La batteria al litio è un nuovo tipo di batteria ad alta energia sviluppata con successo nel 20 ° secolo . può essere intesa come una batteria contenente litio (compresa il litio metallico, la lega di litio, la batteria al litio e il litio) usato) . A causa dei suoi vantaggi come energia specifica elevata, alta tensione della batteria, ampia gamma di temperature operative e lunga durata di conservazione, è stato ampiamente utilizzato in piccoli eli per gli apparecchi elettrici civili e civili, come cellulari, computer portatili {6} {6} {6} {6} {6}
01 Origine e sviluppo di batterie agli ioni di litio
Negli anni '70, M . S . Whittingham di Exxon usava il solfuro di titanio come materiale dell'elettrodo positivo e litio metallico come materiale elettrodo negativo per realizzare la prima batteria al litio .}}
Nel 1980, J . Goodenough ha scoperto che l'ossido di cobalto di litio può essere usato come materiale elettrodo positivo delle batterie a ioni di litio .
Nel 1982, r . r . Agarwal e J . r . Selman dell'Illinois Institute of Technology scoperto che gli ioni di litio hanno la proprietà di essere incorporati in grafite, e questo processo è veloce e reversibile . a causa del litio. Il litio metallico ha attirato molta attenzione, quindi le persone hanno cercato di usare le proprietà degli ioni di litio incorporati in grafite per rendere le batterie ricaricabili . Il primo elettrodo di grafite a ioni di litio utilizzabile è stato prodotto con successo dai laboratori a campana .}
Nel 1983, m . thackeray, J . Goodenough e altri hanno scoperto che lo spinello di manganese è un eccellente materiale positivo per elettrodi a basso prezzo, stabilità e eccellente conduttività elettrica e di litio {{}}. ha una bassa temperatura di decomposizione e ha anche una bassa conduttività del litio . o si verifica un sovraccarico, può evitare il pericolo di combustione e esplosione .
Nel 1989, A . Manthiram e J . Goodenough hanno scoperto che l'elettrodo positivo che utilizza anioni polimerizzati produrrà una tensione più elevata .
Nel 1991, Sony ha rilasciato la prima batteria agli ioni di litio commerciale ., le batterie agli ioni di litio hanno rivoluzionato l'aspetto dell'elettronica di consumo .
Nel 1996, Padhi e Goodenough hanno scoperto che i fosfati con strutture di olivina, come il fosfato di ferro al litio (LifePO4), sono superiori ai tradizionali materiali di elettrodi positivi e sono quindi diventati gli attuali materiali per elettrodi positivi tradizionali .}}}
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Le batterie agli ioni di litio (batterie agli ioni di litio) sono sviluppate da batterie al litio . Quindi prima di introdurre li-ion, introduciamo prima le batterie al litio ., ad esempio, le batterie a pulsanti appartengono al litio e all'elettrodo di litio, e il chloruco negativo è il chloruco negativo e il chloruco negativo e il chloruco negativo e il chloruco negativo e il litio è Lithium . Dopo aver assemblato la batteria, la batteria ha una tensione e non è necessario caricare . Questo tipo di batteria può essere caricato, ma le prestazioni del ciclo non sono buone . Durante il ciclo di scarica e di scarica, si formano facilmente i cortili interni nella batteria, così in questo tipo di batteria normali. caricato .
Più tardi, la Sony Corporation del Giappone ha inventato una batteria al litio con materiale di carbonio come elettrodo negativo e composti contenenti al litio come l'elettrodo positivo . durante il processo di carica e scarico, non c'è litio metallico, solo ioni di litio . Questa è una batteria al litio .
All'inizio degli anni '90, la Sony Energy Development Company della Giappone e della Moli Energy Company del Canada ha sviluppato rispettivamente un nuovo tipo di batteria agli ioni di litio, che non solo ha buone prestazioni, ma è anche rispettosa dell'ambiente . con il rapido sviluppo della tecnologia dell'informazione, le difficoltà di eliminazione e le veicoli elettrici, sono diventati i veicoli a portata di mano. Fields .
02 Struttura e principio delle batterie agli ioni di litio
(1) Componenti principali delle batterie agli ioni di litio:
① Elettrodo positivo - Materiali attivi si riferiscono principalmente all'ossido di cobalto di litio, ossido di manganese al litio, fosfato di ferro al litio, ossido di nichel di litio, ossido di manganese cobalto di nichel di {2} micron;
② Diaphragm - Un film di plastica speciale che consente agli ioni di litio di passare attraverso, ma è un isolante per gli elettroni . attualmente, esistono principalmente due tipi: PE e PP e le loro combinazioni . c'è anche un tipo di diaframma solido inorganico, come ALUMAPHRAGM Coating, che è un diaframma solido inorganico, che è un diaframma solido inorganico, che è un diaframma solido inorganico, che è un rivestimento in bordo inorganico inorganico;
③ Elettrodo negativo - Il materiale attivo si riferisce principalmente a materiali di grafite, litio o materiali in carbonio con una struttura simile alla grafite . Il collettore di corrente conduttivo generalmente utilizza un foglio di rame con uno spessore di 7-15 micron;
④ Elettrolita - Generalmente un sistema organico, come solventi carbonati disciolti con esafluorofosfato di litio e alcune batterie polimeriche utilizzano elettroliti in gel;
⑤ Shell della batteria-principalmente diviso in guscio duro (guscio d'acciaio, guscio di alluminio, guscio di ferro nichelato, ecc. .) e pacchetto soft (pellicola di plastica in alluminio) .
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When the battery is charged, lithium ions are deintercalated from the positive electrode and embedded in the negative electrode, and vice versa during discharge. This requires an electrode to be in a lithium-intercalated state before assembly. Generally, lithium-intercalated transition metal oxides with a potential greater than 3V relative to lithium and stable in the air are selected as the Elettrodo positivo, come Licoo2, Linio2 e Limn2O 4.
Come materiale elettrodo negativo, vengono selezionati i composti incorporabili al litio con un potenziale più vicino al potenziale di litio possibile, come vari materiali in carbonio tra cui grafite naturale, grafite sintetica, fibra di carbonio, sferulite mesofase, ecc. (x =0.4 ~ 0 . 6, y =0.6 ~ 0.4, z=(2+3 x +5 y)/2), ecc.
L'elettrolita adotta un sistema di solvente misto di carbonati alchil come etilene carbonato (EC), carbonato di propilene (PC) e dietil carbonato a bassa viscosità (DEC) di LIPF 6.
Il diaframma adotta membrane microporose in poliolefina come PE, PP o le loro membrane composite, in particolare il diaframma a tre strati PP/PP/PP, che non solo ha un punto di fusione basso, ma ha anche un'alta resistenza alla puntura, che gioca un ruolo di assicurazione termica .
Il guscio è realizzato in acciaio o alluminio e il gruppo di copertura ha la funzione di potenziamento a prova di esplosione .
(2) Principio di lavoro di base
Quando viene caricata la batteria, gli ioni di litio vengono rilasciati dal composto contenente al litio nell'elettrodo positivo e gli ioni di litio si spostano sull'elettrodo negativo attraverso l'elettrolita . il materiale di carbonio nell'elettrodo negativo ha una struttura a strati con il carbonio del carbonio in carbonio incorporato nel carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbonio del carbon Layer . più ioni di litio sono incorporati, maggiore è la capacità di ricarica .
Quando la batteria viene scaricata (ovvero il processo di utilizzo della batteria), gli ioni di litio incorporati nello strato di carbonio dell'elettrodo negativo vengono rilasciati e si spostano all'elettrodo positivo . più ioni di litio che ritornano all'elettrodo positivo, maggiore è la capacità di scarica . ciò che di solito chiamiamo la capacità della batteria per la capacità della batteria.
Durante il processo di ricarica e scarico delle batterie agli ioni di litio, gli ioni di litio sono in uno stato di movimento dall'elettrodo positivo → Elettrodo negativo → Elettrodo positivo . Questo è come una sedia a dondolo, con le due estremità della sedia a dondolo, quindi le due poliziotti della batteria e le due poleri sono torna Chiamate anche batterie a dondolo .
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Meccanismo di ricarica e scarica
Il processo di ricarica delle batterie agli ioni di litio è diviso in due fasi: fase di ricarica della corrente costante e corrente di tensione costante che diminuisce lo stadio di ricarica .
Il sovraccarico e lo scarico delle batterie agli ioni di litio causano danni permanenti agli elettrodi positivi e negativi . che il sovraccarging provoca il collasso della struttura del foglio di carbonio dell'elettrodo negativo e il crollo impedirà l'inserimento di ioni di litio durante la carica; Il sovraccarico fa in modo che troppi ioni di litio vengano incorporati nella struttura del carbonio dell'elettrodo negativo, causando il rilascio di alcuni degli ioni al litio .
Il miglior metodo di ricarica e scarico per le batterie agli ioni di litio per mantenere le prestazioni è di ricarica superficiale e scarica superficiale . in generale, il 60% del 60% è da 2 a 4 volte la durata del ciclo in condizioni di DOD al 100% .
03 Indicatori principali di prestazione delle batterie agli ioni di litio
(1) Capacità della batteria
The capacity of a battery can be divided into rated capacity and actual capacity. The rated capacity of a battery refers to the amount of electricity that the battery should provide when it is discharged to the termination voltage at a rate of 5h under an ambient temperature of 20℃±5℃, and is represented by C5. The actual capacity of a battery refers to the actual amount of electricity discharged by the battery under certain discharge conditions, che è influenzato principalmente dalla velocità di scarico e dalla temperatura (così a rigor di termini, la capacità della batteria dovrebbe indicare le condizioni di ricarica e scarica) .
Unit di capacità: mah, ah (1ah =1000 mah) .
(2) Resistenza interna della batteria
Battery internal resistance refers to the resistance encountered by current flowing through the battery when the battery is working. It consists of two parts: ohmic internal resistance and polarization internal resistance. A large battery internal resistance will lead to a lower discharge voltage and a shorter discharge time. The size of the internal resistance is mainly affected by factors such as the battery material, manufacturing process, and battery Struttura . La resistenza interna della batteria è un parametro importante per misurare le prestazioni della batteria .
(3) Tensione
La tensione del circuito aperto si riferisce alla potenziale differenza tra gli elettrodi positivi e negativi della batteria quando la batteria non funziona, cioè quando non vi è alcuna corrente che scorre nel circuito . in generale, la tensione del circuito aperto di una batteria a ioni di litio è circa 4.1-4.2 v dopo che è completamente carica e circa 3. dopo che è scaricata {{} Lo stato di carica della batteria può essere determinato rilevando la tensione del circuito aperto della batteria.
La tensione operativa, nota anche come tensione del terminale, si riferisce alla potenziale differenza tra gli elettrodi positivi e negativi della batteria quando la batteria è nello stato di lavoro, cioè quando si verifica la corrente che scorre nel circuito . quando la corrente scorre attraverso la fase di spostamento attraverso la batteria, non è sempre necessario superare la batteria di funzionamento La tensione . il contrario è vero quando si carica . La tensione di lavoro di scarico delle batterie agli ioni di litio è circa 3 . 6V.
(4) Tempo della piattaforma di scarico
Il tempo della piattaforma di scarico si riferisce al tempo di scarico quando la batteria è completamente carica su una determinata tensione ., ad esempio, il tempo della piattaforma di scarica di una batteria ternaria a 3 . 6V viene misurato . 0 . 02C. Quindi la batteria è completamente carica e lasciata sola per 10 minuti. Il tempo di scarico in cui la batteria viene scaricata a 3,6 V in qualsiasi corrente di scarica è il tempo di scarico in quella corrente.
Poiché alcuni apparecchi elettrici che utilizzano batterie agli ioni di litio hanno requisiti di tensione, se la tensione è inferiore al valore richiesto, non funzionerà ., pertanto, la piattaforma di scarica è uno dei criteri importanti per misurare le prestazioni delle batterie {{2}
(5) tasso di carica e scarico
La tariffa di carica e scarica si riferisce al valore corrente richiesto per la batteria per scaricare la sua capacità nominale entro un tempo specificato . 1 C è numericamente uguale alla capacità nominale della batteria ed è generalmente rappresentata dalla lettera C ., ad esempio, se la capacità nominale della batteria è 10a, quindi 10a è 1c (1 rate), 5a è 0 {10} 5c Presto.
(6) Tasso di auto-scarica
Il tasso di auto-scarica, noto anche come capacità di ritenzione della carica, si riferisce alla capacità della batteria di trattenere la quantità di elettricità immagazzinata nella batteria in determinate condizioni quando la batteria è in uno stato di circuito aperto . è principalmente influenzato da fattori come il processo di produzione, i materiali e le condizioni di stoccaggio della batteria . è un parametro importante per la misurazione delle prestazioni della batteria .
(7) Efficienza
L'efficienza di ricarica si riferisce alla misura del grado in cui l'energia elettrica consumata dalla batteria durante il processo di ricarica viene convertita nell'energia chimica che la batteria può archiviare . è influenzata principalmente dal processo della batteria, dalla formula e dalla temperatura dell'ambiente di lavoro . in generale, maggiore è la temperatura ambiente, la temperatura più bassa, la più bassa efficienza {{2}
L'efficienza di scarico si riferisce al rapporto della quantità effettiva di elettricità scaricata alla tensione terminale in determinate condizioni di scarico alla capacità nominale della batteria . È influenzato principalmente da fattori come la velocità di scarica, temperatura ambiente e resistenza interna, inferiore alla temperatura, inferiore alla temperatura inferiore, a una resistenza inferiore, a una bassa resistenza . in generale parlando, maggiore è la velocità di scarico, minore è l'efficienza di scarico Efficienza .
(8) Life cicla
La durata del ciclo della batteria si riferisce al numero di tempi di carica e scarica che una batteria subisce in un determinato regime di carica e scarica quando la capacità della batteria scende a un determinato valore specificato . Il GB per le batterie agli ioni di litio stipula che il tasso di conservazione della capacità di una batteria dopo 500 cicli a 1c è superiore al 60%.
04 Classificazioni principali delle batterie agli ioni di litio
① Secondo i diversi materiali elettrolitici utilizzati nelle batterie al litio, le batterie al litio possono essere divise in due categorie: batterie al litio liquido (batterie a ioni di litio, abbreviate come Lib) e batterie al litio polimerico (batterie a ioni al litio polimerico, abbreviate come labbra) .
② Secondo il metodo di ricarica, possono essere suddivisi in due categorie: non restituibile e ricaricabile .
③ Aspetto della batteria al litio: batteria al litio quadrato (come batterie per telefoni cellulari comunemente usate) e cilindriche (come 18650, 18500);
④ Materiali di imballaggio della batteria al litio: batteria al litio con shell in alluminio, batteria al litio con guscio in acciaio, batteria a pacchetto morbido;
⑤ Batteria al litio dai materiali per elettrodi positivi e negativi (additivi): batteria di ossido di cobalto di litio (LICOO2), ossido di manganese al litio (Limn2O4), batteria al litio del fosfato di ferro, batteria al litio del manganese
