Introducere în cunoașterea de bază a celulelor cu baterii de litiu

1, compoziția celulelor cu baterii de litiu

1. Materialul electrod pozitiv: compușii de litiu, cum ar fi oxidul de cobalt de litiu (Licoo ₂), oxidul de litiu mangan (Limn ₂ o ₄), fosfat de fier de litiu (Lifepo ₄) și materiale ternare (LixCoymnzo ₂) sunt utilizate în mod obișnuit. Diferite materiale pozitive cu electrod au caracteristici de performanță diferite. De exemplu, oxidul de cobalt de litiu are o densitate energetică ridicată, dar o siguranță relativ scăzută, în timp ce fosfatul de fier de litiu are o siguranță ridicată și o durată de viață lungă, dar densitate relativ redusă de energie.

2. Materialul cu electrod negativ: În general, din materiale de carbon, cum ar fi grafitul, funcția sa este de a stoca ioni de litiu în timpul încărcării și eliberarea ionilor de litiu în timpul descărcării. Materialele cu electrozi negativi includ, de asemenea, microsfere de carbon de fază intermediară, titanat de litiu etc.

3. Diafragmă: o peliculă poroasă care servește pentru a izola electrozii pozitivi și negativi, pentru a preveni scurtcircuitele și pentru a permite trecerea ionilor de litiu. Materialul diafragmei este de obicei o membrană poroasă poliolefină.

4. Electrolit: compus în principal din săruri de litiu (cum ar fi LiPF -ul de litiu hexafluorofosfat ₆) și solvenți organici, responsabili de conducerea ionilor de litiu între electrozii pozitivi și negativi. Electrolitul poate fi lichid sau gel.

5. Shell: Shell-ul bateriei poate fi confecționat din oțel, aluminiu, fier placat cu nichel sau film din plastic din aluminiu. Învelișul include, de asemenea, un capac pentru baterie, care servește ca ieșire pentru electrozii pozitivi și negativi.

 

2, Principiul de lucru al celulelor bateriei cu litiu

În timpul încărcării, ionii de litiu sunt eliberați din materialul electrodului pozitiv, trec prin electrolit prin separator și încorporate în materialul cu electrod negativ; În timpul descărcării, ionii de litiu sunt eliberați din materialul cu electrod negativ, trec prin electrolit prin separator și revin la materialul pozitiv al electrodului, generând curent în acest proces.

 

3, Clasificarea celulelor bateriei cu litiu

 

1. Clasificată după aspect: baterie de litiu pătrată, baterie cilindrică de litiu, bateria de litiu cu pachet soft;

2. Clasificat prin externalizarea materialelor: baterii de litiu din aluminiu, baterii cu litiu cu coajă de oțel și baterii cu pachete moi;

3. Clasificat prin material electrod pozitiv: oxid de cobalt de litiu (LICOO2), oxid de mangan de litiu (LIMN2O4), litiu tern (LixCoyMnzo2), fosfat de fier de litiu (LifePO4);

4. Clasificat după starea electrolitică: baterii cu ioni litiu (LIB) și baterii polimerice (PLB);

5. Clasificat după scop: baterii obișnuite și baterii de alimentare.

6. Clasificate după caracteristici de performanță: baterii de mare capacitate, baterii cu viteză ridicată, baterii cu temperaturi ridicate, baterii la temperaturi scăzute etc.

 

4, Caracteristicile celulelor bateriei cu litiu

1. Densitatea energetică ridicată: celulele cu baterii de litiu pot stoca mai multă energie, permițând bateriilor de litiu să aibă o putere de energie mai mare decât alte tipuri de baterii la același volum sau greutate.

2. Durata de viață lungă: după mai multe cicluri de încărcare și descărcare, poate menține în continuare performanțe bune, ajungând în general la sute sau chiar mii de cicluri.

3. Rata scăzută de descărcare de sine: Când nu este utilizată, viteza de auto -descărcare este lentă și poate menține puterea mult timp.

4. Protecția mediului: nu conține metale grele, cum ar fi mercur și cadmiu și este relativ ecologic.

 

5, Explicația termenilor comuni

1. Capacitate

Se referă la cantitatea de energie electrică care poate fi obținută de la litiu într -o baterie în anumite condiții de descărcare. Formula pentru capacitatea bateriei este Q=i * t, măsurată în coulombs. Unitatea de capacitate a unei baterii este specificată ca AH (ampere oră) sau mah (ora miliampere), ceea ce înseamnă că o baterie de 1AH poate fi descărcată timp de 1 oră cu un curent de 1A atunci când este complet încărcat.

Anterior, bateria vechilor telefoane ale Nokia (cum ar fi BL -5 c) era de obicei 500mAh. În zilele noastre, bateria smartphone -urilor este 800-1900 Mah, bicicletele electrice sunt de obicei 10-20 ah, iar mașinile electrice sunt de obicei 20-200 ah.

2. Rata de încărcare/rata de descărcare

Reprezintă cantitatea de curent utilizată pentru încărcare și descărcare, calculată de obicei ca un multiplu al capacității nominale a bateriei, denumită în mod obișnuit mai multe grade Celsius. Pentru o baterie cu o capacitate de 15 0 0mAh, 1C este specificat ca 1500mAh. Dacă este externat la 2C, acesta este externat cu un curent de 3000mA și încărcat și externat la 0,1C, este încărcat și externat cu un curent de 150mA.

3. Tensiune (OCV: tensiune de circuit deschis)

Tensiunea unei baterii se referă, în general, la tensiunea nominală (cunoscută și sub denumirea de tensiune nominală) a unei baterii de litiu. Tensiunea nominală a unei baterii obișnuite de litiu este în general de 3,7V și ne referim și la platoul său de tensiune ca 3,7V.

Când bateria are o capacitate de 20 ~ 80%, tensiunea este concentrată la aproximativ 3,7V (3,6 ~ 3,9V), iar dacă capacitatea este prea mare sau prea mică, tensiunea se schimbă foarte mult.

4. Energie/putere

Energia (e) pe care o baterie o poate elibera atunci când este evacuată la un anumit standard este măsurată în wh (watt ore) sau kwh (kilowatt ore), cu 1kwh =1 kWh.

E=u*i*t, este, de asemenea, egal cu înmulțirea tensiunii bateriei cu capacitatea bateriei

Formula pentru putere este, p=u*i=e/t, indică cantitatea de energie care poate fi eliberată pe unitatea de timp. Unitatea este W (watts) sau KW (kilowatts). O baterie cu o capacitate de 1500mAh are de obicei o tensiune nominală de 3,7V, corespunzând unei energii de 5,55Wh.

5. Rezistență

Datorită faptului că încărcarea și descărcarea nu pot fi echivalente cu o sursă de putere ideală, există o anumită rezistență internă. Rezistența internă consumă energie, desigur, cu cât rezistența internă este mai mică, cu atât mai bună.

Unitatea de rezistență internă a bateriei este miliohms (M Ω).

Rezistența internă a unei baterii tipice este compusă din rezistență ohmică și rezistență la polarizare, iar amploarea rezistenței interne este influențată de materialul, procesul de fabricație și structura bateriei.

6. Viața ciclului

Încărcarea și descărcarea unei baterii o dată se numește ciclu, iar durata de viață a ciclului este un indicator important pentru a măsura performanța duratei de viață a bateriei.

Standardul IEC prevede că bateriile de litiu pentru telefonul mobil ar trebui descărcate de la {{0}}. 2c la 3.0V și încărcate de la 1C la 4.2V. După 500 de cicluri, capacitatea bateriei trebuie menținută la 60% sau mai mult din capacitatea inițială. Adică, durata de viață a bateriilor cu litiu este de 500 de ori.

Conform standardului național, după o durată de viață de 300 de ori, capacitatea trebuie menținută la 70% din capacitatea inițială. Dacă capacitatea bateriei este mai mică de 60% din capacitatea inițială, în general este considerată a fi casată.

7. Adâncimea de descărcare (DOD)

Definit ca procentul capacității eliberate de bateria către capacitatea nominală.

Cu cât este mai profundă adâncimea de descărcare a bateriilor de litiu, cu atât durata de viață a bateriei este mai scurtă.

8. Tăiați tensiunea

Tensiunea de terminare este împărțită în tensiunea de terminare de încărcare și tensiunea de terminare de descărcare, ceea ce înseamnă tensiunea la care bateria nu poate continua să se încarce sau să se descarce. Continuarea încărcării sau descărcării la tensiunea de terminare are un impact semnificativ asupra duratei de viață a bateriei.

Tensiunea de terminare de încărcare a bateriilor de litiu este în general de 4,2V, iar tensiunea de terminare de descărcare este 3. 0 v.

Încărcarea profundă sau descărcarea bateriilor de litiu dincolo de tensiunea de terminare este strict interzisă.

9. Rata de descărcare de sine

Rata cu care capacitatea unei baterii scade în timpul depozitării, exprimată ca procent din scăderea capacității pe unitatea de timp.

Rata de descărcare de sine a unei baterii tipice de litiu este de 2% până la 9% pe lună.

10. SOC (stat de taxă)

Se referă la procentul de putere a bateriei rămase la cantitatea totală de energie care poate fi descărcată, variind de la 0 la 100%. Reflectați nivelul rămașului bateriei.

 

6, denumirea convenției pentru baterii

Diferiți producători au convenții de denumire diferite, dar bateriile universale respectă toate un standard unificat, iar dimensiunea bateriei poate fi determinată cu numele acesteia.

Conform IEC 61960, regulile pentru bateriile cilindrice și pătrate sunt următoarele:

1. Baterie cilindrică

3 litere urmate de 5 numere.

Trei litere, prima literă reprezintă materialul cu electrod negativ, i reprezintă prezența ionilor de litiu încorporați, iar L reprezintă electrodul de litiu sau electrod din aliaj de litiu; A doua literă reprezintă materialul pozitiv al electrodului, C reprezintă cobalt, n reprezintă nichel, M reprezintă mangan, iar V reprezintă vanadiu; A treia literă, R, reprezintă o formă cilindrică.

5 cifre, primele 2 cifre reprezintă diametrul, iar ultimele 3 cifre reprezintă înălțime, toate în milimetri.

2. Bateria pătrată

3 litere urmate de 6 numere.

Trei litere, prima literă reprezintă materialul cu electrod negativ, i reprezintă prezența ionilor de litiu încorporați, iar L reprezintă electrodul de litiu sau electrod din aliaj de litiu; A doua literă reprezintă materialul pozitiv al electrodului, C reprezintă cobalt, n reprezintă nichel, M reprezintă mangan, iar V reprezintă vanadiu; A treia literă P reprezintă un pătrat.

6 cifre, primele 2 cifre reprezintă grosime, cele 2 cifre din mijloc reprezintă lățimea, iar ultimele 2 cifre reprezintă înălțimea (lungimea), toate în milimetri.

De exemplu, ICR 18650 este o baterie cilindrică universală cu un diametru de 18 mm și o înălțime de 65 mm; ICP 053353 este o baterie pătrată cu o grosime de 5mm, o lățime de 33 mm și o înălțime (lungime) de 53mm.