-użu ta' batteriji tal-jone tal-litju għandu rekwiżiti ta 'vultaġġ, jekk huwa inqas mill-valur meħtieġ, ma jaħdimx. Għalhekk, il-pjattaforma ta 'kwittanza hija waħda mill-kriterji importanti għall-kejl tal-prestazzjoni tal-batteriji.
(5) rata ta 'ħlas u kwittanza
Ir-rata ta 'ħlas u ta' kwittanza tirreferi għall-valur kurrenti meħtieġ għall-batterija biex teħles il-kapaċità nominali tagħha fi żmien speċifikat. 1c huwa numerikament daqs il-kapaċità nominali tal-batterija u ġeneralment huwa rrappreżentat mill-ittra C. Pereżempju, jekk il-kapaċità nominali nominali tal-batterija hija 1 0 ah, allura 10a hija 1C (1 rata), 5a hija 0.5C, 100A hija 10C, u l-bqija.
(6) Rata ta 'Skariga ta' Awto
Ir-rata ta 'l-awto-kwittanza, magħrufa wkoll bħala kapaċità ta' żamma ta 'ħlas, tirreferi għall-abbiltà tal-batterija li żżomm l-ammont ta' elettriku maħżun fil-batterija taħt ċerti kundizzjonijiet meta l-batterija tkun fi stat ta 'ċirkwit miftuħ. Huwa affettwat prinċipalment minn fatturi bħall-proċess tal-manifattura, il-materjali, u l-kundizzjonijiet tal-ħażna tal-batterija. Huwa parametru importanti għall-kejl tal-prestazzjoni tal-batterija.
(7) Effiċjenza
L-effiċjenza tal-iċċarġjar tirreferi għall-kejl tal-grad li fih l-enerġija elettrika kkunsmata mill-batterija matul il-proċess ta 'ċċarġjar hija kkonvertita fl-enerġija kimika li l-batterija tista' taħżen. Huwa affettwat prinċipalment mill-proċess tal-batterija, il-formula, u t-temperatura tal-ambjent tax-xogħol tal-batterija. Ġeneralment, iktar tkun għolja t-temperatura ambjentali, iktar tkun baxxa l-effiċjenza tal-iċċarġjar.
L-effiċjenza tal-kwittanza tirreferi għall-proporzjon tal-ammont attwali ta 'elettriku skarikat mal-vultaġġ tat-terminal taħt ċerti kundizzjonijiet ta' kwittanza għall-kapaċità nominali tal-batterija. Huwa affettwat prinċipalment minn fatturi bħar-rata ta 'kwittanza, temperatura ambjentali, u reżistenza interna. B'mod ġenerali, iktar tkun għolja r-rata ta 'kwittanza, inqas tkun l-effiċjenza tal-kwittanza. Iktar ma tkun baxxa t-temperatura, inqas tkun l-effiċjenza tal-kwittanza.
(8) Ħajja taċ-ċiklu
Il-ħajja taċ-ċiklu tal-batterija tirreferi għan-numru ta 'ħinijiet ta' ħlas u kwittanza li batterija tgħaddi minn ċertu reġim ta 'ħlas u kwittanza meta l-kapaċità tal-batterija tinżel għal ċertu valur speċifikat. Il-GB għall-batteriji tal-jone tal-litju jistipula li r-rata ta 'żamma tal-kapaċità ta' batterija wara 500 ċiklu f'1C hija 'l fuq minn 60%.
Klassifikazzjonijiet ewlenin tal-batteriji tal-jone tal-litju
① Skond il-materjali differenti tal-elettroliti użati fil-batteriji tal-litju, il-batteriji tal-litju jistgħu jinqasmu f'żewġ kategoriji: batteriji tal-litju likwidu (batteriji tal-joni tal-litju, imsejħa bħala LIB) u batteriji tal-litju polimeru (batteriji tal-joni tal-litju polimeru, imsejħa bħala xoffa).
② Skond il-metodu ta 'ċċarġjar, dawn jistgħu jinqasmu f'żewġ kategoriji: li ma jistgħux jiġu kkargati u li jistgħu jiġu rikarikabbli.
③ Dehra tal-batterija tal-litju: batterija tal-litju kwadru (bħal batteriji tat-telefon ċellulari użati komunement) u ċilindriċi (bħal 18650, 18500);
④ Materjali tal-ippakkjar tal-batteriji tal-litju: batterija tal-litju tal-qoxra tal-aluminju, batterija tal-litju tal-qoxra tal-azzar, batterija tal-pakkett artab;
⑤ Batterija tal-litju mill-materjali tal-elettrodi pożittivi u negattivi (addittivi): batterija tal-kobalt tal-litju (licoo2), ossidu tal-manganiż tal-litju (limn2O4), batterija tal-fosfat tal-ħadid tal-litju, batterija tal-litju tad-dijossidu tal-manganiż li jintremew
