Litija akumulators ir akumulatora tips, kurā kā negatīvā elektroda materiāls tiek izmantots litija metāls vai litija sakausējums un tiek izmantots neūdens elektrolīta šķīdums.Agrākais piedāvātais litija akumulators nāca no izcilā izgudrotāja Edisona.
Litija baterijas – litija baterijas
litija akumulators
Litija akumulators ir akumulatora tips, kurā kā negatīvā elektroda materiāls tiek izmantots litija metāls vai litija sakausējums un tiek izmantots neūdens elektrolīta šķīdums.Agrākais piedāvātais litija akumulators nāca no izcilā izgudrotāja Edisona.
Tā kā litija metāla ķīmiskās īpašības ir ļoti aktīvas, litija metāla apstrādei, uzglabāšanai un pielietošanai ir ļoti augstas vides prasības.Tāpēc litija baterijas nav izmantotas ilgu laiku.
Divdesmitajā gadsimtā attīstoties mikroelektronikas tehnoloģijām, ar katru dienu palielinās miniaturizēto ierīču skaits, kas izvirza augstas prasības elektroapgādei.Litija baterijas pēc tam ir nonākušas liela mēroga praktiskā posmā.
Pirmo reizi to izmantoja sirds elektrokardiostimulatoros.Tā kā litija bateriju pašizlādes ātrums ir ārkārtīgi zems, izlādes spriegums ir stāvs.Tas ļauj implantēt elektrokardiostimulatoru cilvēka ķermenī uz ilgu laiku.
Litija akumulatoru nominālais spriegums parasti ir lielāks par 3,0 voltiem, un tie ir vairāk piemēroti integrālās shēmas barošanas avotiem.Mangāna dioksīda baterijas plaši izmanto datoros, kalkulatoros, kamerās un pulksteņos.
Lai izstrādātu šķirnes ar labāku veiktspēju, ir pētīti dažādi materiāli.Un tad pagatavojiet tādus produktus kā nekad agrāk.Piemēram, litija sēra dioksīda baterijas un litija tionilhlorīda baterijas ir ļoti atšķirīgas.To pozitīvā aktīvā viela ir arī elektrolīta šķīdinātājs.Šī struktūra ir tikai neūdens elektroķīmiskajās sistēmās.Tāpēc litija bateriju izpēte ir veicinājusi arī neūdens sistēmu elektroķīmiskās teorijas attīstību.Papildus dažādu neūdens šķīdinātāju izmantošanai ir veikti arī polimēru plānslāņa akumulatoru pētījumi.
1992. gadā Sony veiksmīgi izstrādāja litija jonu akumulatorus.Tās praktiskā pielietošana ievērojami samazina portatīvo elektronisko ierīču, piemēram, mobilo tālruņu un piezīmjdatoru, svaru un tilpumu.Lietošanas laiks ir ievērojami pagarināts.Tā kā litija jonu akumulatori nesatur smago metālu hromu, salīdzinot ar niķeļa-hroma akumulatoriem, vides piesārņojums ir ievērojami samazināts.
1. Litija jonu akumulators
Litija jonu akumulatori tagad ir sadalīti divās kategorijās: šķidrās litija jonu akumulatori (LIB) un polimēru litija jonu akumulatori (PLB).Tostarp šķidrais litija jonu akumulators attiecas uz sekundāro akumulatoru, kurā Li + interkalācijas savienojums ir pozitīvie un negatīvie elektrodi.Pozitīvais elektrods izvēlas litija savienojumu LiCoO2 vai LiMn2O4, un negatīvais elektrods izvēlas litija-oglekļa starpslāņa savienojumu.Litija jonu akumulatori ir ideāls dzinējspēks attīstībai 21. gadsimtā, jo tiem ir augsts darba spriegums, mazs izmērs, viegls svars, liela enerģija, nav atmiņas efekta, nav piesārņojuma, zema pašizlāde un ilgs cikla mūžs.
2. Īsa litija jonu akumulatoru izstrādes vēsture
Litija baterijas un litija jonu baterijas ir jaunas lielas enerģijas baterijas, kas veiksmīgi izstrādātas 20. gadsimtā.Šīs baterijas negatīvais elektrods ir metāla litijs, bet pozitīvais elektrods ir MnO2, SOCL2, (CFx)n utt. Tas tika praktiski izmantots 1970. gados.Pateicoties augstajai enerģijai, augstajam akumulatora spriegumam, plašajam darba temperatūras diapazonam un ilgajam uzglabāšanas laikam, tas ir daļēji izmantots militārās un civilās mazās elektroierīcēs, piemēram, mobilajos tālruņos, portatīvajos datoros, videokamerās, kamerās utt. tradicionālo bateriju nomaiņa..
3. Litija jonu akumulatoru attīstības perspektīvas
Litija jonu akumulatori ir plaši izmantoti pārnēsājamās ierīcēs, piemēram, klēpjdatoros, videokamerās un mobilajos sakaros, pateicoties to unikālajām funkcionālajām priekšrocībām.Tagad izstrādātais lieljaudas litija jonu akumulators ir izmēģināts elektriskajos transportlīdzekļos, un tiek lēsts, ka tas kļūs par vienu no primārajiem elektromobiļu enerģijas avotiem 21. gadsimtā, kā arī tiks izmantots satelītos, aviācijā un enerģijas uzkrāšanā. .
4. Baterijas pamatfunkcija
(1) Akumulatora atvērtās ķēdes spriegums
(2) Akumulatora iekšējā pretestība
(3) Akumulatora darba spriegums
(4) Uzlādes spriegums
Uzlādes spriegums attiecas uz spriegumu, ko ārējais barošanas avots pievada abos akumulatora galos, kad tiek uzlādēts sekundārais akumulators.Uzlādes pamatmetodes ietver pastāvīgas strāvas uzlādi un pastāvīga sprieguma uzlādi.Parasti tiek izmantota pastāvīga strāvas uzlāde, un tās īpašība ir tāda, ka uzlādes strāva uzlādes procesā ir stabila.Uzlādei turpinoties, aktīvais materiāls tiek atgūts, elektrodu reakcijas laukums tiek nepārtraukti samazināts un motora polarizācija pakāpeniski palielinās.
(5) Akumulatora ietilpība
Akumulatora ietilpība attiecas uz no akumulatora iegūto elektroenerģijas daudzumu, ko parasti izsaka ar C, un mērvienību parasti izsaka ar Ah vai mAh.Jauda ir svarīgs akumulatora elektriskās veiktspējas mērķis.Akumulatora ietilpību parasti iedala teorētiskajā kapacitātē, praktiskajā kapacitātē un nominālajā kapacitātē.
Akumulatora ietilpību nosaka elektrodu kapacitāte.Ja elektrodu kapacitāte nav vienāda, akumulatora jauda ir atkarīga no elektroda ar mazāku ietilpību, taču tā nekādā gadījumā nav pozitīvā un negatīvā elektroda kapacitātes summa.
(6) Uzglabāšanas funkcija un akumulatora darbības laiks
Viena no ķīmisko enerģijas avotu galvenajām iezīmēm ir tā, ka tie var atbrīvot elektrisko enerģiju, kad tos izmanto, un uzglabāt elektroenerģiju, kad tos neizmanto.Tā sauktā uzglabāšanas funkcija ir iespēja uzturēt sekundārā akumulatora uzlādi.
Attiecībā uz sekundāro akumulatoru kalpošanas laiks ir svarīgs parametrs akumulatora veiktspējas mērīšanai.Sekundārais akumulators tiek uzlādēts un izlādēts vienu reizi, ko sauc par ciklu (vai ciklu).Saskaņā ar noteiktu uzlādes un izlādes kritēriju uzlādes un izlādes reižu skaitu, ko akumulators var izturēt, pirms akumulatora jauda sasniedz noteiktu vērtību, sauc par sekundārā akumulatora darbības ciklu.Litija jonu akumulatoriem ir lieliska uzglabāšanas veiktspēja un ilgs darbības laiks.
Litija baterijas — funkcijas
A. Augsts enerģijas blīvums
Litija jonu akumulatora svars ir uz pusi mazāks nekā tādas pašas ietilpības niķeļa-kadmija vai niķeļa-ūdeņraža akumulatora svaram, un tilpums ir 40-50% no niķeļa-kadmija un 20-30% no niķeļa-kadmija akumulatora. .
B. Augstspriegums
Viena litija jonu akumulatora darba spriegums ir 3,7 V (vidējā vērtība), kas ir līdzvērtīgs trim sērijveidā savienotām niķeļa-kadmija vai niķeļa-metāla hidrīda akumulatoriem.
C. Nav piesārņojuma
Litija jonu akumulatori nesatur kaitīgus metālus, piemēram, kadmiju, svinu un dzīvsudrabu.
D. Nesatur metālisku litiju
Litija jonu akumulatori nesatur metālisku litiju, tāpēc uz tiem neattiecas tādi noteikumi kā aizliegums pārvadāt litija baterijas pasažieru lidmašīnās.
E. Augsts cikla mūžs
Normālos apstākļos litija jonu akumulatoriem var būt vairāk nekā 500 uzlādes-izlādes ciklu.
F. Nav atmiņas efekta
Atmiņas efekts attiecas uz parādību, ka niķeļa-kadmija akumulatora jauda tiek samazināta uzlādes un izlādes cikla laikā.Litija jonu akumulatoriem nav šāda efekta.
G. Ātrā uzlāde
Izmantojot pastāvīgas strāvas un pastāvīga sprieguma lādētāju ar nominālo spriegumu 4,2 V, litija jonu akumulatoru var pilnībā uzlādēt vienas līdz divu stundu laikā.
Litija akumulators – litija akumulatora darbības princips un uzbūve
1. Litija jonu akumulatora uzbūve un darbības princips: tā sauktais litija jonu akumulators attiecas uz sekundāro akumulatoru, kas sastāv no diviem savienojumiem, kas var atgriezeniski interkalēt un deinterkalēt litija jonus kā pozitīvos un negatīvos elektrodus.Cilvēki šo litija jonu akumulatoru ar unikālu mehānismu, kas balstās uz litija jonu pārnešanu starp pozitīvo un negatīvo elektrodu, lai pabeigtu akumulatora uzlādes un izlādes darbību, sauc par “šūpuļkrēsla akumulatoru”, ko parasti sauc par “litija akumulatoru”. .Ņemiet par piemēru LiCoO2: (1) Kad akumulators ir uzlādēts, litija joni tiek deinterkalēti no pozitīvā elektroda un interkalēti negatīvajā elektrodā, un otrādi, izlādējoties.Tas prasa, lai elektrods pirms montāžas būtu litija interkalācijas stāvoklī.Parasti par pozitīvo elektrodu izvēlas litija interkalācijas pārejas metāla oksīdu, kura potenciāls ir lielāks par 3 V attiecībā pret litiju un stabils gaisā, piemēram, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4.(2) Materiāliem, kas ir negatīvi elektrodi, atlasiet savstarpēji savienojamus litija savienojumus, kuru potenciāls ir pēc iespējas tuvāks litija potenciālam.Piemēram, dažādi oglekļa materiāli ietver dabisko grafītu, sintētisko grafītu, oglekļa šķiedru, mezofāzes sfērisku oglekli utt. un metālu oksīdus, tostarp SnO, SnO2, alvas kompozītmateriālus SnBxPyOz (x=0,4～0,6, y=0,6～0,4, z= (2+3x+5g)/2) utt.
litija akumulators
2. Akumulatorā parasti ietilpst: pozitīvs, negatīvs, elektrolīts, separators, pozitīvais vads, negatīvā plāksne, centrālā spaile, izolācijas materiāls (izolators), drošības vārsts (drošības ventilators), blīvgredzens (blīve), PTC (pozitīvā temperatūras kontroles spaile), akumulatora korpuss.Parasti cilvēkus vairāk uztrauc pozitīvais elektrods, negatīvais elektrods un elektrolīts.
litija akumulators
Litija jonu akumulatoru struktūras salīdzinājums
Saskaņā ar dažādiem katoda materiāliem tas ir sadalīts dzelzs litijā, kobalta litijā, mangāna litijā utt.;
No formas klasifikācijas tas parasti ir sadalīts cilindriskā un kvadrātveida, un polimēru litija jonus var izgatavot arī jebkurā formā;
Atbilstoši litija jonu akumulatoros izmantotajiem dažādiem elektrolītu materiāliem litija jonu akumulatorus var iedalīt divās kategorijās: šķidrās litija jonu akumulatori (LIB) un cietvielu litija jonu akumulatori.PLIB) ir sava veida cietvielu litija jonu akumulators.
elektrolīts
Korpusa/pakotnes barjeras strāvas savācējs
Šķidrais litija jonu akumulators Šķidrais nerūsējošais tērauds, alumīnija 25μPE vara folija un alumīnija folijas polimēra litija jonu akumulatora koloidālā polimēra alumīnija/PP kompozītmateriāla plēve bez barjeras vai viena μPE vara folija un alumīnija folija
Litija baterijas — litija jonu akumulatoru funkcija
1. Augsts enerģijas blīvums
Salīdzinot ar tādas pašas ietilpības NI/CD vai NI/MH akumulatoriem, litija jonu akumulatori ir vieglāki, un to tilpuma īpatnējā enerģija ir 1,5 līdz 2 reizes lielāka nekā šo divu veidu akumulatoriem.
2. Augstspriegums
Litija jonu akumulatoros tiek izmantoti ļoti elektronegatīvi elementi saturoši litija elektrodi, lai sasniegtu spaiļu spriegumu līdz 3,7 V, kas trīs reizes pārsniedz NI/CD vai NI/MH akumulatoru spriegumu.
3. Nepiesārņojošs, videi draudzīgs
4. Ilgs cikla mūžs
Dzīves ilgums pārsniedz 500 reizes
5. Augsta kravnesība
Litija jonu akumulatorus var nepārtraukti izlādēt ar lielu strāvu, lai šo akumulatoru varētu izmantot lieljaudas ierīcēs, piemēram, kamerās un klēpjdatoros.
6. Lieliska drošība
Pateicoties izcilu anoda materiālu izmantošanai, litija dendrīta augšanas problēma akumulatora uzlādes laikā tiek pārvarēta, kas ievērojami uzlabo litija jonu akumulatoru drošību.Tajā pašā laikā tiek izvēlēti īpaši atgūstami piederumi, lai nodrošinātu akumulatora drošību lietošanas laikā.
Litija akumulators – Litija jonu akumulatora uzlādes metode
1. metode. Pirms litija jonu akumulatora izņemšanas no rūpnīcas ražotājs ir veicis aktivizācijas apstrādi un iepriekšēju uzlādi, tāpēc litija jonu akumulatoram ir atlikušā jauda un litija jonu akumulators tiek uzlādēts atbilstoši regulēšanas periodam.Šis pielāgošanās periods ir pilnībā jāveic 3 līdz 5 reizes.Izlāde.
2. metode. Pirms uzlādes litija jonu akumulators nav īpaši jāizlādē.Nepareiza izlāde sabojās akumulatoru.Uzlādes laikā mēģiniet izmantot lēnu uzlādi un samaziniet ātro uzlādi;laiks nedrīkst pārsniegt 24 stundas.Tikai pēc tam, kad akumulators ir izgājis trīs līdz piecus pilnus uzlādes un izlādes ciklus, tā iekšējās ķīmiskās vielas tiks pilnībā “aktivizētas” optimālai lietošanai.
3. metode. Lūdzu, izmantojiet oriģinālo lādētāju vai cienījama zīmola lādētāju.Litija akumulatoriem izmantojiet īpašu litija akumulatoru lādētāju un ievērojiet norādījumus.Pretējā gadījumā akumulators tiks bojāts vai pat tiks apdraudēts.
4. metode. Jauniegādātais akumulators ir litija jonu, tāpēc pirmās 3 līdz 5 uzlādes reizes parasti sauc par regulēšanas periodu, un tas jāuzlādē ilgāk par 14 stundām, lai nodrošinātu, ka litija jonu darbība ir pilnībā aktivizēta.Litija jonu akumulatoriem nav atmiņas efekta, bet tiem ir spēcīga inerce.Tiem jābūt pilnībā aktivizētiem, lai nodrošinātu vislabāko veiktspēju turpmākajās lietojumprogrammās.
5. metode. Litija jonu akumulatoram ir jāizmanto īpašs lādētājs, pretējā gadījumā tas var nesasniegt piesātinājuma stāvokli un ietekmēt tā darbību.Pēc uzlādes nenovietojiet to uz lādētāja ilgāk par 12 stundām un atdaliet akumulatoru no mobilā elektroniskā izstrādājuma, ja tas netiek lietots ilgu laiku.
Litija akumulators – izmantošana
Divdesmitajā gadsimtā attīstoties mikroelektronikas tehnoloģijām, ar katru dienu palielinās miniaturizēto ierīču skaits, kas izvirza augstas prasības elektroapgādei.Litija baterijas pēc tam ir nonākušas liela mēroga praktiskā posmā.
Pirmo reizi to izmantoja sirds elektrokardiostimulatoros.Tā kā litija bateriju pašizlādes ātrums ir ārkārtīgi zems, izlādes spriegums ir stāvs.Tas ļauj implantēt elektrokardiostimulatoru cilvēka ķermenī uz ilgu laiku.
Litija akumulatoru nominālais spriegums parasti ir lielāks par 3,0 voltiem, un tie ir vairāk piemēroti integrālās shēmas barošanas avotiem.Mangāna dioksīda baterijas plaši izmanto datoros, kalkulatoros, kamerās un pulksteņos.
Pielietojuma piemērs
1. Ir daudz akumulatoru komplektu, kas aizstāj akumulatoru bloku remontu: piemēram, tos, ko izmanto piezīmjdatoros.Pēc remonta tiek konstatēts, ka, ja šis akumulators ir bojāts, problēmas rodas tikai atsevišķiem akumulatoriem.To var aizstāt ar piemērotu vienas šūnas litija akumulatoru.
2. Augstas spilgtuma miniatūras lāpas izgatavošana Autors savulaik izmantoja vienu 3,6V1,6AH litija akumulatoru ar baltu īpaši spilgtu gaismu izstarojošu cauruli, lai izgatavotu miniatūru lāpu, kas ir ērti lietojama, kompakta un skaista.Un lielās akumulatora ietilpības dēļ to katru nakti var izmantot vidēji pusstundu, turklāt bez uzlādes tas ir lietots vairāk nekā divus mēnešus.
3. Alternatīva 3V barošana
Tā kā vienas šūnas litija akumulatora spriegums ir 3,6 V.Tāpēc tikai viens litija akumulators var aizstāt divus parastos akumulatorus, lai nodrošinātu strāvu mazām sadzīves ierīcēm, piemēram, radioaparātiem, walkmaniem, kamerām u.c., kas ir ne tikai viegls svars, bet arī kalpo ilgu laiku.
Litija jonu akumulatora anoda materiāls – litija titanāts
To var kombinēt ar litija manganātu, trīskāršiem materiāliem vai litija dzelzs fosfātu un citiem pozitīviem materiāliem, veidojot 2,4 V vai 1,9 V litija jonu sekundārās baterijas.Turklāt to var izmantot arī kā pozitīvu elektrodu, lai izveidotu 1,5 V litija akumulatoru ar metāla litija vai litija sakausējuma negatīvo elektrodu sekundāro akumulatoru.
Pateicoties litija titanāta augstajai drošībai, augstajai stabilitātei, ilgmūžībai un zaļajām īpašībām.Var prognozēt, ka litija titanāta materiāls kļūs par negatīvo elektrodu materiālu jaunās paaudzes litija jonu akumulatoriem pēc 2-3 gadiem un tiks plaši izmantots jaunos spēka transportlīdzekļos, elektriskajos motociklos un tajos, kuriem nepieciešama augsta drošība, augsta stabilitāte un ilgs cikls.piemērošanas joma.Litija titanāta akumulatora darba spriegums ir 2,4 V, augstākais spriegums ir 3,0 V, un uzlādes strāva ir līdz 2 C.
Litija titanāta akumulatora sastāvs
Pozitīvs elektrods: litija dzelzs fosfāts, litija manganāts vai trīskāršs materiāls, litija niķeļa manganāts.
Negatīvs elektrods: litija titanāta materiāls.
Barjera: pašreizējā litija akumulatora barjera ar oglekli kā negatīvo elektrodu.
Elektrolīts: litija akumulatora elektrolīts ar oglekli kā negatīvo elektrodu.
Akumulatora korpuss: Litija akumulatora korpuss ar oglekli kā negatīvo elektrodu.
Litija titanāta akumulatoru priekšrocības: elektrisko transportlīdzekļu izvēle, lai aizstātu degvielas transportlīdzekļus, ir labākā izvēle pilsētas vides piesārņojuma novēršanai.Starp tiem litija jonu jaudas baterijas ir piesaistījušas plašu pētnieku uzmanību.Lai izpildītu elektrisko transportlīdzekļu prasības attiecībā uz iebūvētiem litija jonu akumulatoriem, pētniecība un attīstība Negatīvie materiāli ar augstu drošību, labu veiktspēju un ilgmūžību ir tā karstākie punkti un grūtības.
Komerciālajos litija jonu akumulatoru negatīvajos elektrodos galvenokārt tiek izmantoti oglekļa materiāli, taču joprojām pastāv daži trūkumi litija akumulatoru lietošanā, izmantojot oglekli kā negatīvo elektrodu:
1. Litija dendriti viegli nogulsnējas pārlādēšanas laikā, kā rezultātā rodas akumulatora īssavienojums un tiek ietekmēta litija akumulatora drošības funkcija;
2. Ir viegli veidot SEI plēvi, kā rezultātā ir zema sākotnējā uzlādes un izlādes jauda un liela neatgriezeniska jauda;
3. Tas ir, oglekļa materiālu platformas spriegums ir zems (tuvs metāla litijam), un ir viegli izraisīt elektrolīta sadalīšanos, kas radīs drošības riskus.
4. Litija jonu ievietošanas un ekstrakcijas procesā apjoms ievērojami mainās, un cikla stabilitāte ir slikta.
Salīdzinot ar oglekļa materiāliem, spineļa tipa Li4Ti5012 ir būtiskas priekšrocības:
1. Tas ir nulles deformācijas materiāls un tam ir laba cirkulācijas veiktspēja;
2. Izlādes spriegums ir stabils, un elektrolīts nesadalīsies, uzlabojot litija bateriju drošības rādītājus;
3. Salīdzinot ar oglekļa anoda materiāliem, litija titanātam ir augsts litija jonu difūzijas koeficients (2 * 10-8 cm2 / s), un to var uzlādēt un izlādēt ar lielu ātrumu.
4. Litija titanāta potenciāls ir lielāks nekā tīram metāla litijam, un nav viegli ģenerēt litija dendrītus, kas nodrošina pamatu litija bateriju drošības nodrošināšanai.
apkopes ķēde
Tas sastāv no diviem lauka efekta tranzistoriem un specializēta apkopes integrētā bloka S-8232.Pārlādes vadības caurule FET2 un pārlādes vadības caurule FET1 ir virknē savienotas ar ķēdi, un akumulatora spriegumu uzrauga un kontrolē apkopes IC.Kad akumulatora spriegums paaugstinās līdz 4,2 V, pārlādēšanas apkopes caurule FET1 tiek izslēgta un uzlāde tiek pārtraukta.Lai izvairītos no darbības traucējumiem, ārējai ķēdei parasti tiek pievienots aizkaves kondensators.Kad akumulators ir izlādējies, akumulatora spriegums samazinās līdz 2,55.
Izsūtīšanas laiks: 30. marts 2023