Mae batris lithiwm yn fath newydd o fatri ynni uchel a ddatblygwyd yn llwyddiannus yn yr 20fed ganrif. Gellir eu deall fel batris sy'n cynnwys elfennau lithiwm (gan gynnwys lithiwm metelaidd, aloion lithiwm, ïonau lithiwm, a pholymerau lithiwm). Gellir eu rhannu'n fatris metel lithiwm (anaml yn cael eu cynhyrchu a'u defnyddio) a batris ïon lithiwm (a ddefnyddir bellach mewn symiau mawr). Oherwydd ei fanteision fel egni penodol uchel, foltedd batri uchel, ystod tymheredd gweithredu eang, a bywyd storio hir, fe'u defnyddiwyd yn helaeth mewn offer trydanol bach milwrol a sifil, megis ffonau symudol, cyfrifiaduron cludadwy, camcorders, camcorders, camerâu, ac ati, yn rhannol ddisodli batris traddodiadol.
Tarddiad a datblygiad batris lithiwm-ion
- Yn y 1970au, defnyddiodd Ms Whittingham o Exxon ditaniwm sylffid fel y deunydd electrod positif a'r lithiwm metelaidd fel y deunydd electrod negyddol i wneud y batri lithiwm cyntaf.
- Yn 1980, darganfu J. Goodenough y gellir defnyddio lithiwm cobalt ocsid fel deunydd electrod positif batris lithiwm-ion.
- Yn 1982, darganfu Rragarwal a Jrmersman o Sefydliad Technoleg Illinois fod gan ïonau lithiwm yr eiddo o gael eu hymgorffori mewn graffit, ac mae'r broses hon yn gyflym ac yn gildroadwy. Ar yr un pryd, mae peryglon diogelwch batris lithiwm wedi'u gwneud o lithiwm metelaidd wedi denu llawer o sylw, felly mae pobl wedi ceisio defnyddio priodweddau ïonau lithiwm wedi'u hymgorffori mewn graffit i wneud batris y gellir eu hailwefru. Cafodd yr electrod graffit lithiwm-ion y gellir ei ddefnyddio gyntaf ei gynhyrchu'n dreial yn llwyddiannus gan Bell Laboratories.
- Ym 1983, darganfu M.Thackeray, J.Goodenough ac eraill fod spinel manganîs yn ddeunydd electrod positif rhagorol gyda phris isel, sefydlogrwydd a dargludedd trydanol a lithiwm rhagorol. Mae ganddo dymheredd dadelfennu uchel ac mae ei ocsideiddiad yn llawer is na thymheredd lithiwm cobalt ocsid. Hyd yn oed os bydd cylched byr neu ordal yn digwydd, gall osgoi'r perygl o hylosgi a ffrwydrad.
- Ym 1989, darganfu A.Manthiram a J.Goodenough y bydd yr electrod positif sy'n defnyddio anionau polymerized yn cynhyrchu foltedd uwch.
- Yn 1991, rhyddhaodd Sony y batri lithiwm-ion masnachol cyntaf. Yn dilyn hynny, chwyldroodd batris lithiwm-ion ymddangosiad electroneg defnyddwyr.
- Ym 1996, darganfu Padhi a Goodenough fod ffosffadau â strwythurau olivine, fel ffosffad haearn lithiwm (LifePo4), yn well na deunyddiau electrod positif traddodiadol, ac felly maent wedi dod yn ddeunyddiau electrod positif prif ffrwd cyfredol.
Mae batris lithiwm-ion (batris Li-ion) yn cael eu datblygu o fatris lithiwm. Felly cyn cyflwyno Li-ion, gadewch i ni gyflwyno batris lithiwm yn gyntaf. Er enghraifft, mae batris botwm yn perthyn i fatris lithiwm. Deunydd electrod positif batris lithiwm yw manganîs deuocsid neu thionyl clorid, ac mae'r electrod negyddol yn lithiwm. Ar ôl i'r batri gael ei ymgynnull, mae foltedd i'r batri ac nid oes angen ei wefru. Gellir codi tâl ar y math hwn o fatri hefyd, ond nid yw'r perfformiad beic yn dda. Yn ystod y cylch gwefr a rhyddhau, mae'n hawdd ffurfio dendrites lithiwm, gan achosi cylchedau byr mewnol yn y batri, felly o dan amgylchiadau arferol, mae'r math hwn o fatri yn cael ei wahardd rhag cael ei wefru.
Yn ddiweddarach, dyfeisiodd Sony Corporation o Japan fatri lithiwm gyda deunydd carbon fel yr electrod negyddol a chyfansoddion sy'n cynnwys lithiwm fel yr electrod positif. Yn ystod y broses gwefru a rhyddhau, nid oes lithiwm metelaidd, dim ond ïonau lithiwm. Batri lithiwm-ion yw hwn.
Yn gynnar yn y 1990au, llwyddodd Sony Energy Development Company o Japan a Moli Energy Company yng Nghanada yn y drefn honno i ddatblygu math newydd o fatri lithiwm-ion, sydd nid yn unig â pherfformiad da ond sydd hefyd yn gyfeillgar i'r amgylchedd. Gyda datblygiad cyflym technoleg gwybodaeth, peiriannau llaw a cherbydau trydan, mae'r galw am ffynonellau pŵer effeithlonrwydd uchel wedi cynyddu'n ddramatig, ac mae batris lithiwm wedi dod yn un o'r meysydd sy'n tyfu gyflymaf.
Strwythur ac egwyddor batris lithiwm-ion
(1) Prif gydrannau batris lithiwm-ion:
Electrod positif - mae deunyddiau actif yn cyfeirio'n bennaf at ocsid cobalt lithiwm, ocsid manganese lithiwm, ffosffad haearn lithiwm, ocsid nickel lithiwm, ocsid nickel cobalt manganese, ac ati. Mae'r cloddwr cyfredol yn defnyddio ffoil alwminiwm fel arfer gyda thrwch o 10-20 microns;
② Diaphragm - Ffilm blastig arbennig sy'n caniatáu i ïonau lithiwm fynd drwodd, ond sy'n ynysydd ar gyfer electronau. Ar hyn o bryd, mae dau fath yn bennaf: AG a PP a'u cyfuniadau. Mae yna hefyd fath o ddiaffram solet anorganig, fel gorchudd diaffram alwmina, sy'n ddiaffram solet anorganig;
③ Electrode Negyddol - Mae'r deunydd gweithredol yn cyfeirio'n bennaf at graffit, titanate lithiwm, neu ddeunyddiau carbon gyda strwythur tebyg i graffit. Yn gyffredinol, mae'r casglwr cerrynt dargludol yn defnyddio ffoil copr gyda thrwch o 7-15 micron;
④ Electrolyte - yn gyffredinol system organig, fel toddyddion carbonad wedi'u toddi â lithiwm hexafluoroffosffad, ac mae rhai batris polymer yn defnyddio electrolytau gel;
⑤ Shell batri - wedi'i rannu'n bennaf yn gragen galed (cragen ddur, cragen alwminiwm, cragen haearn platiog nicel, ac ati) a phecyn meddal (ffilm blastig alwminiwm).
Pan godir y batri, mae ïonau lithiwm yn cael eu dad -osod o'r electrod positif a'u hymgorffori yn yr electrod negyddol, ac i'r gwrthwyneb yn ystod y gollyngiad. Mae hyn yn ei gwneud yn ofynnol i electrod fod mewn cyflwr wedi'i ryngweithio â lithiwm cyn ei ymgynnull. Yn gyffredinol, dewisir ocsidau metel pontio wedi'i ryng-gladdu gyda photensial sy'n fwy na 3V o'i gymharu â lithiwm a sefydlog yn yr awyr fel electrodau positif, fel LICOO2, LINIO2, a LIMN2O4.
Fel y deunydd electrod negyddol, dewisir cyfansoddion lithiwm-embeddable sydd â photensial mor agos at y potensial lithiwm â phosibl, fel amrywiol ddeunyddiau carbon gan gynnwys graffit naturiol, graffit synthetig, ffibr carbon, sfferulit mesophase, ac ati ac ocsidau metel, gan gynnwys SNO, SNO2, tin Oxide, tino (X =0. 4 ~ 0. 6, y =0. 6 ~ 0. 4, z=(2+3 x +5} y)\/2)\/2), etc.
Mae'r electrolyt yn mabwysiadu system toddyddion cymysg o garbonadau alcyl fel ethylen carbonad (EC), propylen carbonad (PC) a carbonad diethyl diflasedd isel (DEC) o lipf6.
Mae'r diaffram yn mabwysiadu pilenni microporous polyolefin fel AG, PP neu eu pilenni cyfansawdd, yn enwedig y diaffram tair haen PP\/PE\/PP, sydd nid yn unig â phwynt toddi isel, ond sydd hefyd â chryfder gwrthiant pwniad uchel, sy'n chwarae rôl yswiriant thermol.
Mae'r gragen wedi'i gwneud o ddur neu alwminiwm, ac mae gan y cynulliad gorchudd swyddogaeth pwer-i-ffwrdd gwrth-ffrwydrad.
(2) Egwyddor Weithio Sylfaenol
Wrth wefru'r batri, mae ïonau lithiwm yn cael eu rhyddhau o'r cyfansoddyn sy'n cynnwys lithiwm yn yr electrod positif, ac mae'r ïonau lithiwm yn symud i'r electrod negyddol trwy'r electrolyt. Mae gan y deunydd carbon yn yr electrod negyddol strwythur haenog gyda llawer o ficroporau. Mae'r ïonau lithiwm sy'n cyrraedd yr electrod negyddol wedi'u hymgorffori ym micropores yr haen garbon. Po fwyaf o ïonau lithiwm sydd wedi'u hymgorffori, yr uchaf yw'r gallu gwefru.
Wrth ollwng y batri (hy y broses o ddefnyddio'r batri), mae'r ïonau lithiwm sydd wedi'u hymgorffori yn haen garbon yr electrod negyddol yn cael eu rhyddhau ac yn symud yn ôl i'r electrod positif. Po fwyaf o ïonau lithiwm sy'n dychwelyd i'r electrod positif, yr uchaf yw'r capasiti rhyddhau. Mae'r hyn yr ydym fel arfer yn ei alw'n gapasiti batri yn cyfeirio at y gallu rhyddhau.
Yn ystod y broses gwefru a gollwng batris lithiwm-ion, mae ïonau lithiwm mewn cyflwr o symud o electrod positif → electrod negyddol → electrod positif. Mae hyn fel cadair siglo, gyda dau ben y gadair siglo yn ddau begwn y batri, ac ïonau lithiwm yn symud yn ôl ac ymlaen ar ddau ben y gadair siglo. Felly, gelwir batris lithiwm-ion hefyd yn fatris cadeiriau siglo.
Mecanwaith codi tâl a rhyddhau
- Rhennir proses wefru batris lithiwm-ion yn ddau gam: cam codi tâl cerrynt cyson a cham codi tâl gostyngol cerrynt foltedd cyson.
- Bydd gor-godi a rhyddhau batris lithiwm-ion yn achosi niwed parhaol i'r electrodau positif a negyddol. Mae gorddistring yn achosi i strwythur dalen garbon yr electrod negyddol gwympo, a bydd y cwymp yn atal ïonau lithiwm rhag cael eu mewnosod yn ystod gwefru; Mae gor -godi yn achosi i ormod o ïonau lithiwm gael eu hymgorffori yn strwythur carbon yr electrod negyddol, gan beri na fydd rhai o'r ïonau lithiwm yn cael eu rhyddhau mwyach.
- Y dull codi tâl a rhyddhau gorau i fatris lithiwm-ion gynnal perfformiad yw codi tâl bas a rhyddhau bas. Yn gyffredinol, mae 60% DoD 2 i 4 gwaith y bywyd beicio o dan amodau Adran Amddiffyn 100%.
Prif ddangosyddion perfformiad batris lithiwm-ion
(1) Capasiti batri
Gellir rhannu gallu batri yn gapasiti graddedig a gallu gwirioneddol. Mae capasiti graddedig batri yn cyfeirio at faint o drydan y dylai'r batri ei ddarparu pan fydd yn cael ei ollwng i'r foltedd terfynu ar gyfradd o 5h o dan dymheredd amgylchynol o 20 gradd ± 5 gradd, ac fe'i cynrychiolir gan C5. Mae gallu gwirioneddol batri yn cyfeirio at y swm gwirioneddol o drydan a ollyngir gan y batri o dan rai amodau rhyddhau, sy'n cael ei effeithio'n bennaf gan y gyfradd rhyddhau a'r tymheredd (a siarad mor gaeth, dylai capasiti'r batri nodi'r amodau gwefru a gollwng).
Uned Capasiti: mah, ah (1ah =1000 mAh).
(2) Gwrthiant mewnol batri
Mae gwrthiant mewnol batri yn cyfeirio at y gwrthiant y mae cerrynt yn ei wynebu yn llifo trwy'r batri pan fydd y batri yn gweithio. Mae'n cynnwys dwy ran: ymwrthedd mewnol ohmig a pholareiddio ymwrthedd mewnol. Bydd gwrthiant mewnol batri mawr yn arwain at foltedd rhyddhau is ac amser rhyddhau byrrach. Mae ffactorau fel y deunydd batri, y broses weithgynhyrchu, a strwythur batri yn effeithio'n bennaf ar faint y gwrthiant mewnol. Mae gwrthiant mewnol batri yn baramedr pwysig ar gyfer mesur perfformiad batri.
(3) Foltedd
Mae foltedd cylched agored yn cyfeirio at y gwahaniaeth posibl rhwng electrodau positif a negyddol y batri pan nad yw'r batri yn gweithio, hynny yw, pan nad oes cerrynt yn llifo yn y gylched. Yn gyffredinol, mae foltedd cylched agored batri lithiwm-ion tua 4. 1-4. 2v ar ôl iddo gael ei wefru'n llawn, a thua 3. 0 v ar ôl iddo gael ei ryddhau. Gellir pennu cyflwr gwefr y batri trwy ganfod foltedd cylched agored y batri.
Mae'r foltedd gweithredu, a elwir hefyd yn foltedd terfynol, yn cyfeirio at y gwahaniaeth posibl rhwng electrodau positif a negyddol y batri pan fydd y batri yn y wladwriaeth waith, hynny yw, pan fydd cerrynt yn llifo yn y gylched. Pan fydd y batri yn y cyflwr gwaith rhyddhau, pan fydd y cerrynt yn llifo trwy'r batri, nid oes angen iddo oresgyn y gwrthiant a achosir gan wrthwynebiad mewnol y batri, felly mae'r foltedd gweithio bob amser yn is na'r foltedd cylched agored, ac mae'r gwrthwyneb yn wir wrth wefru. Mae foltedd gweithio rhyddhau batris lithiwm-ion oddeutu 3.6V.
(4) Amser Llwyfan Rhyddhau
Mae'r amser platfform rhyddhau yn cyfeirio at yr amser rhyddhau pan fydd y batri wedi'i wefru'n llawn i foltedd penodol. Er enghraifft, mesurir amser platfform rhyddhau batri teiran yn 3.6V. Codir y foltedd ar 4.2v ar foltedd cyson, ac mae'r cerrynt gwefru yn llai na 0. 02c, yna mae'r gwefru yn cael ei stopio, hynny yw, ar ôl i'r batri gael ei wefru'n llawn, ac yna mae ar ôl am 10 munud. Yr amser rhyddhau pan fydd yn cael ei ollwng i 3.6V ar unrhyw gerrynt rhyddhau yw'r amser platfform gollwng ar y cerrynt hwnnw.
Oherwydd bod gan foltedd gweithio rhai offer trydanol gan ddefnyddio batris lithiwm-ion ofynion foltedd, os yw'n is na'r gwerth gofynnol, ni fydd yn gweithio. Felly, mae'r platfform rhyddhau yn un o'r meini prawf pwysig ar gyfer mesur perfformiad batris.
(5) Cyfradd codi a rhyddhau
Mae'r gyfradd tâl a rhyddhau yn cyfeirio at y gwerth cyfredol sy'n ofynnol i'r batri ollwng ei gapasiti graddedig o fewn amser penodol. Mae 1c yn hafal yn rhifiadol â chynhwysedd graddedig y batri ac fel rheol mae'n cael ei gynrychioli gan y llythyren C. Er enghraifft, os yw capasiti sgôr enwol y batri yn 1 0 Ah, yna 10A yw 1C (1 cyfradd), 5A yw 0.5C, 100A yw 10C, ac ati.
(6) Cyfradd hunan-ollwng
Mae'r gyfradd hunan-ollwng, a elwir hefyd yn allu cadw gwefr, yn cyfeirio at allu'r batri i gadw faint o drydan sy'n cael ei storio yn y batri o dan rai amodau pan fydd y batri mewn cyflwr cylched agored. Mae ffactorau fel y broses weithgynhyrchu, deunyddiau ac amodau storio'r batri yn effeithio'n bennaf arno. Mae'n baramedr pwysig ar gyfer mesur perfformiad batri.
(7) Effeithlonrwydd
Mae'r effeithlonrwydd codi tâl yn cyfeirio at fesur i ba raddau y mae'r egni trydanol a ddefnyddir gan y batri yn ystod y broses wefru yn cael ei drawsnewid yn yr egni cemegol y gall y batri ei storio. Mae'r broses batri, fformiwla, a thymheredd yr amgylchedd gwaith y batri yn effeithio'n bennaf arno. Yn gyffredinol, po uchaf yw'r tymheredd amgylchynol, yr isaf yw'r effeithlonrwydd codi tâl.
Mae effeithlonrwydd rhyddhau yn cyfeirio at gymhareb y swm gwirioneddol o drydan a ryddhawyd i'r foltedd terfynol o dan rai amodau rhyddhau i gapasiti graddedig y batri. Mae ffactorau fel cyfradd rhyddhau, tymheredd amgylchynol a gwrthiant mewnol yn effeithio'n bennaf arno. A siarad yn gyffredinol, po uchaf yw'r gyfradd rhyddhau, yr isaf yw'r effeithlonrwydd rhyddhau. Po isaf yw'r tymheredd, yr isaf yw'r effeithlonrwydd rhyddhau.
(8) Bywyd Beicio
Mae oes beicio batri yn cyfeirio at nifer yr amseroedd gwefru a gollwng y mae batri yn cael eu cael o dan drefn gwefr a rhyddhau penodol pan fydd capasiti'r batri yn gostwng i werth penodol. Mae'r Prydain Fawr ar gyfer batris lithiwm-ion yn nodi bod cyfradd cadw gallu batri ar ôl 500 cylch yn 1C yn uwch na 60%.
Prif ddosbarthiadau batris lithiwm-ion
① Yn ôl y gwahanol ddeunyddiau electrolyt a ddefnyddir mewn batris lithiwm, gellir rhannu batris lithiwm yn ddau gategori: batris lithiwm hylifol (batris ïon lithiwm, y cyfeirir atynt fel LIB) a batris lithiwm polymer (batris ïon lithiwm polymer, y cyfeirir atynt fel gwefus).
② Yn ôl y dull codi tâl, gellir eu rhannu'n ddau gategori: na ellir eu hailwefru ac y gellir eu hailwefru.
③ Ymddangosiad batri lithiwm: batri lithiwm sgwâr (megis batris ffôn symudol a ddefnyddir yn gyffredin) a silindrog (megis 18650, 18500);
④ Deunyddiau pecynnu batri lithiwm: batri lithiwm cragen alwminiwm, batri lithiwm cragen ddur, batri pecyn meddal;
Batri batri lithiwm o'r deunyddiau electrod positif a negyddol (ychwanegion): batri lithiwm cobalt ocsid (liCOO2), ocsid manganîs lithiwm (limn2o4), batri ffosffad haearn lithiwm, batri lithiwm deuocsid manganaidd tafladwy manganaidd tafladwy,
