Lithium-batterij is een nieuw type energiebatterij met succes ontwikkeld in de 20e eeuw . Het kan worden opgevat als een batterij die lithium bevat (inclusief metaallithium, lithiumlegering, lithium ion, lithium ion, lithiumpolymer) . Het kan worden verdeeld in lithiummetaalbatterijen (zeer kleine productie en lithium ionbatterij (nu brede batterij) en lithium-batterij (zeer kleine productie) en lithium-batterij (zeer kleine productie) en lithium-batterij (zeer kleine productie) en lithium-batterij (zeer kleine productie) en lithium-batterij (zeer kleine productie) en lithium-batterij (nu brede batterij) en lithiumbatterij ( used). Because of its advantages such as high specific energy, high battery voltage, wide operating temperature range, and long storage life, it has been widely used in military and civilian small electrical appliances, such as mobile phones, portable computers, camcorders, cameras, etc., and has partially replaced traditional batteries.
01 Oorsprong en ontwikkeling van lithium-ionbatterijen
In de jaren 1970 gebruikte m . s . whittingham van exxon titaniumsulfide als het positieve elektrodenmateriaal en metaallithium als het negatieve elektrodenmateriaal om de eerste lithiumbatterij te maken .
In 1980 ontdekte J . Goodenough dat lithiumcobaltoxide kan worden gebruikt als het positieve elektrodenmateriaal van lithium-ionbatterijen .
In 1982, r . r . Agarwal en J . r . Selman van het Illinois Inst -Instructie van technologie ontdekt dat lithium ionen het eigendom hebben van ingebed in grafiet, en dit proces is snel en omgekeerd .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} op dezelfde tijd, de veiligheidsklasse van het sinances van het smeekbatter. Metallic lithium heeft veel aandacht getrokken, dus mensen hebben geprobeerd de eigenschappen van lithiumionen te gebruiken die in grafiet zijn ingebed om oplaadbare batterijen te maken . De eerste bruikbare lithium-ion grafietelektrode werd succesvol geproduceerd door Bell Laboratories .
In 1983, M.Thackeray, J.Goodenough and others discovered that manganese spinel is an excellent positive electrode material with low price, stability and excellent electrical and lithium conductivity. It has a high decomposition temperature and its oxidizability is much lower than that of lithium cobalt oxide. Even if short circuit or overcharge komt voor, het kan het gevaar van verbranding en explosie vermijden .
In 1989 ontdekten een . Manthiram en J . Goodenough dat de positieve elektrode met gepolymeriseerde anionen een hogere spanning zal produceren .
In 1991 heeft Sony de eerste commerciële lithium-ionbatterij uitgebracht .
In 1996 ontdekten Padhi en Goodenough dat fosfaten met olivijnstructuren, zoals lithiumijzerfosfaat (LifePo4), superieur zijn aan traditionele positieve elektrodenmaterialen en daarom de huidige mainstream positieve elektrodenmaterialen zijn geworden .
Afbeelding
Lithium-ion batteries (Li-ion Batteries) are developed from lithium batteries. So before introducing Li-ion, let's first introduce lithium batteries. For example, button batteries belong to lithium batteries. The positive electrode material of lithium batteries is manganese dioxide or thionyl chloride, and the negative electrode is lithium . Nadat de batterij is geassembleerd, heeft de batterij spanning en hoeft niet te worden opgeladen . Dit type batterij kan ook worden opgeladen, maar de cyclusprestaties zijn niet goed . tijdens de lading en ontslagcyclus, lithium dendrites zijn gemakkelijk gevormd, lithiumcyclus is verboden om te circeren van de interne omstandigheden, zo verboden in de normale omstandigheden. opgeladen .
Later vond Sony Corporation van Japan een lithiumbatterij uit met koolstofmateriaal als de negatieve elektrode en lithium-beheerse verbindingen als de positieve elektrode . Tijdens het lading- en ontladingsproces is er geen metallic lithium, alleen lithium-ionen . Dit is een lithiumbatterij.}
In het begin van de jaren negentig ontwikkelde Sony Energy Development Company van Japan en Moli Energy Company van Canada respectievelijk met succes een nieuw type lithium-ionbatterij, dat niet alleen goede prestaties heeft, maar ook milieuvriendelijk is . met de snelle ontwikkeling van informatietechnologie, handheld machines en elektrische voertuigen, de vraag naar high-efficiëntie, is een batterijen velden .
02 Structuur en principe van lithium-ionbatterijen
(1) Hoofdcomponenten van lithium-ionbatterijen:
① Positive electrode - active materials mainly refer to lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium iron phosphate, lithium nickel oxide, nickel cobalt manganese oxide, etc. The conductive current collector generally uses aluminum foil with a thickness of 10-20 microns;
② Diafragm - Een speciale plastic film waarmee lithiumionen kunnen passeren, maar een isolator is voor elektronen . Momenteel zijn er voornamelijk twee soorten: PE en PP en hun combinaties . Er is ook een type anorganisch vaste diaphragm, zoals aluminah diamraagm diaphragm;
③ Negatieve elektrode - Het actieve materiaal verwijst voornamelijk naar grafiet-, lithiumtitanaat- of koolstofmaterialen met een structuur vergelijkbaar met grafiet . De geleidingsstroomcollector gebruikt in het algemeen koperfolie met een dikte van 7-15}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} microns;
④ Elektrolyt - Over het algemeen een organisch systeem, zoals carbonaatoplosmiddelen opgelost met lithiumhexafluorofosfaat, en sommige polymeerbatterijen gebruiken gelelektrolyten;
⑤ Batterijschaal-voornamelijk verdeeld in harde schaal (stalen schaal, aluminium schaal, nikkel-vergulde ijzeren schaal, enz. .) en zacht pakket (aluminium-plastic film) .
Afbeelding
Wanneer de batterij wordt opgeladen, worden lithiumionen gedeintercaleerd van de positieve elektrode en ingebed in de negatieve elektrode, en vice versa tijdens ontlading {. Dit vereist een elektrode om een elektrode te zijn in een lithium-geïntercaleerde toestand vóór simelie {{2 ' Positieve elektrode, zoals LiCOO2, Linio2 en Limn2o 4.
Als het negatieve elektrodenmateriaal worden lithium-ingebedde verbindingen met een potentieel zo dicht mogelijk bij het lithiumpotentiaal geselecteerd, zoals verschillende koolstofmaterialen, waaronder natuurlijk grafiet, synthetisch grafiet, koolstofvezel, mesofase sferuliet, enz. . en metaaloxiden, Sno2, Tin Composite Oxyozz. )
De elektrolyt hanteert een gemengd oplosmiddelsysteem van alkylcarbonaten zoals ethyleencarbonaat (EC), propyleencarbonaat (PC) en lage viscositeit diethylcarbonaat (dec) van LIPF 6.
Het diafragma hanteert polyolefinemicroporeuze membranen zoals PE, PP of hun composietmembranen, met name de PP/PE/PP-drie-laags diafragma, die niet alleen een laag smeltpunt heeft, maar ook een hoge lekweerstandsterkte heeft, die een rol van thermische verzekeringen speelt .}
De schaal is gemaakt van staal of aluminium, en de dekmontage heeft de functie van explosieverdichte power-off .
(2) Basiswerkprincipe
When the battery is charged, lithium ions are released from the lithium-containing compound in the positive electrode, and the lithium ions move to the negative electrode through the electrolyte. The carbon material in the negative electrode has a layered structure with many micropores. The lithium ions that reach the negative electrode are embedded in the micropores of the carbon Laag . Hoe meer lithiumionen zijn ingebed, hoe hoger de laadcapaciteit .
Wanneer de batterij wordt ontladen (dat wil zeggen het proces van het gebruik van de batterij), worden de lithiumionen ingebed in de koolstoflaag van de negatieve elektrode vrijgegeven en gaan terug naar de positieve elektrode . hoe meer lithiumions ionen die terugkeren naar de positieve elektrode, de lozingscapaciteit {}}
Tijdens het laad- en ontlaadproces van lithium-ionbatterijen zijn lithiumionen in een staat van beweging van positieve elektrode → Negatieve elektrode → positieve elektrode . Dit is als een schommelstoel, met de twee uiteinden van de schommelende stoel als de twee palen van de batterij en de lithium-ionen beweegt ook terug en weer in de twee eindstoel..}. {2} ile zijn ook geroepen bij de batterij en de batterij van de batterijen zijn ook geroepen bij de batterij en de batterij van de batterijen. schommelstoelbatterijen .
Afbeelding
Afbeelding
Opladen en ontladen mechanisme
Het laadproces van lithium-ionbatterijen is verdeeld in twee fasen: constante stroomlaadfase en constante spanningsstroom afnemende laadfase .
Overladen en ontladen van lithium-ionbatterijen zal permanente schade veroorzaken aan de positieve en negatieve elektroden . OverdiSlading veroorzaakt de koolstofplaatstructuur van de negatieve elektrode ineenstort en de ineenstorting zal voorkomen dat lithiumionen worden ingevoegd tijdens het laden; Overladen zorgt ervoor dat te veel lithiumionen worden ingebed in de koolstofstructuur van de negatieve elektrode, waardoor sommige van de lithiumionen niet langer worden vrijgegeven .
De beste oplaad- en ontlaadmethode voor lithium-ionbatterijen om de prestaties te handhaven is ondiep opladen en ondiepe ontlading . Over het algemeen is 60% DoD 2 tot 4 keer de cyclus levensduur onder 100% DOD-omstandigheden .
03 Hoofdprestatie-indicatoren van lithium-ionbatterijen
(1) Batterijcapaciteit
De capaciteit van een batterij kan worden onderverdeeld in nominale capaciteit en werkelijke capaciteit . De nominale capaciteit van een batterij verwijst naar de hoeveelheid elektriciteit die de batterij moet leveren wanneer deze wordt ontslagen naar de beëindigingspanning met een snelheid van 5H van een omgevingstemperatuur van 20 graden ± 5 graden, en wordt vertegenwoordigd door C5. de werkelijke capaciteit van de werkelijke hoeveelheid elektriciteitsvoorwaarden, onder bepaalde elektriciteitsvoorwaarden, onder een ontladende omzet. die voornamelijk wordt beïnvloed door de ontladingssnelheid en temperatuur (zo strikt genomen, moet de batterijcapaciteit de oplaad- en ontlaadomstandigheden aangeven) .
Capaciteitseenheid: mah, ah (1Ah =1000 mah) .
(2) Batterij interne weerstand
De interne weerstand van de batterij verwijst naar de weerstand die door de stroom stroomt die door de batterij stroomt wanneer de batterij werkt . Het bestaat uit twee delen: ohmische interne weerstand en polarisatie interne weerstand . Een grote batterij zal leiden tot een lagere ontladingsvoltage en een kortere ontladingstijd. de grootte van de interne factoren zoals de interne factoren zoals de interne factoren zoals de interne weerstand van de interne factoren zoals de interne weerstand van de interne factoren zoals de interne weerstand van de interne factoren zoals de interne weerstand van de interne factoren zoals de interne weerstand van de interne weerstand van de interne weerstand die het interne weerstand heeft aangetast door factoren zoals de interne factoren zoals de interne weerstand van de interne factoren zoals de interne weerstand van de interne weerstand, is het grootste aantal factoren Batterijstructuur . Batterij Interne weerstand is een belangrijke parameter voor het meten van batterijprestaties .
(3) spanning
Open circuitspanning verwijst naar het potentiaalverschil tussen de positieve en negatieve elektroden van de batterij wanneer de batterij niet werkt, dat wil zeggen, wanneer er geen stroom in het circuit stroomt {. in het algemeen is de open circuitspanning van een lithium-ion batterij ongeveer 4.1-4.2 v nadat het volledig is geladen, en ongeveer 3 {{{.} de batterij is ongeveer {}} de batterij. Laadstatus kan worden bepaald door de open circuitspanning van de batterij te detecteren.
De bedrijfsspanning, ook bekend als de terminalspanning, verwijst naar het potentiaalverschil tussen de positieve en negatieve elektroden van de batterij wanneer de batterij zich in de werkstatus bevindt, dat wil zeggen, wanneer er stroom in het circuit stroomt . wanneer de stroom door de batterij stroomt. Het tegenovergestelde is waar bij het opladen van . De ontladingswerkspanning van lithium-ionbatterijen is ongeveer 3 . 6v.
(4) Lozingsplatformtijd
De ontladingsplatform verwijst naar de ontladingstijd wanneer de batterij volledig is opgeladen in een bepaalde spanning . bijvoorbeeld, de ontladingsplatformtijd van een ternaire batterij bij 3 . 6v wordt gemeten . De spanning wordt opgeladen tot 4 . 2v bij een constante spanning, en de laadstroom is minder dan 0 . 02c. Vervolgens wordt de batterij volledig opgeladen en 10 minuten alleen gelaten. De ontladingstijd wanneer de batterij bij elke ontladingsstroom wordt ontslagen tot 3,6 V is het ontladingsplatformtijd op die stroom.
Omdat sommige elektrische apparaten die lithium-ionbatterijen gebruiken, spanningsvereisten hebben, als de spanning lager is dan de vereiste waarde, werken ze niet ., is het ontladingsplatform een van de belangrijke criteria voor het meten van de prestaties van batterijen .
(5) Laad- en ontslagpercentage
The charge and discharge rate refers to the current value required for the battery to discharge its rated capacity within a specified time. 1C is numerically equal to the rated capacity of the battery and is usually represented by the letter C. For example, if the nominal rated capacity of the battery is 10Ah, then 10A is 1C (1 rate), 5A is 0.5C, 100A is 10C, and spoedig.
(6) Zelfontladingspercentage
De zelfontladingspercentage, ook bekend als laadbehoudcapaciteit, verwijst naar de mogelijkheid van de batterij om de hoeveelheid elektriciteit te behouden die in de batterij is opgeslagen onder bepaalde omstandigheden wanneer de batterij zich in een open circuitstatus bevindt . Het wordt hoofdzakelijk beïnvloed door factoren zoals het productieproces, materialen en opslagcondities van de batterij . Het is een belangrijke parameter voor de batterijprestaties .}
(7) Efficiëntie
De laadefficiëntie verwijst naar de maat van de mate waarin de elektrische energie die de batterij tijdens het laadproces verbruikt, wordt omgezet in de chemische energie die de batterij kan opslaan . Het wordt voornamelijk beïnvloed door het batterijproces, formule en de werkomgevingstemperatuur van de batterij . in het algemeen, hoe hoger de ambient -efficiëntie .}.
Ontladingsefficiëntie verwijst naar de verhouding van de werkelijke hoeveelheid elektriciteit die is geloosd in de terminalspanning onder bepaalde ontladingsomstandigheden tot de nominale capaciteit van de batterij . Het wordt hoofdzakelijk beïnvloed door factoren zoals ontladingssnelheid, omgevingstemperatuur, en interne weerstand . in het algemeen, hoe hoger de ontladingssnelheid, de lager de lozing van de lozing, de lower de loze lozers, de lager de loze loze, de loze loze, de loze loze, de loze loze, de loze loze, de loze loze, de loze loze, de loze loze, lager de lower de lower de lower de lower de lower de lowertemperatuur. Efficiëntie .
(8) Cycle Life
De levensduur van de batterijcyclus verwijst naar het aantal lading- en ontladingsmijden dat een batterij onder een bepaald laad- en ontslagregime ondergaat wanneer de batterijcapaciteit daalt tot een bepaalde opgegeven waarde . De GB voor lithium-ionbatterijen bepaalt dat de capaciteitsretentiesnelheid van een batterij na 500 cycli op 1C boven 60%. is
04 Hoofdclassificaties van lithium-ionbatterijen
① Volgens de verschillende elektrolytmaterialen die in lithiumbatterijen worden gebruikt, kunnen lithiumbatterijen worden verdeeld in twee categorieën: vloeibare lithiumbatterijen (lithium -ionbatterijen (afgekort als lib) en polymeer lithiumbatterijen (polymeer lithium ionbatterijen, afgekorpie als lip) .
② Volgens de oplaadmethode kunnen ze worden onderverdeeld in twee categorieën: niet-oplaadbare en oplaadbare .
③ Lithium Battery Uiterlijk: vierkante lithiumbatterij (zoals veelgebruikte batterijen voor mobiele telefoons) en cilindrisch (zoals 18650, 18500);
④ Lithium -batterijverpakkingsmaterialen: aluminium shell lithiumbatterij, stalen schaal lithiumbatterij, soft pack batterij;
⑤ Lithium -batterij van de positieve en negatieve elektrodenmaterialen (additieven): lithium kobaltoxide (liCOO2) batterij, lithiummangaanoxide (limn2O4), lithiumijzerfosfaatbatterij, wegwerp mangaan dioxide lithium batterij lithium batterij
