Litijum-jonske litijum-jonske baterije. Litijum-jonske baterije

Različiti podtipovi litijum-jonskog elektrohemijskog sistema imenovani su prema vrsti njihove aktivne supstance, a mogu se označiti u celosti rečima ili u skraćenom obliku hemijskim formulama. Ono što je zajedničko litijumskim baterijama je da sve pripadaju zatvorene baterije bez održavanja. Takve formule nisu baš zgodne za čitanje ili pamćenje zbog njihove složenosti, pa su pojednostavljene u slovnu skraćenicu.

Na primjer, litijum kobaltit, jedan od najčešćih materijala za litijum jonske baterije, ima hemijsku formulu LiCoO2 i skraćenicu LCO. Zbog jednostavnosti, može se koristiti i kratki verbalni oblik „litijum kobalt“. Kobalt je glavna aktivna supstanca i po tome se karakteriše tip baterije. Drugi tipovi litijum-jonskih elektrohemijskih sistema su takođe na sličan način svedeni na kratku formu. IN ovaj odeljak Navedeno je šest najčešćih tipova Li-iona.

1. Litijum kobalt baterija (LiCoO2)

Visok specifični energetski intenzitet čini litijum-kobalt bateriju popularan izbor Za mobilni telefoni, laptop i digitalni fotoaparati. Baterija se sastoji od grafitne anode i katode od kobalt oksida. Katoda ima slojevitu strukturu i tokom pražnjenja, litijum joni se kreću na nju sa anode. Prilikom punjenja smjer se mijenja u suprotan. Nedostatak litijum-kobalt baterija je njihov relativno kratak vijek trajanja, niska termička stabilnost i ograničene mogućnosti opterećenje (gustina snage). Slika 1 prikazuje strukturu takve baterije.

Slika 1: Struktura litijum-kobalt baterije. Tokom pražnjenja, litijum joni se kreću od anode do katode, a tokom punjenja od katode do anode.

Litijum-kobaltna baterija ne može se puniti ili prazniti strujom većom od njene C-rated. To znači da se 18650 ćelija kapaciteta 2400 mAh može puniti ili prazniti strujom ne većom od 2400 mA. Forsiranje brzog punjenja ili povezivanje opterećenja koje zahtijeva više od 2400 mA rezultirat će nepotrebnim stresom i pregrijavanjem. Za brzo punjenje, proizvođači preporučuju C-ocenu od 0,8C ili oko 2000 mA. Kada koristite sistem zaštite baterije, on automatski ograničava punjenje i pražnjenje na bezbedan nivo- oko 1C.

Slika 2: Prosječna ocjena litijum-kobalt baterije. Litijum-kobalt elektrohemijski sistem ima visoku gustinu energije, ali nudi prosečnu gustinu snage, sigurnost i radni vek.

Tabela karakteristika

Tabela 3: Karakteristike litijum-kobalt baterije.

2. Litijum-mangan baterija (LiMn2O4)

Dizajn litijum-jonske baterije od mangana spinela prvi put je objavljen u časopisu Materials Research Bulletin 1983. godine. Godine 1996. Moli Energy je komercijalizirao litijum-jonsku ćeliju sa litijum-mangan spinelom kao katodnim materijalom. 3D struktura spinela poboljšava protok jona na elektrodi, što rezultira smanjenim unutrašnjim otporom i poboljšanim rukovanjem strujom. Još jedna prednost spinela je njegova visoka termička stabilnost, ali životni vijek i broj ciklusa su ograničeni.

Nizak unutrašnji otpor takve ćelije obezbeđuje brzo punjenje i visoka moguća vrijednost struje pražnjenja. U veličini 18650, litijum-manganska baterija može se prazniti strujom od 20-30 A uz umjereno stvaranje topline. Osim toga, sposoban je izdržati impulse do 50 A u trajanju od jedne do dvije sekunde. Kontinuirano opterećenje od 50 A dovest će do zagrijavanja baterije, koje ne smije prelaziti 80 °C kako bi se izbjegla degradacija. Litijum-manganske baterije se koriste za moćni alati, medicinske opreme, kao i u hibridnim i električnim vozilima.

Slika 4 daje grafičku ilustraciju trodimenzionalnog kristalnog okvira katodnog materijala. Ovaj materijal je spinel, u kojem se početna struktura rešetke u obliku dijamanta pretvara u trodimenzionalnu.

Slika 4: Struktura litijum-manganske baterije. Kristalna litijum-mangan spinel katoda ima trodimenzionalnu strukturu okvira koja se pojavljuje nakon početnog formiranja. Spinel pruža nisku otpornost, ali ima umjereniju gustoću energije od kobalta.

Kapacitet litijum-manganske baterije je za oko trećinu manji od litijum-kobalt baterije. Fleksibilnost dizajna omogućava optimizaciju baterije različite zadatke i kreirajte modele sa poboljšanom izdržljivošću, gustoćom snage ili gustinom energije. Na primjer, verzija 18650 sa poboljšanim nazivima snage ima kapacitet od samo 1100 mAh, dok ona optimizirana za kapacitet ima 1500 mAh.

Slika 5 prikazuje heksagonalni dijagram tipične litijum-manganske baterije. Performanse možda ne izgledaju posebno impresivno, ali najnoviji dizajni su poboljšali gustinu snage, sigurnost i životni vijek.

Slika 5: Karakteristike konvencionalne litijum-manganske baterije. Uprkos umjerenim ukupnim performansama, novi modeli pokazuju poboljšanu gustinu snage, sigurnost i dugovječnost.

Većina litijum-manganskih baterija se kombinuje sa litijum-nikl-mangan-kobalt (NMC) baterijama kako bi se poboljšala gustoća energije i produžio radni vek. Ovaj sindikat vam omogućava da koristite snage oba sistema i naziva se LMO (NMC). Upravo ove kombinovane baterije se koriste u većini električnih vozila kao što su Nissan Leaf, Chevy Volt i BMW i3. LMO dio takve baterije, koji iznosi oko 30%, obezbjeđuje visoke mogućnosti ubrzanja elektromotora, a NMC dio je odgovoran za količinu autonomnog dometa.

Istraživanja u litijum-jonskom sistemu su uglavnom težila kombinovanju litijum-mangan ćelija sa nikl-mangan-kobalt ćelijama. Ova tri aktivna metala mogu se lako kombinirati kako bi se postigao željeni rezultat, bilo da se radi o povećanju gustine snage, karakteristikama opterećenja ili trajanju baterije. Ovo širok raspon mogućnosti su neophodne da bi se zadovoljio jedinstveni tehnološki pristup i tržište potrošačkih baterija, gdje je kapacitet na prvom mjestu; i industrije, gdje su potrebni akumulatorski sistemi sa dobrim karakteristikama opterećenja, dugim vijekom trajanja i pouzdanim sigurnim radom.

Tabela karakteristika

Tabela 6: Specifikacije litijum-manganske baterije.

3. Litijum-nikl-mangan-kobalt oksidna baterija (LiNiMnCoO2 ili NMC)

Jedan od mnogih uspješne opcije Performanse litijum-jonskog elektrohemijskog sistema su kombinacija nikla, mangana i kobalta (NMC) u katodi. Slično litijum-mangan sistemima, ovi sistemi se mogu optimizovati za kapacitet ili snagu. Na primjer, NMC baterija veličine ćelije 18650 za umjereno opterećenje ima kapacitet od 2800 mAh i može osigurati struju od 4-5 A; i verzija u istoj standardnoj veličini, ali optimizirana za indikatore snage, ima kapacitet od samo 2000 mAh, ali mu je maksimalna struja pražnjenja 20 A. Indikator kapaciteta se može povećati na 4000 mAh ako se silicijum doda na anodu. Ali s druge strane, to će značajno smanjiti karakteristike opterećenja i izdržljivost takve baterije. Ovakva dvosmislena svojstva silicijuma nastaju zbog njegovog širenja i skupljanja tokom punjenja i pražnjenja, što dovodi do mehaničke nestabilnosti dizajna baterije.

Tajna NMC tehnologije je kombinacija nikla i mangana. Analogija može biti obična kuhinjska so, gde su pojedinačno njene komponente, natrijum i klor, veoma otrovne, ali njihova kombinacija čini korisnu nutritivnu supstancu. Nikl je poznat po svojoj visokoj gustoći energije, ali niskoj stabilnosti; mangan ima prednost spinelne strukture, koja pruža nizak unutrašnji otpor, ali dovodi i do mana - niskog specifičnog energetskog intenziteta. Kombinacija ovih metala omogućava vam da nadoknadite jedni druge nedostatke i u potpunosti iskoristite prednosti jedni drugih.

NMC baterije se koriste za teške alate, električne bicikle i druge aplikacije za napajanje. Sastav katode obično kombinuje nikl, mangan i kobalt jednaki dijelovi, odnosno svaki metal zauzima trećinu ukupne zapremine. Ova distribucija je poznata i kao 1-1-1. Kombinacija u ovom omjeru je povoljna zbog svoje cijene, jer je sadržaj skupog kobalta relativno mali u odnosu na druge verzije baterije. Još jedna uspješna NMC kombinacija sadrži 5 dijelova nikla, 3 dijela kobalta i 2 dijela mangana. Eksperimenti za pronalaženje uspješnih kombinacija ovih aktivnih tvari još uvijek traju. Slika 7 prikazuje karakteristike NMC baterije.

Slika 7: Procjena performansi NMC baterije. NMC ima dobre ukupne performanse i odličnu gustoću energije. Ova baterija je poželjan izbor za električna vozila i ima najviše nizak nivo samozagrijavanje.

IN U poslednje vreme Upravo NMC porodica litijum-jonskih baterija postaje najpopularnija, jer je zahvaljujući mogućnosti kombinovanja aktivnih supstanci postalo moguće konstruisati ekonomičnu bateriju sa dobrim performansama. Nikl, mangan i kobalt mogu se lako pomiješati kako bi se ispunili široki rasponi zahtjeva za električna vozila ili sisteme za skladištenje energije koji zahtijevaju redovnu vožnju biciklom. Porodica NMC baterija se aktivno razvija u svojoj raznolikosti.

Tabela karakteristika

Tabela 8: Karakteristike baterije litijum-nikl-mangan-kobalt oksida (NMC).

4. Litijum-gvozdeno-fosfatna baterija (LiFePO4)

Godine 1996. sprovedeno je istraživanje na Univerzitetu u Teksasu, koje je rezultiralo otkrićem novi materijal za katodu litijum jonska baterija- gvožđe fosfat. Litijum fosfatni sistem ima dobra elektrohemijska svojstva i niska unutrašnji otpor. Glavne prednosti takvih baterija su velika struja i dugoročno servis, a imaju i dobru termičku stabilnost, povećana sigurnost i otpornost na zloupotrebu.

Litijum fosfatne baterije su otpornije na prekomerno punjenje; ako se na njih primjenjuje visoki napon duže vrijeme, onda će posljedice degradacije biti znatno manje u odnosu na druge litijum-jonske baterije. Ali napon ćelije od 3,20 V smanjuje specifičnu gustoću energije na nivo čak niži nego kod litijum-manganske baterije. Za većinu električnih baterija, niske temperature smanjuju performanse, a visoke skraćuju životni vijek, a litijum fosfatni sistem nije izuzetak. Takođe ima veću stopu samopražnjenja od ostalih litijum-jonskih baterija. Slika 9 prikazuje karakteristike litijum fosfatne baterije.

Litijum fosfatne baterije se često koriste kao zamena za olovno-kiselinske starter baterije. Četiri ćelije takve baterije će osigurati napon od 12,8 V - sličan naponu šest dvovoltnih olovnih ćelija. Alternator vozila puni olovnu bateriju na 14,40 V (2,40 V po ćeliji). Za četiri litijum-fosfatne ćelije granični napon će biti 3,60V, nakon čega bi trebalo isključiti punjenje, što se ne dešava u normalnom vozilu. Litijum fosfatne baterije su otporne na prepunjavanje, ali čak i kada se čuvaju duže vreme visokog napona degradirati. Niske temperature također mogu predstavljati problem kada koristite litijum-fosfatnu bateriju kao zamjenu za običnu startersku bateriju.

Slika 9: Procjena performansi litijum-fosfatne baterije. Litijum fosfat elektrohemijski sistem pruža odličnu sigurnost i dugoročno servis, ali je specifični energetski intenzitet umjeren;

Tabela karakteristika

Najmodernije elektronskih uređaja, kao što su laptop, telefon ili plejer, opremljeni su litijum-jonskim baterijama, koje deluju kao autonomni izvori napajanja. Podaci jonske baterije razvijeni su relativno nedavno, ali su zbog svojih karakteristika stekli veliku popularnost među dizajnerima i proizvođačima gadgeta. Sada, pored raznih kućanskih aparata, mnogi alati za završnu obradu i popravku, odvijači ili mašine za rezanje opremljeni su takvim izvorima energije. Ovaj članak govori o tipovima litijum-jonskih baterija, njihovom opsegu primene i principima rada.

Vrste litijum-jonskih baterija

Punjive baterije, koje rade na principu skladištenja energije i distribucije do potrošenog uređaja, dolaze u nekoliko tipova, koje se mogu kombinovati u jednu litijumsku jonski blok. Ove baterije uključuju:

1. Litijum kobalt baterija. Takav uređaj se sastoji od grafitne anode i katode od kobalt oksida. Katoda ima strukturu ploča s prazninama između dijelova, tako da kada se troši energija, litijum joni se dovode do ploča sa anode, dolazi do elektromagnetne reakcije, a napon se primjenjuje na terminale. Nedostatak ovakvog sistema je slaba otpornost mehanizma na temperaturne promjene, jer se pri negativnim temperaturama baterija prazni, čak i ako nije priključena na potrošača. Prilikom punjenja proizvoda, smjer struje se mijenja, a litijevi joni prolaze kroz katode do anoda, akumuliraju se, a napon se povećava. Strogo je zabranjeno povezivanje Punjač na bateriju čiji je nazivni napon veći od napona dijela, inače se baterija može pregrijati, ploče će se otopiti i kućište će puknuti;
2. Litijum mangan baterija. Također se odnosi i na litijum-jonske baterije, čiji je radni medij napravljen od manganskog spinela u obliku trodimenzionalnih tunela u obliku krsta. Za razliku od kobaltnog sistema, ova vrsta baze obezbeđuje nesmetan prolaz litijum jona sa anode na katodu, a zatim na kontakte uređaja. Glavna prednost litijum-jonske manganske baterije je niska otpornost materijala, pa se takve baterije često koriste za hibridna vozila, alate koji troše veliku količinu struje ili u medicinskoj opremi koja radi autonomno. Baterija se tokom punjenja može zagrijati do 80 stepeni, a nazivna struja može biti do 20-30 Ampera. Ne preporučuje se izlaganje baterije strujnom naponu većem od 50A duže od dvije sekunde, inače se spineli mogu pregrijati i otkazati;

1. Litijum jonski punjive baterije sa gvozdenom fosfatnom katodom. Takva baterija je rijetka zbog relativno visoke cijene proizvodnje, njena konačna cijena je nešto viša od ostalih litijum-jonskih baterija. Fosfatna katoda ima velika prednost: ovo je vijek trajanja proizvoda i frekvencija punjenja koja značajno premašuje slične uređaje. Najčešće ove baterije imaju garanciju od 10 do 50 godina ili oko 500 ciklusa punjenja. Zbog takvih pokazatelja, baterije sa željeznim fosfatom se često koriste u industriji kada je potrebno dobiti visok izlazni napon;
2. Litijum-nikl-mangan-kobalt oksid ionske baterije. Ovo je najpraktičnije u smislu troškova proizvodnje i pouzdanosti gotov proizvod, kombinacija materijala za izradu katode. Zbog elektrohemijskih svojstava navedenih supstanci, katoda napravljena od njih ima niske vrednosti otpora, pa će tokom dužih perioda neaktivnosti baterije pražnjenje biti minimalno. Također, povećanjem veličine staklene ili katodne ćelije, možete povećati ukupan kapacitet baterije ili povećati napon. Tajna leži u kombinaciji mangana i nikla, koji, kada se pravilno kombinuju, stvaraju lanac sa visokim elektrohemijskim svojstvima;
3. Litijum titanatna baterija. Razvijen ranih 1980-ih, za razliku od jonskih baterija sa grafitnim jezgrom, katoda ovog uređaja je napravljena od nanokristala litijum titanata. Katoda napravljena od ovog materijala omogućava da se baterija napuni u kratkom vremenskom periodu i održava napon bez otpora. Ova jedinica se često koristi u autonomni sistemi ulična rasvjeta, kada je potrebno akumulirati energiju u kratkom vremenskom periodu i distribuirati je potrošaču dugo vremena. Nedostatak ovakvog sistema je relativno visoka cijena gotova baterija, ali se brzo isplati zbog produženog vijeka trajanja dijela.

Bitan! Sve navedene litijum-jonske baterije su baterije koje ne zahtevaju održavanje, tako da u slučaju oštećenja ili kvara neće biti moguće popraviti ili izvršiti servisne radove za dodavanje elektrolita. Svaka manipulacija otvaranja poklopca baterije će dovesti do uništenja ploča baterije i potpunog kvara.

Princip rada litijum-jonskih baterija

Sve litijum-jonske baterije imaju sličnu strukturu, koja ima nekoliko manjih razlika koje ne utječu na princip rada dijela. Vanjski omotač je izrađen od kompozitnog materijala, plastike ili tankog obojenog metala, što je vrlo rijetko. Najčešće se baterija sastoji od plastično kućište, metalne stezaljke za kontakt sa potrošačem i unutrašnje šipke sa pozitivnim i negativnim naponom. Interni litijum se puni spajanjem eksterni uređaj sa stabilnom strujom, ali svaki proizvod ima primarni naboj, koji nastaje zbog kemijske reakcije između anode i katode.

Procesi na negativnoj elektrodi, napravljenoj od ugljičnog materijala, koji ima izgled prirodnog slojevitog grafita, su nasumični električni nabijeni atomi koji se kreću kroz matricu bez gubitka napona. Svi pokazatelji u ovom sektoru su negativni.

Pozitivna elektroda litijumske baterije izrađena je isključivo od oksida kobalta ili nikla, kao i od litijum-manganskih spinela. Tokom pražnjenja, litijum joni se udaljavaju od ugljeničnog jezgra i nakon reakcije sa kiseonikom prodiru u katodu i izlete van, ali ne mogu napustiti telo baterije. Nabijeni litijevi joni gube napon i ostaju na površini anode sve dok se litijum ne napuni. Tokom punjenja, cijeli proces se odvija obrnutim redoslijedom.

Dizajn litijum jonske baterije

Kao alkalna baterija, litijumska baterija Proizvodi se u obliku cilindra ili može imati prizmatični oblik. U cilindričnoj bateriji, valjane elektrode se koriste kao jezgro, izolirane posebnom školjkom i postavljene u metalno kućište, koji je povezan s negativno nabijenim elementima. Da bi se održao polaritet, negativni kontakt se nalazi na dnu, a pozitivni kontakt je na vrhu dijela, a ovi elementi ne bi trebali dodirivati ​​jedan drugog, inače će struja cirkulirati kroz vodič, što će dovesti do spontanog pražnjenja.

Prizmatični oblik litijum-jonske baterije je prilično uobičajen. U ovom dizajnu, jezgro se formira slaganjem posebnih ploča jedna na drugu, koje se nalaze na minimalnoj udaljenosti jedna od druge. Ovaj sistem omogućava više specifikacije, ali zbog čvrstog prianjanja ploča dok se baterije pune, moguće je pregrijavanje jezgre i topljenje mreže, što dovodi do smanjenja produktivnosti dijela.

Često možete pronaći kombinovani sistem litijum-jonske baterije, kada se valjane elektrode formiraju u ovalni cilindar. Istovremeno se poštuju pravila glatkog prijelaza, a istovremeno ravan dio imitira oblik ploče. Takve baterije imaju karakteristike obje vrste proizvoda, njihov vijek trajanja je mnogo duži.

Tokom hemijske reakcije i rada baterije unutar kućišta nastaju gasovi koji sadrže štetne materije. Za brzo uklanjanje ovih para, u slučaju litijum-jonskih baterija postoji izlaz, koji je spojen na banke i promptno uklanja nakupljeni plin iz šupljine baterije. Neke baterije sa velike snage opremljen posebnim ventilom koji se aktivira prilikom kritičnog nakupljanja para.

Provjera litijum-jonske baterije

Litijumska punjenja unutar baterije zahtijevaju periodičnu provjeru, unatoč činjenici da se navedena baterija smatra neodržavanom, budući da je njeno kućište zapečaćeno, bateriju još uvijek treba provjeriti pomoću posebnog uređaja.

Pregled uvijek počinje vanjskim pregledom, tokom kojeg se tijelo dijela provjerava na pukotine i deformacije. Terminali baterije se također pregledavaju i čiste od oksidacije i drugih zagađivača.

Bitan! Potrebno je održavati bateriju čistom i izbjegavati kratki spoj kontakata, jer to može dovesti do potpunog pražnjenja baterije, vraćanje će biti vrlo problematično.

Za provjeru unutrašnjeg stanja jezgre koristi se utikač za opterećenje, koji se spaja na terminale i mjeri nazivni napon u mreži. Zatim se na bateriju vrši pražnjenje, a uređaj očitava indikatore zadržavanja struje unutar dijela. Važno je napomenuti da baterija mora biti potpuno napunjena u vrijeme testiranja, inače će očitanja biti netočna.

Primjena litijum-jonskih baterija

Litijum-jonske baterije se koriste u mnogim područjima u zavisnosti od njihove konfiguracije, oblika i nazivni napon. Najčešća upotreba baterija je u automobilskoj industriji, svako vozilo ima svoj izvor napajanja, koji je odgovoran za pokretanje automobila i obavljanje drugih funkcija.

Ove baterije se takođe koriste u mobilnih uređaja, laptopove i druge sprave. Dizajn takvih baterija je sličan automobilskim baterijama, jedina razlika su dimenzije proizvoda, koje mogu biti veličine kutije šibica.

Nedavno je postalo popularno uvođenje litijum-jonskih baterija u sisteme neprekidnog napajanja kod kuće i kao hitne izvore struje, dok je baterija stalno priključena na centralnu mrežu. Dok uređaji rade, baterija se puni iz obične elektrane, a kada se napajanje isključi, automatski počinje opskrbljivati ​​strujom potrošača. U tom slučaju, punjiva baterija mora biti pravilno postavljena i opremljena sistemima za zaštitu od pregrijavanja.

Video

Što je rasprostranjeno u modernom domaćinstvu elektronska tehnologija i nalazi svoju primenu kao izvor energije u električnim vozilima i sistemima za skladištenje energije u energetskim sistemima. Ovo je najviše popularan tip baterije u uređajima kao što su Mobiteli , laptopovi , električni automobili , digitalni fotoaparati I video kamere. Korporacija je objavila prvu litijum-jonsku bateriju Sony V 1991.

Karakteristike

U zavisnosti od elektrohemijskog kola, litijum-jonske baterije pokazuju sledeće karakteristike:

• Napon jednog elementa je 3,6 V.
• Maksimalni napon 4,2 V, minimalni 2,5–3,0 V. Uređaji za punjenje podržavaju napon u opsegu 4,05–4,2 V
• Gustoća energije: 110 … 230 W*h/kg
• Unutrašnji otpor: 5 … 15 mOhm/1Ah
• Broj ciklusa punjenja/pražnjenja dok se ne izgubi 20% kapaciteta: 1000-5000
• Brzo vrijeme punjenja: 15 min - 1 sat
• Samopražnjenje na sobnoj temperaturi: 3% mjesečno
• Current opterećenje u odnosu na kapacitet (C):
  • konstantna - do 65C, pulsna - do 500C
  • najprihvatljivije: do 1C
• Raspon radne temperature: -0 ... +60 °C (na temperaturama ispod nule, punjenje baterija nije moguće)

Uređaj

Litijum-jonska baterija se sastoji od elektroda (katodni materijal na aluminijskoj foliji i anodni materijal na bakrenoj foliji) razdvojenih poroznim separatorima impregniranim elektrolitom. Paket elektroda je smješten u zatvorenom kućištu, katode i anode su spojene na terminale strujnog kolektora. Kućište ima sigurnosni ventil koji oslobađa unutrašnji pritisak kada vanredne situacije i kršenje uslova rada. Litijum-jonske baterije razlikuju se u vrsti upotrijebljenog katodnog materijala. Nosač struje u litij-ionskoj bateriji je pozitivno nabijen litijum-ion, koji ima sposobnost da prodre (interkalira) u kristalnu rešetku drugih materijala (na primjer, u grafit, metalne okside i soli) kako bi formirao kemijsku vezu, na primjer: u grafit sa stvaranjem LiC6, oksida (LiMO 2) i soli (LiM RO N) metala. U početku je litijum metal korišćen kao negativne ploče, zatim ugljeni koks. Kasnije se počeo koristiti grafit. Donedavno su se litijum oksidi sa kobaltom ili manganom koristili kao pozitivne ploče, ali ih sve više zamenjuju litij ferofosfati, koji su se pokazali sigurnim, jeftinim i netoksičnim i mogu se reciklirati na ekološki prihvatljiv način. Litijum-jonske baterije se koriste u kombinaciji sa sistemom za nadzor i kontrolu - SKU ili BMS (baterija sistem upravljanja) i poseban uređaj za punjenje/pražnjenje. Trenutno se u masovnoj proizvodnji litijum-jonskih baterija koriste tri klase katodnih materijala: - litijum kobaltat LiCoO 2 i čvrsti rastvori na bazi njegovog izostrukturnog litijum nikelata - litijum mangan spinel LiMn 2 O 4 - litijum ferofosfat LiFePO 4. Elektrohemijska kola litijum-jonskih baterija: litijum-kobalt LiCoO2 + 6xC → Li1-xCoO2 + xLi+C6 litijum-ferofosfat LiFePO4 + 6xC → Li1-xFePO4 + xLi+C6

Zahvaljujući niskom samopražnjenju i veliki broj ciklusa punjenja-pražnjenja, Li-ion baterije su najpoželjnije za korištenje u alternativnoj energiji. Štaviše, pored BMS sistema (SKU), opremljeni su invertera(pretvarači napona).

Prednosti

• Visoka gustina energije.
• Nisko samopražnjenje.
• Odsutnost memorijski efekat.
• Nije potrebno održavanje.

Nedostaci

Li-jonske baterije prve generacije bile su izložene eksplozivnim efektima. To je objašnjeno činjenicom da su koristili litij metalnu anodu, na kojoj su tijekom više ciklusa punjenja/pražnjenja nastajale prostorne formacije (dendriti), što je dovelo do kratkog spoja elektroda i, kao rezultat, požara ili eksplozije. Ovaj problem je konačno riješen zamjenom materijala anode grafitom. Slični procesi su se desili na katodama litijum-jonskih baterija na bazi kobalt oksida kada su narušeni uslovi rada (prepunjenje). Litijum-ferofosfatne baterije su potpuno lišene ovih nedostataka. Osim toga, sve moderne litijum-jonske baterije imaju ugrađenu elektronsko kolo, koji sprečava prekomjerno punjenje i pregrijavanje zbog preintenzivnog punjenja.

Li-ion baterije sa nekontrolisanim pražnjenjem mogu imati kraći životni ciklus u poređenju sa drugim tipovima baterija. Kada se potpuno isprazne, litijum-jonske baterije gube sposobnost punjenja kada su povezane napon punjenja. Ovaj problem se može riješiti primjenom impulsa višeg napona, ali to negativno utiče na daljnje performanse litijum-jonskih baterija. Maksimalni rok„Vek trajanja“ litijum-jonske baterije se postiže ograničavanjem punjenja na 95% i pražnjenja na 15-20%. Ovaj način rada podržava BMS sistem za nadzor i kontrolu (SKU), koji je uključen u bilo koju litijum-jonsku bateriju.

Optimalni uslovi skladištenja za Li-ion baterije se postižu kada se napune na nivou od 40–70% kapaciteta baterije i na temperaturi od oko 5 °C. Gde niske temperature je više važan faktor za male gubitke kapaciteta na dugotrajno skladištenje. Prosječni vijek trajanja (servis) litijum-jonske baterije je u prosjeku 36 mjeseci, iako može biti u rasponu od 24 do 60 mjeseci.

Gubitak kapaciteta tokom skladištenja:

Prema svim važećim propisima za skladištenje i rad litijum-jonskih baterija, za dugotrajno skladištenje potrebno ih je puniti do 70% kapaciteta jednom svakih 6-9 meseci.

vidi takođe

Bilješke

Književnost

• Hrustalev D. A. Baterije. M: Izumrud, 2003.
• Yuri Filippovsky Mobilna hrana. Dio 2. (RU). ComputerLab (26. maj 2009.). - Detaljan članak o Li-ion baterijama Preuzeto 26. maja 2009.

Linkovi

• GOST 15596-82 Termini i definicije.
• GOST 61960-2007 Punjive i litijumske baterije
• Litijum-jonske i litijum-polimerske baterije. iXBT (2001)
• Domaće litijum-jonske baterije

Prvi eksperimenti za stvaranje litijum galvanskih ćelija zabilježeni su davne 1012. godine. Zaista ispravan model nastao je 1940. godine, prvi proizvodni primjerci (nepunjivi!) pojavili su se 70-ih godina, a trijumfalni pohod ovog tipa baterija počeo je početkom 90-ih, kada su Japanci Sony kompanija uspjeli ovladati njihovom komercijalnom proizvodnjom.

Trenutno se vjeruje da je ovo jedno od najperspektivnijih područja za stvaranje autonomnih električni izvori energije uprkos njihovoj prilično visokoj (na sadašnjem nivou) cijeni.

Glavna prednost ovog tipa baterija je velika gustoća energije (oko 100 W/sat po 1 kg težine) i mogućnost izvođenja velikog ciklusa punjenja/pražnjenja.

Novostvorene baterije također karakterizira tako odličan indikator kao mala brzina samopražnjenje (samo od 3 do 5% u prvom mjesecu, s naknadnim smanjenjem ovog pokazatelja). Ovo omogućava

I to nije sve - u poređenju sa široko rasprostranjenim Ni-Cd, nova šema sa istim dimenzijama, pruža tri puta veće performanse bez gotovo nikakvog negativnog memorijskog efekta.

Negativne karakteristike

litijum jonske baterije.

Prije svega, visoka cijena, potreba da se baterija drži u napunjenom stanju i takozvani “efekat starenja”, koji se manifestira čak i kada galvanska ćelija nije bila u upotrebi. Posljednje neugodno svojstvo očituje se u stalnom smanjenju kapaciteta, što nakon dvije godine može dovesti do potpunog kvara proizvoda.