Úvod do základných poznatkov o lítiových batériách

1, zloženie lítiových batérií

1. Bežne sa používajú pozitívne elektródové materiály: zlúčeniny lítia, ako je oxid lítium kobaltu (LICOO ₂), oxid mangánu lítium (LIMN ₂ O ₄), fosforečnanský fosforečnan (LIFEPO ₄) a ternárne materiály (LIXCOYMNZO ₂). Rôzne pozitívne elektródové materiály majú rôzne výkonnostné charakteristiky. Napríklad oxid kobaltu lítium má vysokú hustotu energie, ale relatívne nízku bezpečnosť, zatiaľ čo fosforečnan lítium železa má vysokú bezpečnosť a dlhú životnosť, ale relatívne nízku hustotu energie.

2. Záporný elektródový materiál: Spravidla vyrobená z uhlíkových materiálov, ako je grafit, jeho funkciou je ukladať lítium ióny počas nabíjania a uvoľňovania lítium -iónov počas vypúšťania. Negatívne elektródové materiály zahŕňajú aj stredne pokročilé uhlíkové mikrosféry, titanát lítia atď.

3. Membrána: Pórovitý polymérny film, ktorý slúži na izoláciu pozitívnych a negatívnych elektród, zabránenie skratom a umožňuje prechádzať lítium -ióny. Materiál membrány je zvyčajne polyolefín pórovitá membrána.

4. Elektrolyt: Hlavne zložené z lítiových solí (ako je hexafluórfosfát Lithium hexafluorofosfátu ₆) a organických rozpúšťadiel zodpovedných za vedenie lítiových iónov medzi pozitívnymi a negatívnymi elektródami. Elektrolyt môže byť kvapalina alebo gél.

5. SHELL: SHELL batérie môže byť vyrobená z ocele, hliníka, niklu nalákaného železa alebo hliníkového plastického filmu. Sluch tiež obsahuje uzáver pre batériu, ktorá slúži ako výstup pre kladné a záporné elektródy.

 

2, pracovný princíp lítiových batérií

Počas nabíjania sa lítium -ióny uvoľňujú z pozitívneho materiálu elektród, prechádzajú elektrolytom cez separátor a zabudované do negatívneho materiálu elektród; Počas vypúšťania sa lítium -ióny uvoľňujú z negatívneho materiálu elektród, prechádzajú elektrolytom cez separátor a vracajú sa do kladného materiálu elektród, pričom v tomto procese generujú prúd.

 

3, klasifikácia lítiových batérií

 

1. Klasifikované podľa vzhľadu: štvorcová lítiová batéria, valcová lítiová batéria, lítiová batéria mäkkých balení;

2. Klasifikované podľa outsourcingových materiálov: lítiové batérie hliníkovej škrupiny, lítiové batérie oceľových škrupín a batérie mäkkých balení;

3. Klasifikovaný pomocou pozitívneho materiálu elektród: oxid kobaltu lítium (LICOO2), oxid mangánu lítium (LIMN2O4), ternárny lítia (Linixcoymnzo2), fosforečnan litiumfosforečnanu (LIFEPO4);

4. Klasifikované podľa stavu elektrolytu: lítium-iónové batérie (LIB) a polymérne batérie (PLB);

5. Klasifikované podľa účelu: bežné batérie a napájacie batérie.

6. Klasifikované podľa výkonnostných charakteristík: vysokokapacitné batérie, batérie s vysokou hodnotou, batérie s vysokým teplotou, batérie s nízkou teplotou atď.

 

4, Charakteristiky lítiových batérií

1. Vysoká hustota energie: Bunky lítium batérie môžu ukladať viac energie, čo umožňuje lítiovým batériám mať vyšší výkon energie ako iné typy batérií pri rovnakom objeme alebo hmotnosti.

2. Životnosť dlhého cyklu: Po viacnásobnom nábojovom a výbojovom cykloch si stále môže udržiavať dobrý výkon, zvyčajne dosahuje stovky alebo dokonca tisíce cyklov.

3. Nízka miera samoliečného vybíjania: Ak sa nepoužíva, rýchlosť samovlažovania je pomalá a dokáže si udržať energiu po dlhú dobu.

4. Ochrana životného prostredia: Neobsahuje ťažké kovy, ako je ortuť a kadmium, a je relatívne šetrná k životnému prostrediu.

 

5, Vysvetlenie bežných pojmov

1. Kapacita

Vzťahuje sa na množstvo elektriny, ktorú je možné získať z lítia v batérii za určitých podmienok vybíjania. Vzorec pre kapacitu batérie je q=i * t, meraný v coulombs. Kapacitná jednotka batérie je špecifikovaná ako AH (Ampere Hour) alebo MAH (Milliampere Hour), čo znamená, že batéria 1AH je možné vypustiť 1 hodinu s prúdom 1A, keď je úplne nabitá.

Predtým bola batéria starých telefónov spoločnosti Nokia (napríklad BL -5 c) zvyčajne 500 mAh. V súčasnosti je batéria smartfónov 800-1900 mah, elektrické bicykle sú zvyčajne 10-20 ah a elektrické autá sú zvyčajne 20-200 ah.

2. Sadzba náboja/výtoku

Predstavuje množstvo prúdu používaného na nabíjanie a vybíjanie, zvyčajne vypočítané ako násobok nominálnej kapacity batérie, ktorá sa bežne označuje ako niekoľko stupňov Celzia. Pre batériu s kapacitou 15 0 0MAH je 1c určený ako 1500 mAh. Ak sa vypustí pri 2 ° C, je vypustený s prúdom 3000 mA a nabije sa a vypúšťa sa pri 0,1 ° C, nabíja sa a vypúšťa sa prúdom 150 mA.

3. Napätie (OCV: napätie otvoreného obvodu)

Napätie batérie sa vo všeobecnosti týka nominálneho napätia (známeho tiež ako menovité napätie) lítiovej batérie. Nominálne napätie pravidelnej lítiovej batérie je zvyčajne 3,7 V a tiež označujeme jej napäťovú náhornú plošinu ako 3,7 V.

Ak má batéria kapacitu 20 ~ 80%, napätie sa koncentruje na približne 3,7 V (3,6 ~ 3,9 V) a ak je kapacita príliš vysoká alebo príliš nízka, napätie sa výrazne mení.

4. Energia/energia

Energia (E), ktorú môže batéria uvoľniť pri prepustení na určitú normu, sa meria v WH (Watt Hours) alebo KWH (kilowatthodin), s 1KWH =1 kWh.

E=u*i*t, rovná sa tiež vynásobeniu napätia batérie kapacitou batérie

Vzorec pre napájanie je, p=u*i=e/t, označuje množstvo energie, ktorú je možné uvoľniť na jednotkový čas. Jednotka je W (watts) alebo kw (kilowatts). Batéria s kapacitou 1500 mAh má zvyčajne nominálne napätie 3,7 V, čo zodpovedá energii 5,55Wh.

5. Odpor

Vzhľadom na to, že nabíjanie a vypúšťanie nemôže byť rovnocenné s ideálnym zdrojom energie, existuje určitý vnútorný odpor. Vnútorný odpor spotrebuje energiu, samozrejme, čím menší je vnútorný odpor, tým lepšie.

Jednotkou vnútorného odporu batérie je Milliohms (M Ω).

Vnútorný odpor typickej batérie sa skladá z ohmického odporu a odporu polarizácie a veľkosť vnútorného odporu je ovplyvnená materiálom, výrobným procesom a štruktúrou batérie.

6. Život v cykle

Nabíjanie a vypúšťanie batérie sa raz nazýva cyklus a životnosť cyklu je dôležitým ukazovateľom na meranie výkonnosti výdrže batérie.

Štandard IEC stanovuje, že lítiové batérie mobilného telefónu by sa mali vypúšťať z {{0}}. 2C až 3,0V a nabíjané od 1c do 4,2V. Po 500 cykloch by sa kapacita batérie mala udržiavať na 60% alebo viac počiatočnej kapacity. To znamená, že životnosť cyklu lítiových batérií je 500 -krát.

Podľa národného štandardu by sa kapacita po dobu 300 -krát mala udržiavať na 70% počiatočnej kapacity. Ak je kapacita batérie menšia ako 60% počiatočnej kapacity, všeobecne sa považuje za zošrotované.

7. Hĺbka výboja (DOD)

Definované ako percento kapacity uvoľnenej batériou na menovitú kapacitu.

Čím hlbšia je hĺbka lítiových batérií, tým kratšia je výdrž batérie.

8. Odrežte napätie

Ukončité napätie je rozdelené na nabíjanie ukončovacieho napätia a vypúšťania ukončenia napätia, čo znamená napätie, pri ktorom batéria nemôže pokračovať v nabíjaní alebo vybíjaní. Pokračovanie na nabíjanie alebo vypúšťanie pri ukončení napätia má významný vplyv na životnosť batérie.

Nabíjacie ukončovacie napätie lítiových batérií je zvyčajne 4,2 V a vypúšťanie ukončovacieho napätia je 3. 0 v.

Hlboké nabíjanie alebo vypúšťanie lítiových batérií nad rámec ukončenia je prísne zakázané.

9

Sadzba, pri ktorej sa kapacita batérie počas skladovania znižuje, vyjadrená ako percento poklesu kapacity na jednotku času.

Miera samoobsluhy typickej lítiovej batérie je 2% až 9% mesačne.

10. SOC (stav poplatku)

Vzťahuje sa na percento zostávajúceho napájania batérie celkového množstva energie, ktoré je možné vypustiť, v rozmedzí od 0 do 100%. Odráža zvyšnú úroveň batérie.

 

6, pomenovanie konvencie pre batérie

Rôzni výrobcovia majú rôzne konvencie pomenovávania, ale všetky univerzálne batérie sa riadia zjednoteným štandardom a veľkosť batérie je možné určiť podľa jej názvu.

Podľa IEC 61960 sú pravidlá pre valcové a štvorcové batérie nasledujúce:

1. Valcovitá batéria

3 písmená nasledovaných 5 čísel.

Tri písmená, prvé písmeno predstavuje záporný materiál elektród, I predstavuje prítomnosť vstavaných lítiových iónov a L predstavuje elektródu lítia alebo lítia; Druhé písmeno predstavuje pozitívny elektródový materiál, C predstavuje kobalt, n predstavuje nikel, M predstavuje mangán a V predstavuje vanadium; Tretie písmeno R predstavuje valcový tvar.

5 číslic, prvé 2 číslice predstavujú priemer a posledné 3 číslice predstavujú výšku, všetky v milimetroch.

2. Štvorcová batéria

3 písmená nasledovaných 6 čísel.

Tri písmená, prvé písmeno predstavuje záporný materiál elektród, I predstavuje prítomnosť vstavaných lítiových iónov a L predstavuje elektródu lítia alebo lítia; Druhé písmeno predstavuje pozitívny elektródový materiál, C predstavuje kobalt, n predstavuje nikel, M predstavuje mangán a V predstavuje vanadium; Tretie písmeno P predstavuje štvorec.

6 číslic, prvé 2 číslice predstavujú hrúbku, stredné 2 číslice predstavujú šírku a posledné 2 číslice predstavujú výšku (dĺžku), všetko v milimetroch.

Napríklad ICR 18650 je univerzálna valcová batéria s priemerom 18 mm a výškou 65 mm; ICP 053353 je štvorcová batéria s hrúbkou 5 mm, šírkou 33 mm a výškou (dĺžka) 53 mm.