sales@batterydeji.com
Английский
1. Введение литий-ионного аккумулятора:
Литий-ионная батарея - это разновидность вторичной батареи (перезаряжаемая батарея), работа которой в основном зависит от движения ионов лития между положительным и отрицательным электродами. Во время процесса зарядки и разрядки Li + интеркалирует и деинтеркалирует взад и вперед между двумя электродами: во время зарядки Li + деинтеркалирует с положительного электрода и вставляется в отрицательный электрод через электролит, а отрицательный электрод находится в богатом литием состоянии; обратное верно во время разряда.
Литиевые батареи делятся на литиевые батареи и литий-ионные батареи. В сотовых телефонах и ноутбуках используются литий-ионные батареи, которые обычно называют литиевыми батареями. В аккумуляторах в качестве электродов обычно используются материалы, содержащие литий, которые характерны для современных высокоэффективных аккумуляторов. Настоящая литиевая батарея редко используется в повседневной электронной продукции из-за ее высокого риска.
Литий-ионные аккумуляторы были впервые успешно разработаны Sony Corporation в Японии в 1990 году. Они внедряют ионы лития в углерод (нефтяной кокс и графит) для формирования отрицательного электрода (в традиционных литиевых батареях в качестве отрицательного электрода используется литий или литиевый сплав). LixCoO2 обычно используется в качестве материала катода, также используются LixNiO2 и LixMnO4. В качестве электролита используется LiPF6 + диэтиленкарбонат (EC) + диметилкарбонат (DMC).
Нефтяной кокс и графит нетоксичны как материалы для отрицательных электродов, и ресурсов достаточно. Ионы лития встроены в углерод, что преодолевает высокую активность лития и решает проблемы безопасности традиционных литиевые батареи. Положительный электрод LixCoO2 может обеспечить зарядку и разрядку, а также срок службы. Более высокий уровень снижает стоимость, и, короче говоря, общие характеристики литий-ионной батареи 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.
2. Компоненты литий-ионной батареи.
Стальной корпус / алюминиевый корпус / цилиндрический / мягкая серия упаковки:
(1) Положительный электрод - активный материал обычно оксид лития-марганца or оксид лития кобальтаи литий, никель, кобальт, марганец оксидные материалы. В электрических велосипедах обычно используется оксид лития, никеля, кобальта, марганца (обычно известный как тройной) или тройной + небольшое количество манганата лития, чистого оксида лития-марганца и литий железо фосфат постепенно блекнут из-за их большого размера, низкой производительности или высокой стоимости. В токопроводящем коллекторе используется электролитическая алюминиевая фольга толщиной 10-20 мкм.
(2) Диафрагма - полимерная пленка специальной формы с микропористой структурой, которая позволяет ионам лития проходить свободно, но не может проходить электронам.
(3) Отрицательный электрод - активным материалом является графит или углерод с аналогичной структурой графита, а в токоприемнике используется электролитическая медная фольга толщиной 7-15 микрон.
(4) Органический электролит - растворитель на основе сложного эфира угольной кислоты с растворенным гексафторфосфатом лития, в то время как гелевый электролит используется для полимера.
(5) Батарейный корпус разделен на стальной корпус (квадратный тип используется редко), алюминиевый корпус, никелированный железный корпус (используется для цилиндрические батареи), алюминиевая пластиковая пленка (мягкая упаковка) и т. д., а также крышка аккумуляторного отсека, которая также является плюсом аккумулятора. Отрицательный терминал
3. Основные типы литий-ионных аккумуляторов.
В соответствии с различными материалами электролита, используемыми в литий-ионных батареях, литий-ионные батареи делятся на жидкие литий-ионные батареи (Сжиженный литий-ионный аккумулятор, именуемый LIB) и Полимерные литий-ионные батареи (сокращенно PLB).
Литий-ионный аккумулятор (Li-ion)
Перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор является наиболее широко используемым аккумулятором в современных цифровых продуктах, таких как мобильные телефоны и ноутбуки, но он более «скрипучий» и не может быть перезаряжен или разряжен во время использования (это приведет к повреждению аккумулятора или превращению его в лом). Поэтому на батарее есть защитные компоненты или защитные схемы, чтобы предотвратить дорогостоящее повреждение батареи. Требования к зарядке литий-ионных аккумуляторов очень высоки. Чтобы гарантировать точность напряжения оконечной нагрузки в пределах ± 1%, основные производители полупроводниковых устройств разработали ряд микросхем для зарядки литий-ионных аккумуляторов, обеспечивающих безопасную, надежную и быструю зарядку.
В мобильных телефонах в основном используются литий-ионные батареи. Правильное использование литий-ионных батарей очень важно для продления срока службы батарей. Это может быть сделано в соответствии с требованиями различных электронных продуктов.
Плоские прямоугольные, цилиндрические, прямоугольные и кнопочного типа, а также есть блоки батарей, состоящие из нескольких батарей, соединенных последовательно и параллельно. Номинальное напряжение ионно-литиевой батареи из-за изменения материала обычно составляет 3.7 В, а для катода из фосфата лития-железа - 3.2 В. Конечное напряжение зарядки при полной зарядке обычно составляет 4.2 В, а фосфат лития-железа 3.65 В. Напряжение прекращения разряда литий-ионного аккумулятора составляет 2.75 В 3.0 В (завод по производству аккумуляторов дает диапазон рабочего напряжения или напряжение прекращения разряда, параметры немного отличаются, обычно 3.0 В, а фосфорное железо - 2.5 В). Менее 2.5 В (фосфат лития-железа 2.0 В) продолжает разряжаться, это называется переразрядкой, переразряд повредит аккумулятор.
Литий-ионные батареи с материалами типа оксида лития-кобальта в качестве положительного электрода не подходят для сильноточного разряда. Чрезмерный ток разряда сократит время разряда (внутренняя температура будет выше, и энергия будет потеряна) .Однако катодный материал из фосфата лития и железа литиевая батарейка может использоваться при 20C или более (C - это емкость аккумулятора, например C = 800mAh, а скорость зарядки 1C - это зарядный ток. Для зарядки и разрядки с большим током 800mA, он особенно подходит для электрических Таким образом, завод по производству аккумуляторов дает максимальный ток разряда, который должен быть меньше максимального тока разряда во время использования. Литий-ионные аккумуляторы имеют определенные требования к температуре. Завод предоставляет диапазон температур зарядки, диапазон температур разряда и температуру хранения. Зарядка от перенапряжения приведет к необратимому повреждению литий-ионного аккумулятора. Плохое. Ток зарядки литий-ионных аккумуляторов должен соответствовать рекомендациям производителя аккумулятора, а во избежание перегрузки по току (перегрева) требуется схема ограничения тока. Обычно используется скорость зарядки от 0.25 ° C до 1 ° C. Часто необходимо определять температуру аккумулятора во время сильноточной зарядки, чтобы предотвратить перегрев. от повреждения аккумулятора или взрыва.
Зарядка литий-ионного аккумулятора делится на две стадии: первая зарядка постоянным током и переход на зарядку постоянным напряжением, когда оно близко к напряжению завершения. Например, аккумулятор емкостью 800 мАч, напряжение оконечной нагрузки которого составляет 4.2 В. Аккумулятор заряжается постоянным током 800 мА (скорость зарядки 1С). Вначале напряжение батареи повышается с большей крутизной. Когда напряжение аккумулятора приближается к 4.2 В, оно меняется на зарядку постоянного напряжения 4.2 В. Ток постепенно падает, а напряжение мало меняется. Когда зарядный ток падает до 1 / 10-50C (различные заводские настройки, это не влияет на использование), он считается почти полным, и зарядка может быть прекращена (когда зарядное устройство достигает 1 / 10C, таймер запустится, и зарядка закончится через определенный промежуток времени).
4. Принцип работы литий-ионного аккумулятора.
Литий-ионные батареи используют углеродные материалы в качестве отрицательного электрода и литийсодержащие соединения в качестве положительного электрода. Нет металлического лития, только ионы лития, это литий-ионный аккумулятор. Литий-ионный аккумулятор - это общий термин для аккумуляторов с литий-ионным интеркаляционным соединением в качестве материала катода. Процесс зарядки и разрядки литий-ионных аккумуляторов - это процесс интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития. При интеркаляции и десорбции ионов лития В процессе интеркаляции это сопровождается вставкой и деинтеркаляцией электронов, эквивалентных ионам лития (обычно положительный электрод представлен вставкой или деинтеркаляцией, а отрицательный электрод представлен вставкой или деинтеркаляцией. ). Зарядка и разрядка Во время электрического процесса ионы лития интеркалируются / деинтеркалируются и интеркалируются / деинтеркалируются взад и вперед между положительным и отрицательным электродами, что ярко называется «батареей кресла-качалки».
Когда батарея заряжена, ионы лития генерируются на положительном электроде батареи, и генерируемые ионы лития перемещаются к отрицательному электроду через электролит. Углерод в качестве отрицательного электрода имеет слоистую структуру с множеством микропор, а ионы лития, достигающие отрицательного электрода, вставляются в микропоры углеродного слоя. Чем больше введено ионов лития, тем выше зарядная емкость. Точно так же, когда аккумулятор разряжен (то есть в процессе использования аккумулятора), ионы лития, внедренные в углеродный слой отрицательного электрода, высвобождаются и возвращаются к положительному электроду. Чем больше ионов лития вернулось на положительный электрод, тем выше разрядная емкость.
Обычно зарядный ток литиевой батареи устанавливается в пределах от 0.2 ° C до 1 ° C. Чем больше ток, тем быстрее происходит зарядка и тем больше тепла выделяет аккумулятор. Более того, емкости недостаточно для зарядки чрезмерным током, потому что электрохимическая реакция внутри батареи требует времени. Как и при наливании пива, слишком быстрое наливание вызовет пену, но вызывает недовольство.
Меры предосторожности при использовании (разрядка)
Для батарей нормальное использование - это процесс разрядки. На что следует обратить внимание при разрядке литиевых батарей:
Во-первых, ток разряда не должен быть слишком большим. Чрезмерный ток вызовет нагрев внутри батареи, что может привести к необратимому повреждению. По телефону это без проблем, можно не рассматривать.
Из рисунка 1 видно, что чем больше ток разряда батареи, тем меньше разрядная емкость и тем быстрее падает напряжение.
Во-вторых, его нельзя чрезмерно разряжать. Внутреннее хранилище электроэнергии в литиевые батареи достигается обратимым химическим изменением в электрохимии. Чрезмерный разряд вызовет необратимую реакцию этого химического изменения, которое должно произойти, поэтому литиевые батареи больше всего боятся чрезмерной разрядки. Если напряжение разряда станет ниже 2.7 В, аккумулятор можно утилизировать. К счастью, внутри аккумулятора мобильного телефона установлена схема защиты, и напряжение недостаточно низкое, чтобы повредить аккумулятор, схема защиты сработает и перестанет разряжаться.
5. Процесс производства литий-ионных аккумуляторов.
Материалы положительного электрода литиевые батареи включают оксид лития-кобальта LiCoO2, тройные материалы Ni + Mn + Co, манганат лития LiMn2O4 плюс проводящий агент и связующее, которые нанесены на алюминиевую фольгу для формирования положительного электрода, а отрицательный электрод представляет собой слой графита плюс проводящий агент и клей на основной ленте из медной фольги, а более современные частицы анодного слоистого графита используют наноуглерод.
1. Варка целлюлозы: используйте специальный растворитель и связующее для смешивания с порошкообразными активными материалами положительных и отрицательных элементов и равномерно перемешайте их, чтобы получить суспензию из положительных и отрицательных материалов.
2. Покрытие: суспензия положительного и отрицательного электрода равномерно наносится на поверхность металлической фольги с помощью автоматической машины для нанесения покрытия, а положительный и отрицательный электроды автоматически разрезаются на положительные и отрицательные полюсные части после автоматической сушки.
3. Сборка: В соответствии с нисходящей последовательностью лист положительного электрода-диафрагма-отрицательный электрод-лист-диафрагма, процесс впрыска электролита, герметизация и сварка положительного и отрицательного полюсов для завершения процесса сборки аккумулятора.
4. Формирование: Поместите готовую батарею в испытательный шкаф для проверки заряда и разряда, отсеивайте квалифицированную готовую батарею и подождите, пока она покинет завод.
6. Функции безопасности литий-ионных аккумуляторов.
Что касается показателей оценки показателей безопасности литий-ионных аккумуляторов, в мире установлены очень строгие стандарты. Квалифицированный литий-ионный аккумулятор должен соответствовать следующим условиям с точки зрения безопасности:
(1) Короткое замыкание: нет огня, нет взрыва
(2) Перегрузка: нет огня, нет взрыва
(3) Испытание в горячем боксе: без пожара, без взрыва (постоянная температура 150 ℃ в течение 10 минут)
(4) Иглоукалывание: без взрыва (используйте гвоздь диаметром 3 мм, чтобы пробить батарею)
(5) Столкновение с пластиной: ни огня, ни взрыва (тяжелый предмет весом 10 кг попадает в батарею с высоты 1 м).
(6) Сжигание: без взрыва (батарея с газовым пламенем)
7. Преимущества литий-ионных аккумуляторов.
1) Высокое напряжение
Рабочее напряжение одной батареи достигает 3.7-3.8 В (3.2 В для фосфата лития-железа), что в 3 раза больше, чем у Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов.
2) Больше, чем энергия
Фактическая удельная энергия, которая может быть достигнута, составляет около 555 Вт · ч / кг, то есть материал может достигать удельной емкости выше 150 мА · ч / г (в 3-4 раза больше Ni-Cd, в 2-3 раза больше Ni-MH), что близко к его теория. Примерно 88% от стоимости.
3) длительный срок службы
Как правило, он может достигать более 500 раз или даже более 1000 раз, а для фосфата лития и железа он может достигать 8000 раз. Для электроприборов с низким током разряда срок службы батареи будет удвоен за счет конкурентоспособности электроприборов.
4) Хорошие показатели безопасности
Нет загрязнения, нет эффект памяти. Как и у предшественника литий-ионного аккумулятора, литиевая батарея закорачивается из-за легкого образования дендритов из-за металлического лития, что сокращает области его применения: литий-ионный аккумулятор не содержит кадмия, свинца, ртути и других элементов, загрязняющих окружающую среду. среда; Основным недостатком никель-кадмиевых аккумуляторов некоторых процессов (например, спеченных) является «эффект памяти», который сильно ограничивает использование аккумуляторов, но у литий-ионных аккумуляторов такой проблемы нет вообще.
5) Небольшой саморазряд
Скорость саморазряда полностью заряженных литий-ионных аккумуляторов, хранящихся при комнатной температуре в течение 1 месяца, составляет около 2%, что намного ниже, чем у 25-30% Ni-Cd и 30-35% Ni-MH.
6) Быстрая зарядка
Емкость зарядки 1С за 30 минут может достигать более 80% от номинальной, а ферро-фосфорная батарея может быть заряжена до 90% от номинальной емкости за 10 минут.
7) рабочая температура
Рабочая температура -25 ~ 45 ° C. Ожидается, что с улучшением электролита и положительного электрода он расширится до -40 ~ 70 ° C.
8. Недостатки литий-ионных аккумуляторов.
физиологическое старение
В отличие от других аккумуляторных батарей, емкость литий-ионных батарей будет медленно снижаться, что связано с количеством использований и температурой. Это явление спада может быть представлено снижением емкости,
Это также может быть выражено как увеличение внутреннего сопротивления.
Поскольку это связано с температурой, его легче отразить в электронных продуктах с высоким рабочим током. Замена графита титанатом лития, похоже, продлевает жизнь. Постоянная потеря температуры хранения и емкости
| Зарядная мощность | Температура хранения 0 ℃ | Температура хранения 25 ℃ | Температура хранения 40 ℃ | Температура хранения 60 ℃ |
| 40% ~ 60% | 2% / год | 4% / год | 15% / год | 25% / год |
| 100% | 6% / мес. | 20% / мес. | 35% / мес. | 80% / 6 месяцев |
Скорость отношения:
Скорость восстановления
Примерно 1% новой продукции, покидающей завод, необходимо утилизировать по разным причинам.
Нетерпимость к завышению цен
При перезарядке чрезмерно вставленные ионы лития будут постоянно фиксироваться в кристаллической решетке и больше не могут высвобождаться, что может привести к сокращению срока службы батареи.
Непереносимость чрезмерной разрядки
Во время чрезмерного разряда электрод деинтеркалирует слишком много ионов лития, что может вызвать коллапс кристаллической решетки и сократить срок службы.