Εισαγωγή στις βασικές γνώσεις των κυττάρων μπαταρίας λιθίου

1, Σύνθεση κυττάρων μπαταρίας λιθίου

1. Θετικό υλικό ηλεκτροδίου: ενώσεις λιθίου όπως το οξείδιο του κοβαλτίου λιθίου (LICOO ₂), το οξείδιο του μαγγανίου λιθίου (limn ₂ o ₄), το φωσφορικό σίδερο λιθίου (Lifepo ₄) και τα τριμερή υλικά (Linixcoymnzo ₂) χρησιμοποιούνται συνήθως. Διαφορετικά θετικά υλικά ηλεκτροδίων έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά απόδοσης. Για παράδειγμα, το οξείδιο του κοβαλτίου λιθίου έχει υψηλή πυκνότητα ενέργειας αλλά σχετικά χαμηλή ασφάλεια, ενώ το φωσφορικό σιδήρου λιθίου έχει υψηλή ασφάλεια και μεγάλη διάρκεια ζωής αλλά σχετικά χαμηλή πυκνότητα ενέργειας.

2. Αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου: Γενικά κατασκευασμένα από υλικά άνθρακα όπως γραφίτη, η λειτουργία του είναι η αποθήκευση ιόντων λιθίου κατά τη διάρκεια της φόρτισης και της απελευθέρωσης ιόντων λιθίου κατά την εκφόρτιση. Τα αρνητικά υλικά ηλεκτροδίων περιλαμβάνουν επίσης μικροσφαιρίδια ενδιάμεσης φάσης άνθρακα, τιτανικό λίθιο κ.λπ.

3. Diaphragm: Ένα πορώδες φιλμ πολυμερούς που χρησιμεύει για την απομόνωση θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, αποτρέπει τα βραχυκύκλωμα και επιτρέπει την διέλευση των ιόντων λιθίου. Το υλικό του διαφράγματος είναι συνήθως μια πορώδης μεμβράνη πολυολεφίνης.

4. Ηλεκτρολύτης: Κυρίως αποτελείται από άλατα λιθίου (όπως εξαφθοροφωσφορικό λιθίου LipF ₆) και οργανικούς διαλύτες, υπεύθυνοι για τη διεξαγωγή ιόντων λιθίου μεταξύ θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων. Ο ηλεκτρολύτης μπορεί να είναι υγρό ή πηκτώματα.

5. Κέλμα: Το κέλυφος της μπαταρίας μπορεί να κατασκευαστεί από χάλυβα, αλουμίνιο, επιμεταλλωμένο σίδηρο ή πλαστικό από αλουμίνιο. Το κέλυφος περιλαμβάνει επίσης ένα καπάκι για την μπαταρία, η οποία χρησιμεύει ως έξοδος για τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια.

 

2, η αρχή λειτουργίας των κυττάρων της μπαταρίας λιθίου

Κατά τη διάρκεια της φόρτισης, τα ιόντα λιθίου απελευθερώνονται από το θετικό υλικό ηλεκτροδίου, διέρχονται από τον ηλεκτρολύτη μέσω του διαχωριστή και ενσωματώνονται στο αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου. Κατά τη διάρκεια της απόρριψης, τα ιόντα λιθίου απελευθερώνονται από το αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου, διέρχονται από τον ηλεκτρολύτη μέσω του διαχωριστή και επιστρέφουν στο θετικό υλικό ηλεκτροδίου, δημιουργώντας ρεύμα σε αυτή τη διαδικασία.

 

3, Ταξινόμηση κυττάρων μπαταρίας λιθίου

 

1. Ταξινομημένο από την εμφάνιση: μπαταρία λιθίου τετραγωνικού λιθίου, κυλινδρική μπαταρία λιθίου, μπαταρία λιθίου μαλακής συσκευασίας.

2. Ταξινομημένα από υλικά εξωτερικής ανάθεσης: μπαταρίες λιθίου αλουμινίου, μπαταρίες λιθίου από χαλύβδινο κέλυφος και μπαταρίες μαλακών συσκευασιών.

3. Ταξινομημένο με θετικό υλικό ηλεκτροδίου: οξείδιο του κοβαλτίου λιθίου (LICOO2), οξείδιο του μαγγανίου λιθίου (LIMN2O4), τριμερή λίθιο (Linixcoymnzo2), φωσφορικό σιδήρου λιθίου (LifePO4).

4. Ταξινομημένη με κατάσταση ηλεκτρολύτη: μπαταρίες ιόντων λιθίου (LIB) και πολυμερές μπαταρίες (PLB).

5. Ταξινομημένο ανά σκοπό: συνηθισμένες μπαταρίες και μπαταρίες ισχύος.

6. Ταξινομημένα με χαρακτηριστικά απόδοσης: μπαταρίες υψηλής χωρητικότητας, μπαταρίες υψηλής ταχύτητας, μπαταρίες υψηλής θερμοκρασίας, μπαταρίες χαμηλής θερμοκρασίας κ.λπ.

 

4, Χαρακτηριστικά των κυττάρων της μπαταρίας λιθίου

1. Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα: Τα κύτταρα μπαταρίας λιθίου μπορούν να αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια, επιτρέποντας στις μπαταρίες λιθίου να έχουν υψηλότερη ενεργειακή απόδοση από άλλους τύπους μπαταριών στον ίδιο όγκο ή βάρος.

2. Long Cycle Life: Μετά από πολλαπλούς κύκλους φόρτισης και εκκένωσης, μπορεί ακόμα να διατηρήσει καλή απόδοση, γενικά φτάνοντας εκατοντάδες ή ακόμα και χιλιάδες κύκλους.

3. Χαμηλός ρυθμός εκφόρτισης: Όταν δεν χρησιμοποιείται, η ταχύτητα αυτο -εκφόρτισης είναι αργή και μπορεί να διατηρήσει ισχύ για μεγάλο χρονικό διάστημα.

4. Προστασία του περιβάλλοντος: Δεν περιέχει βαρέα μέταλλα όπως ο υδράργυρος και το κάδμιο και είναι σχετικά φιλικό προς το περιβάλλον.

 

5, Επεξήγηση των κοινών όρων

1 χωρητικότητα

Αναφέρεται στην ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να ληφθεί από το λίθιο σε μια μπαταρία υπό ορισμένες συνθήκες εκφόρτισης. Ο τύπος για την χωρητικότητα της μπαταρίας είναι q=i * t, μετρούμενη σε coulombs. Η μονάδα χωρητικότητας μιας μπαταρίας καθορίζεται ως AH (ampere Ώρα) ή MAH (ώρα MilliamPere), πράγμα που σημαίνει ότι μια μπαταρία 1Ah μπορεί να απορριφθεί για 1 ώρα με ρεύμα 1Α όταν φορτίζεται πλήρως.

Προηγουμένως, η μπαταρία των παλιών τηλεφώνων της Nokia (όπως το BL -5 C) ήταν συνήθως 500mAh. Σήμερα, η μπαταρία των smartphones είναι 800-1900 mah, τα ηλεκτρικά ποδήλατα είναι συνήθως 10-20 ah, και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι συνήθως 20-200 ah.

2. Ποσοστό χρέωσης/εκφόρτισης

Αντιπροσωπεύει την ποσότητα του ρεύματος που χρησιμοποιείται για τη φόρτιση και την εκφόρτιση, που συνήθως υπολογίζεται ως πολλαπλάσιο της ονομαστικής ικανότητας της μπαταρίας, που συνήθως αναφέρεται ως αρκετοί βαθμοί Κελσίου. Για μια μπαταρία με χωρητικότητα 15 0 0mAh, το 1C καθορίζεται ως 1500mAh. Εάν εκφορτωθεί σε 2C, εκφορτώνεται με ρεύμα 3000mA και χρεώνεται και απορρίπτεται σε 0,1C, χρεώνεται και απελευθερώνεται με ρεύμα 150mA.

3. Τάση (OCV: Τάση ανοιχτού κυκλώματος)

Η τάση μιας μπαταρίας γενικά αναφέρεται στην ονομαστική τάση (επίσης γνωστή ως ονομαστική τάση) μιας μπαταρίας λιθίου. Η ονομαστική τάση μιας κανονικής μπαταρίας λιθίου είναι γενικά 3,7V και αναφερόμαστε επίσης στο οροπέδιο της τάσης ως 3,7V.

Όταν η μπαταρία έχει χωρητικότητα 20 ~ 80%, η τάση συγκεντρώνεται σε περίπου 3,7V (3,6 ~ 3,9V) και εάν η χωρητικότητα είναι πολύ υψηλή ή πολύ χαμηλή, η τάση αλλάζει σημαντικά.

4. Ενέργεια/δύναμη

Η ενέργεια (Ε) ότι μια μπαταρία μπορεί να απελευθερωθεί όταν απορρίπτεται σε ένα συγκεκριμένο πρότυπο μετράται σε WH (ώρες Watt) ή KWH (κιλοβατρες ώρες), με 1kWh =1 kWh.

E=u*i*t, είναι επίσης ίσο με τον πολλαπλασιασμό της τάσης της μπαταρίας από την χωρητικότητα της μπαταρίας

Ο τύπος για την ισχύς είναι, p=u*i=e/t, υποδεικνύει την ποσότητα ενέργειας που μπορεί να απελευθερωθεί ανά μονάδα χρόνου. Η μονάδα είναι W (Watts) ή KW (κιλοβάτ). Μια μπαταρία με χωρητικότητα 1500mAh συνήθως έχει ονομαστική τάση 3,7V, που αντιστοιχεί σε ενέργεια 5,55WH.

5. Αντίσταση

Λόγω του γεγονότος ότι η φόρτιση και η εκφόρτιση δεν μπορεί να είναι ισοδύναμη με μια ιδανική πηγή ενέργειας, υπάρχει μια ορισμένη εσωτερική αντίσταση. Η εσωτερική αντίσταση καταναλώνει ενέργεια, φυσικά, τόσο μικρότερη είναι η εσωτερική αντίσταση, τόσο το καλύτερο.

Η μονάδα εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας είναι milliohms (M ω).

Η εσωτερική αντίσταση μιας τυπικής μπαταρίας αποτελείται από αντίσταση ωμικής και αντίστασης πόλωσης και το μέγεθος της εσωτερικής αντίστασης επηρεάζεται από το υλικό, τη διαδικασία κατασκευής και τη δομή της μπαταρίας.

6. Η ζωή του κύκλου

Η φόρτιση και η εκφόρτωση μιας μπαταρίας κάποτε ονομάζεται κύκλος και η διάρκεια ζωής του κύκλου είναι ένας σημαντικός δείκτης για τη μέτρηση της απόδοσης της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.

Το πρότυπο IEC ορίζει ότι οι μπαταρίες λιθίου κινητού τηλεφώνου θα πρέπει να εκφορτώνονται από {0}} 2c έως 3.0V και χρεώνονται από 1C έως 4.2V. Μετά από 500 κύκλους, η χωρητικότητα της μπαταρίας πρέπει να διατηρείται στο 60% ή περισσότερο της αρχικής χωρητικότητας. Δηλαδή, η διάρκεια ζωής των μπαταριών λιθίου είναι 500 φορές.

Σύμφωνα με το εθνικό πρότυπο, μετά από διάρκεια ζωής 300 φορές, η χωρητικότητα πρέπει να διατηρείται στο 70% της αρχικής ικανότητας. Εάν η χωρητικότητα της μπαταρίας είναι μικρότερη από το 60% της αρχικής χωρητικότητας, θεωρείται γενικά ότι διαλύεται.

7. Βάθος απόρριψης (DOD)

Που ορίζεται ως το ποσοστό της χωρητικότητας που απελευθερώνεται από την μπαταρία στην ονομαστική χωρητικότητα.

Όσο βαθύτερο είναι το βάθος εκφόρτισης των μπαταριών λιθίου, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

8. Αποκοπή τάσης

Η τάση τερματισμού χωρίζεται σε τάση τερματισμού και εκφόρτιση τερματισμού φόρτισης, πράγμα που σημαίνει την τάση στην οποία η μπαταρία δεν μπορεί να συνεχίσει να φορτίζεται ή να εκφορτώνει. Η συνέχιση της φόρτισης ή της εκφόρτισης στην τάση τερματισμού έχει σημαντικό αντίκτυπο στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Η τάση τερματισμού φόρτισης των μπαταριών λιθίου είναι γενικά 4.2V και η τάση τερματισμού εκφόρτισης είναι 3. 0 v.

Η βαθιά φόρτιση ή η εκφόρτιση των μπαταριών λιθίου πέρα ​​από την τάση τερματισμού απαγορεύεται αυστηρά.

9.

Ο ρυθμός με τον οποίο η χωρητικότητα μιας μπαταρίας μειώνεται κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης, εκφράζεται ως ποσοστό της μείωσης της χωρητικότητας ανά μονάδα χρόνου.

Ο ρυθμός αυτο -εκφόρτισης μιας τυπικής μπαταρίας λιθίου είναι 2% έως 9% ανά μήνα.

10.

Αναφέρεται στο ποσοστό της εναπομένουσας ισχύος της μπαταρίας στη συνολική ποσότητα ισχύος που μπορεί να απορριφθεί, που κυμαίνεται από 0 έως 100%. Αντικατοπτρίζουν το υπόλοιπο επίπεδο μπαταρίας.

 

6, ονομάζοντας σύμβαση για μπαταρίες

Διαφορετικοί κατασκευαστές έχουν διαφορετικές συμβάσεις ονομασίας, αλλά οι παγκόσμιες μπαταρίες ακολουθούν ένα ενοποιημένο πρότυπο και το μέγεθος της μπαταρίας μπορεί να προσδιοριστεί από το όνομά της.

Σύμφωνα με το IEC 61960, οι κανόνες για τις κυλινδρικές και τετραγωνικές μπαταρίες είναι οι εξής:

1 κυλινδρική μπαταρία

3 γράμματα που ακολουθούνται από 5 αριθμούς.

Τρία γράμματα, το πρώτο γράμμα αντιπροσωπεύει το αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου, αντιπροσωπεύει την παρουσία ενσωματωμένων ιόντων λιθίου και το L αντιπροσωπεύει το ηλεκτρόδιο από μέταλλο λιθίου ή λιθίου. Το δεύτερο γράμμα αντιπροσωπεύει το θετικό υλικό ηλεκτροδίου, το C αντιπροσωπεύει το κοβάλτιο, το Ν αντιπροσωπεύει το νικέλιο, το Μ αντιπροσωπεύει το μαγγάνιο και το V αντιπροσωπεύει το βαναδικό. Το τρίτο γράμμα, R, αντιπροσωπεύει κυλινδρικό σχήμα.

5 ψηφία, τα πρώτα 2 ψηφία αντιπροσωπεύουν διάμετρο και τα τελευταία 3 ψηφία αντιπροσωπεύουν το ύψος, όλα σε χιλιοστά.

2 τετραγωνική μπαταρία

3 γράμματα που ακολουθούνται από 6 αριθμούς.

Τρία γράμματα, το πρώτο γράμμα αντιπροσωπεύει το αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου, αντιπροσωπεύει την παρουσία ενσωματωμένων ιόντων λιθίου και το L αντιπροσωπεύει το ηλεκτρόδιο από μέταλλο λιθίου ή λιθίου. Το δεύτερο γράμμα αντιπροσωπεύει το θετικό υλικό ηλεκτροδίου, το C αντιπροσωπεύει το κοβάλτιο, το Ν αντιπροσωπεύει το νικέλιο, το Μ αντιπροσωπεύει το μαγγάνιο και το V αντιπροσωπεύει το βαναδικό. Το τρίτο γράμμα P αντιπροσωπεύει ένα τετράγωνο.

6 ψηφία, τα πρώτα 2 ψηφία αντιπροσωπεύουν πάχος, τα μεσαίο 2 ψηφία αντιπροσωπεύουν το πλάτος και τα τελευταία 2 ψηφία αντιπροσωπεύουν το ύψος (μήκος), όλα σε χιλιοστά.

Για παράδειγμα, το ICR 18650 είναι μια παγκόσμια κυλινδρική μπαταρία με διάμετρο 18mm και ύψος 65mm. Το ICP 053353 είναι μια τετραγωνική μπαταρία με πάχος 5mm, πλάτος 33mm και ύψος (μήκος) 53 mm.