Batterie agli ioni di litio. Batterie agli ioni di litio

I diversi sottotipi del sistema elettrochimico agli ioni di litio sono denominati in base al tipo del loro principio attivo e possono essere designati per intero con parole o in forma abbreviata con formule chimiche. Ciò che hanno in comune le batterie al litio è che appartengono tutte a batterie sigillate esenti da manutenzione. Tali formule non sono molto comode da leggere o ricordare a causa della loro complessità, quindi sono semplificate in un'abbreviazione di lettere.

Ad esempio, il litio cobaltite, uno dei materiali più comuni per il litio batterie agli ioni, ha la formula chimica LiCoO2 e la sigla LCO. Per ragioni di semplicità si può utilizzare anche la forma verbale breve “litio cobalto”. Il cobalto è il principio attivo principale ed è da questo che si caratterizza la tipologia di batteria. Anche altri tipi di sistemi elettrochimici agli ioni di litio sono ridotti in modo simile a una forma breve. IN questa sezione Vengono elencati i sei tipi più comuni di ioni di litio.

1. Batteria al litio cobalto (LiCoO2)

L'elevata intensità energetica specifica rende la batteria al litio-cobalto scelta popolare Per cellulari, laptop e fotocamere digitali. La batteria è costituita da un anodo di grafite e un catodo di ossido di cobalto. Il catodo ha una struttura a strati e durante la scarica gli ioni di litio si muovono verso di esso dall'anodo. Durante la ricarica, la direzione cambia nella direzione opposta. Lo svantaggio delle batterie al litio-cobalto è la loro durata relativamente breve, bassa stabilità termica e opportunità limitate carico (densità di potenza). La Figura 1 mostra la struttura di tale batteria.

Figura 1: Struttura di una batteria al litio-cobalto. Durante la scarica, gli ioni di litio si spostano dall'anodo al catodo e durante la carica dal catodo all'anodo.

Una batteria al litio-cobalto non può essere caricata o scaricata con una corrente superiore alla sua Classe C. Ciò significa che una cella 18650 con una capacità di 2400 mAh può essere caricata o scaricata con una corrente non superiore a 2400 mA. Forzare una carica rapida o collegare un carico che richiede più di 2400 mA comporterà stress eccessivo e surriscaldamento. Per la ricarica rapida, i produttori consigliano un rating C di 0,8 C o circa 2000 mA. Quando si utilizza il sistema di protezione della batteria, limita automaticamente la carica e la scarica a livello di sicurezza- circa 1C.

Figura 2: Potenza nominale media della batteria al litio-cobalto. Il sistema elettrochimico al litio-cobalto ha un'elevata densità di energia, ma offre densità di potenza, sicurezza e durata media.

Tabella delle caratteristiche

Tabella 3: Caratteristiche della batteria al litio-cobalto.

2. Batteria al litio manganese (LiMn2O4)

Il progetto di una batteria agli ioni di litio con spinello di manganese è stato pubblicato per la prima volta sulla rivista Materials Research Bulletin nel 1983. Nel 1996, Moli Energy ha commercializzato una cella agli ioni di litio con spinello di litio e manganese come materiale catodico. La struttura dello spinello 3D migliora il flusso ionico sull'elettrodo, con conseguente riduzione della resistenza interna e migliore gestione della corrente. Un altro vantaggio dello spinello è la sua elevata stabilità termica, ma la durata e il numero di cicli sono limitati.

Fornisce la bassa resistenza interna di tale cella ricarica rapida e alto valore possibile della corrente di scarica. Nella dimensione 18650, la batteria al litio manganese può essere scaricata con una corrente di 20-30 A con moderato sviluppo di calore. Inoltre è in grado di sopportare impulsi fino a 50 A per uno o due secondi. Un carico continuo di 50 A porterà al riscaldamento della batteria, che non dovrebbe superare gli 80°C per evitarne il degrado. Vengono utilizzate batterie al litio manganese strumenti potenti, apparecchiature mediche e veicoli ibridi ed elettrici.

La Figura 4 fornisce un'illustrazione grafica della struttura cristallina tridimensionale del materiale catodico. Questo materiale è lo spinello, in cui la struttura reticolare iniziale a forma di diamante si trasforma in tridimensionale.

Figura 4: struttura della batteria al litio manganese. Il catodo cristallino di spinello di litio e manganese ha una struttura strutturale tridimensionale che appare dopo la formazione iniziale. Lo spinello fornisce una bassa resistenza ma ha una densità energetica più moderata rispetto al cobalto.

La capacità di una batteria al litio-manganese è circa un terzo inferiore a quella di una batteria al litio-cobalto. La flessibilità del design consente di ottimizzare la batteria compiti diversi e creare modelli con durata, densità di potenza o densità di energia migliorate. Ad esempio, la versione 18650 con potenza migliorata ha una capacità di soli 1100 mAh, mentre quella ottimizzata per la capacità ha 1500 mAh.

La Figura 5 mostra un diagramma esagonale di una tipica batteria al litio manganese. Le prestazioni potrebbero non sembrare particolarmente impressionanti, ma i progetti più recenti hanno migliorato la densità di potenza, la sicurezza e l'aspettativa di vita.

Figura 5: Caratteristiche di una batteria al litio manganese convenzionale. Nonostante le prestazioni complessive moderate, i nuovi modelli dimostrano una migliore densità di potenza, sicurezza e longevità.

La maggior parte delle batterie al litio manganese sono combinate con batterie al litio nichel manganese cobalto (NMC) per migliorare la densità energetica e prolungare la durata. Questa unione ti consente di utilizzare punti di forza entrambi i sistemi e si chiama LMO (NMC). Sono queste batterie combinate che vengono utilizzate nella maggior parte dei veicoli elettrici come Nissan Leaf, Chevy Volt e BMW i3. La parte LMO di tale batteria, pari a circa il 30%, fornisce le elevate capacità di accelerazione del motore elettrico, mentre la parte NMC è responsabile dell’autonomia autonoma.

La ricerca sul sistema agli ioni di litio si è in gran parte orientata verso la combinazione di celle al litio-manganese con celle al nichel-manganese-cobalto. Questi tre metalli attivi possono essere facilmente combinati per ottenere il risultato desiderato, sia che si tratti di aumentare la densità di potenza, le caratteristiche di carico o la durata della batteria. Questo vasta gamma sono necessarie opportunità per soddisfare un approccio tecnologico unificato e il mercato delle batterie consumer, dove la capacità viene prima di tutto; e l'industria, dove sono necessari sistemi di batterie con buone caratteristiche di carico, lunga durata e funzionamento affidabile e sicuro.

Tabella delle caratteristiche

Tabella 6: Specifiche della batteria al litio manganese.

3. Batteria al litio-nichel-manganese-ossido-di-cobalto (LiNiMnCoO2 o NMC)

Una delle più opzioni di successo La prestazione del sistema elettrochimico agli ioni di litio è data dalla combinazione di nichel, manganese e cobalto (NMC) nel catodo. Simili ai sistemi al litio manganese, questi sistemi possono essere ottimizzati per capacità o potenza. Ad esempio, una batteria NMC con celle di dimensione 18650 per carico moderato ha una capacità di 2800 mAh e può fornire una corrente di 4-5 A; e la versione con le stesse dimensioni standard, ma ottimizzata per gli indicatori di potenza, ha una capacità di soli 2000 mAh, ma la sua corrente di scarica massima è di 20 A. L'indicatore di capacità può essere aumentato a 4000 mAh se si aggiunge silicio all'anodo. D'altra parte, ciò ridurrà significativamente le caratteristiche di carico e la durata di tale batteria. Tali proprietà ambigue del silicio sono dovute alla sua espansione e contrazione durante la carica e la scarica, che portano all'instabilità meccanica della struttura della batteria.

Il segreto della tecnologia NMC è la combinazione di nichel e manganese. Un'analogia può essere il normale sale da cucina, dove individualmente i suoi componenti, sodio e cloro, sono molto tossici, ma la loro combinazione forma una sostanza nutritiva utile. Il nichel è noto per la sua elevata densità di energia ma bassa stabilità; Il manganese ha il vantaggio di una struttura a spinello, che fornisce una bassa resistenza interna, ma comporta anche uno svantaggio: una bassa intensità energetica specifica. La combinazione di questi metalli consente di compensare i reciproci difetti e di sfruttare appieno i reciproci punti di forza.

Le batterie NMC vengono utilizzate per utensili pesanti, biciclette elettriche e altre applicazioni di potenza. La composizione del catodo combina tipicamente nichel, manganese e cobalto parti uguali, cioè ogni metallo occupa un terzo del volume totale. Questa distribuzione è anche conosciuta come 1-1-1. La combinazione in questo rapporto è vantaggiosa per il suo costo, poiché il contenuto del costoso cobalto è relativamente piccolo rispetto ad altre versioni della batteria. Un'altra combinazione NMC di successo contiene 5 parti di nichel, 3 parti di cobalto e 2 parti di manganese. Gli esperimenti per trovare combinazioni efficaci di questi principi attivi sono ancora in corso. La Figura 7 mostra le caratteristiche della batteria NMC.

Figura 7: Valutazione delle prestazioni della batteria NMC. NMC ha buone prestazioni complessive e un'eccellente densità energetica. Questa batteria è la scelta preferita per i veicoli elettrici e ne ha di più basso livello riscaldamento autonomo.

IN UltimamenteÈ la famiglia di batterie agli ioni di litio NMC che sta diventando la più apprezzata, poiché grazie alla possibilità di combinare sostanze attive è diventato possibile costruire una batteria economica con buone prestazioni. Nichel, manganese e cobalto possono essere facilmente miscelati per soddisfare un'ampia gamma di requisiti per veicoli elettrici o sistemi di stoccaggio dell'energia che richiedono cicli regolari. La famiglia di batterie NMC si sta sviluppando attivamente nella sua diversità.

Tabella delle caratteristiche

Tabella 8: Caratteristiche della batteria al litio nichel manganese cobalto ossido (NMC).

4. Batteria al litio ferro fosfato (LiFePO4)

Nel 1996 è stata condotta una ricerca presso l'Università del Texas, che ha portato alla scoperta nuovo materiale per catodo batteria agli ioni di litio- fosfato di ferro. Il sistema al fosfato di litio ha buone proprietà elettrochimiche e basse resistenza interna. I principali vantaggi di tali batterie sono l'alta corrente e lungo termine servizio e hanno anche una buona stabilità termica, maggiore sicurezza e resistenza all'uso improprio.

Le batterie al litio fosfato sono più resistenti al sovraccarico; se viene applicata l'alta tensione per un lungo periodo, le conseguenze del degrado saranno notevolmente inferiori rispetto ad altre batterie agli ioni di litio. Ma la tensione della cella di 3,20 V riduce la densità energetica specifica ad un livello addirittura inferiore a quello di una batteria al litio-manganese. Per la maggior parte delle batterie elettriche, le temperature fredde riducono le prestazioni e le temperature calde accorciano la durata, e il sistema al fosfato di litio non fa eccezione. Ha anche un tasso di autoscarica più elevato rispetto ad altre batterie agli ioni di litio. La Figura 9 mostra le caratteristiche di una batteria al litio fosfato.

Le batterie al litio fosfato vengono spesso utilizzate in sostituzione delle batterie di avviamento al piombo-acido. Quattro celle di tale batteria forniranno una tensione di 12,8 V, simile alla tensione di sei celle al piombo da due volt. L'alternatore del veicolo ricarica la batteria al piombo a 14,40 V (2,40 V per cella). Per quattro celle al fosfato di litio, la tensione limite sarà di 3,60 V, dopodiché bisognerà interrompere la ricarica, cosa che non avviene in un normale veicolo. Le batterie al litio fosfato sono resistenti al sovraccarico, ma anche se conservate per lungo tempo alta tensione degradare. Anche le basse temperature possono rappresentare un problema quando si utilizza una batteria al litio fosfato in sostituzione di una normale batteria di avviamento.

Figura 9: Valutazione delle prestazioni della batteria al litio fosfato. Il sistema elettrochimico al fosfato di litio offre un'eccellente sicurezza e lungo termine servizio, ma l’intensità energetica specifica è moderata; da notare anche l’elevata autoscarica.

Tabella delle caratteristiche

Il più moderno dispositivi elettronici, come un laptop, un telefono o un lettore, sono dotati di batterie agli ioni di litio, che fungono da fonti di energia autonome. Dati batterie agli ioni sono stati sviluppati relativamente di recente, ma grazie alle loro caratteristiche hanno guadagnato grande popolarità tra designer e produttori di gadget. Ora, oltre a vari elettrodomestici, molti utensili di finitura e riparazione, cacciaviti o macchine da taglio sono dotati di tali fonti di alimentazione. Questo articolo discute i tipi di batterie agli ioni di litio, il loro ambito di applicazione e i principi di funzionamento.

Tipi di batterie agli ioni di litio

Le batterie ricaricabili, che funzionano secondo il principio di immagazzinamento di energia e di distribuzione al dispositivo consumato, sono disponibili in diversi tipi, che possono essere combinati in un unico litio blocco ionico. Queste batterie includono:

1. Batteria al litio cobalto. Tale dispositivo è costituito da un anodo di grafite e un catodo di ossido di cobalto. Il catodo ha una struttura a piastre con spazi tra le parti, quindi quando si consuma energia, gli ioni di litio vengono forniti alle piastre dall'anodo, si verifica una reazione elettromagnetica e viene applicata tensione ai terminali. Lo svantaggio di un tale sistema è la scarsa resistenza del meccanismo alle variazioni di temperatura, poiché a temperature negative la batteria si scarica, anche se non è collegata a un consumatore. Durante la ricarica del prodotto, la direzione della corrente cambia e gli ioni di litio fluiscono attraverso i catodi verso gli anodi, si accumulano e la tensione aumenta. È severamente vietato connettersi Caricabatterie a una batteria la cui tensione nominale è superiore a quella del componente, altrimenti la batteria potrebbe surriscaldarsi, le piastre si scioglieranno e la custodia si romperà;
2. Batteria al litio manganese. Vale anche per le batterie agli ioni di litio, il cui mezzo di lavoro è costituito da spinello di manganese sotto forma di tunnel tridimensionali a forma di croce. A differenza del sistema al cobalto, questo tipo di base garantisce il passaggio senza ostacoli degli ioni di litio dall'anodo al catodo e quindi ai contatti del dispositivo. Il vantaggio principale della batteria agli ioni di litio e manganese è la bassa resistenza del materiale, quindi tali batterie vengono spesso utilizzate per veicoli ibridi, strumenti che consumano una grande quantità di corrente o in apparecchiature mediche che funzionano in modo autonomo. La batteria può essere riscaldata fino a 80 gradi durante la ricarica e la corrente nominale può arrivare fino a 20-30 Ampere. Si sconsiglia di esporre la batteria ad una tensione di corrente superiore a 50A per più di due secondi, altrimenti gli spinelli potrebbero surriscaldarsi e guastarsi;

1. Ioni di litio batterie ricaricabili con un catodo di fosfato di ferro. Una batteria del genere è rara a causa del costo di produzione relativamente elevato, il suo prezzo finale è leggermente superiore rispetto ad altre batterie agli ioni di litio. Il catodo fosfato ha grande vantaggio: si tratta della durata del prodotto e della frequenza di ricarica che supera notevolmente dispositivi simili. Molto spesso queste batterie hanno una garanzia da 10 a 50 anni o circa 500 cicli di ricarica. A causa di tali indicatori, le batterie al fosfato di ferro vengono spesso utilizzate nell'industria quando è necessario ottenere un'elevata tensione di uscita;
2. Batterie agli ioni di litio nichel manganese ossido di cobalto. Questo è il più pratico in termini di costi di produzione e affidabilità prodotto finito, una combinazione di materiali per realizzare il catodo. A causa delle proprietà elettrochimiche delle sostanze elencate, il catodo da esse costituito ha bassi valori di resistenza, quindi durante lunghi periodi di inattività della batteria, la scarica sarà minima. Inoltre, aumentando le dimensioni della cella di vetro o del catodo, è possibile aumentare la capacità totale della batteria o aumentare la tensione. Il segreto sta nella combinazione di manganese e nichel che, combinati correttamente, creano una catena dalle elevate proprietà elettrochimiche;
3. Batteria al titanato di litio. Sviluppato all'inizio degli anni '80, a differenza delle batterie agli ioni con nucleo in grafite, il catodo di questo dispositivo è costituito da nanocristalli di titanato di litio. Un catodo realizzato con questo materiale consente di ricaricare la batteria in un breve periodo di tempo e mantiene la tensione con resistenza pari a zero. Questa unità viene spesso utilizzata in sistemi autonomi illuminazione stradale, quando è necessario accumulare energia in un breve periodo di tempo e distribuirla al consumatore per molto tempo. Lo svantaggio di un tale sistema è il costo relativamente elevato batteria finita, ma si ripaga rapidamente grazie alla maggiore durata del componente.

Importante! Tutte le batterie agli ioni di litio elencate sono batterie esenti da manutenzione, pertanto in caso di danni o guasti non sarà possibile riparare o eseguire interventi di assistenza per aggiungere elettrolito. Qualsiasi manipolazione per aprire il coperchio della batteria porterà alla distruzione delle piastre della batteria e al completo guasto.

Principio di funzionamento delle batterie agli ioni di litio

Tutte le batterie agli ioni di litio hanno una struttura simile, che presenta alcune piccole differenze che non influiscono sul principio di funzionamento del componente. Il guscio esterno è realizzato in materiale composito, plastica o metallo non ferroso sottile, cosa molto rara. Molto spesso, la batteria è composta da contenitore di plastica, terminali metallici per il contatto con il consumatore e aste interne con tensione positiva e negativa. Il litio interno viene caricato collegandosi dispositivo esterno con una corrente stabile, ma ogni prodotto ha una carica primaria, che avviene a causa di una reazione chimica tra anodo e catodo.

I processi sull'elettrodo negativo, realizzato in materiale carbonioso, che ha l'aspetto di grafite stratificata naturale, sono casuali; gli atomi elettricamente carichi si muovono attraverso la matrice senza perdere tensione. Tutti gli indicatori in questo settore sono negativi.

L'elettrodo positivo di una batteria al litio è costituito esclusivamente da ossidi di cobalto o nichel e da spinelli di litio e manganese. Durante la scarica, gli ioni di litio si allontanano dal nucleo di carbonio e, dopo aver reagito con l'ossigeno, penetrano nel catodo e fuoriescono, ma non riescono a lasciare il corpo della batteria. Gli ioni di litio carichi perdono la loro tensione e rimangono sulla superficie dell'anodo finché il litio non viene caricato. Durante la ricarica, l'intero processo avviene in ordine inverso.

Design della batteria agli ioni di litio

Essendo una batteria alcalina, batteria al litio Viene prodotto sotto forma di cilindro o può avere forma prismatica. In una batteria cilindrica, gli elettrodi arrotolati vengono utilizzati come nucleo, isolati con un guscio speciale e inseriti custodia in metallo, che è associato ad elementi caricati negativamente. Per mantenere la polarità, il contatto negativo si trova nella parte inferiore e il contatto positivo nella parte superiore della parte e questi elementi non devono toccarsi, altrimenti la corrente circolerà attraverso il conduttore, provocando una scarica spontanea.

La forma prismatica di una batteria agli ioni di litio è abbastanza comune. In questo progetto, il nucleo è formato impilando piastre speciali una sopra l'altra, che si trovano a una distanza minima l'una dall'altra. Questo sistema consente una maggiore specifiche, ma a causa della stretta aderenza delle piastre durante la ricarica delle batterie, è possibile il surriscaldamento del nucleo e lo scioglimento della rete, il che porta ad una diminuzione della produttività della parte.

Spesso puoi trovare sistema combinato Dispositivi con batteria agli ioni di litio, quando gli elettrodi arrotolati sono formati in un cilindro ovale. Allo stesso tempo, vengono osservate le regole della transizione graduale e, allo stesso tempo, la sezione diritta imita la forma della piastra. Tali batterie hanno le caratteristiche di entrambi i tipi di prodotti, la loro durata è molto più lunga.

Durante la reazione chimica e il funzionamento della batteria, all'interno dell'involucro si formano gas che contengono sostanze nocive. Per rimuovere rapidamente questi vapori, nel caso delle batterie agli ioni di litio è presente un'uscita, che è collegata ai banchi e rimuove prontamente il gas accumulato dalla cavità della batteria. Alcune batterie con ad alta potenza dotato di una valvola speciale che si attiva durante un accumulo critico di vapori.

Controllo della batteria agli ioni di litio

Le cariche di litio all'interno della batteria richiedono un controllo periodico, nonostante la batteria specificata sia considerata esente da manutenzione, poiché il suo involucro è sigillato, la batteria deve comunque essere controllata utilizzando un dispositivo speciale.

L'ispezione inizia sempre con un'ispezione esterna, durante la quale viene controllata la presenza di crepe e deformazioni sul corpo del pezzo. Anche i terminali della batteria vengono ispezionati e puliti da ossidazione e altri contaminanti.

Importante!È necessario mantenere la batteria pulita ed evitare di cortocircuitare i contatti, poiché ciò potrebbe causare scarico completo batteria, ripristinarla sarà molto problematico.

Per verificare le condizioni interne del nucleo, viene utilizzata una spina di carico, che è collegata ai terminali e misura la tensione nominale nella rete. Quindi viene applicata una scarica alla batteria e il dispositivo legge gli indicatori di ritenzione di corrente all'interno della parte. È importante notare che la batteria deve essere completamente carica al momento del test, altrimenti le letture saranno imprecise.

Applicazioni delle batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio vengono utilizzate in molti settori a seconda della loro configurazione, forma e tensione nominale. L'uso più comune delle batterie è nell'industria automobilistica; ogni veicolo ha la propria fonte di energia, che è responsabile dell'avvio dell'auto e dell'esecuzione di altre funzioni.

Queste batterie vengono utilizzate anche in dispositivi mobili, laptop e altri gadget. Il design di tali batterie è simile alle batterie per auto, l'unica differenza sono le dimensioni dei prodotti, che possono avere le dimensioni di una scatola di fiammiferi.

Recentemente, è diventato popolare introdurre le batterie agli ioni di litio nei sistemi di continuità domestici e simili fonti di emergenza elettricità, mentre la batteria è costantemente collegata alla rete centrale. Mentre i dispositivi sono in funzione, la batteria viene caricata da una semplice centrale elettrica e quando l'alimentazione viene spenta inizia automaticamente a fornire corrente al consumatore. In questo caso la batteria ricaricabile deve essere posizionata correttamente e dotata di sistemi di protezione contro il surriscaldamento.

video

Che è molto diffuso nella famiglia moderna tecnologia elettronica e trova la sua applicazione come fonte di energia nei veicoli elettrici e sistemi di accumulo di energia nei sistemi energetici. Questo è il massimo tipo popolare batterie in dispositivi come Telefono cellulare , computer portatili , auto elettrica , fotocamere digitali E videocamere. La società ha rilasciato la prima batteria agli ioni di litio Sony V 1991.

Caratteristiche

A seconda del circuito elettrochimico, le batterie agli ioni di litio mostrano le seguenti caratteristiche:

• La tensione di un singolo elemento è 3,6 V.
• Voltaggio massimo 4,2 V, minimo 2,5–3,0 V. I dispositivi di ricarica supportano una tensione nell'intervallo 4,05–4,2 V
• Densita 'energia: 110 … 230 W*h/kg
• Resistenza interna: 5...15 mOhm/1Ah
• Numero di cicli di carica/scarica fino alla perdita del 20% della capacità: 1000-5000
• Tempo di ricarica rapida: 15 minuti - 1 ora
• Autoscarica a temperatura ambiente: 3% al mese
• Attuale carico relativo alla capacità (C):
  • costante - fino a 65°C, pulsato - fino a 500°C
  • più accettabile: fino a 1C
• Intervallo di temperatura operativa: −0 ... +60 °C (a temperature sotto lo zero non è possibile caricare le batterie)

Dispositivo

Una batteria agli ioni di litio è costituita da elettrodi (materiale catodico su un foglio di alluminio e materiale anodico su un foglio di rame) separati da separatori porosi impregnati di elettrolita. Il pacchetto di elettrodi è posto in un alloggiamento sigillato, i catodi e gli anodi sono collegati ai terminali del collettore di corrente. L'alloggiamento ha una valvola di sicurezza che allevia la pressione interna quando situazioni di emergenza e violazione delle condizioni operative. Batterie agli ioni di litio variare nel tipo di materiale catodico utilizzato. Il vettore di corrente in una batteria agli ioni di litio è uno ione di litio caricato positivamente, che ha la capacità di penetrare (intercalare) nel reticolo cristallino di altri materiali (ad esempio, nella grafite, negli ossidi e nei sali metallici) per formare un legame chimico, ad esempio: nella grafite con formazione di LiC6, ossidi (LiMO 2) e sali (LiM R O N) dei metalli. Inizialmente, come piastre negative veniva utilizzato il litio metallico, poi il coke di carbone. Successivamente, iniziò ad essere utilizzata la grafite. Fino a poco tempo fa, come piastre positive venivano utilizzati ossidi di litio con cobalto o manganese, ma vengono sempre più sostituiti dal ferrofosfato di litio, che si è dimostrato sicuro, economico e non tossico e può essere riciclato in modo ecologico. Le batterie agli ioni di litio vengono utilizzate insieme a un sistema di monitoraggio e controllo - SKU o BMS (batteria sistema di gestione) e uno speciale dispositivo di carica/scarica. Attualmente, nella produzione in serie di batterie agli ioni di litio, vengono utilizzate tre classi di materiali catodici: - litio cobaltato LiCoO 2 e soluzioni solide basate sul suo nichelato di litio isostrutturale - spinello di litio manganese LiMn 2 O 4 - ferrofosfato di litio LiFePO 4. Circuiti elettrochimici delle batterie agli ioni di litio: litio-cobalto LiCoO2 + 6xC → Li1-xCoO2 + xLi+C6 litio-ferrofosfato LiFePO4 + 6xC → Li1-xFePO4 + xLi+C6

Grazie alla bassa autoscarica e un largo numero cicli di carica-scarica, le batterie agli ioni di litio sono preferibili per l'uso in energie alternative. Inoltre, oltre al sistema BMS (SKU), sono equipaggiati inverter(convertitori di tensione).

Vantaggi

• Alta densità di energia.
• Bassa autoscarica.
• Assenza effetto memoria.
• Nessuna manutenzione richiesta.

Screpolatura

Le batterie agli ioni di litio di prima generazione erano soggette ad effetti esplosivi. Ciò è stato spiegato dal fatto che hanno utilizzato un anodo di litio metallico, sul quale, durante molteplici cicli di carica/scarica, si sono formate formazioni spaziali (dendriti) che hanno portato al cortocircuito degli elettrodi e, di conseguenza, ad un incendio o ad un'esplosione. Questo problema è stato finalmente risolto sostituendo il materiale dell'anodo con la grafite. Processi simili si sono verificati sui catodi delle batterie agli ioni di litio a base di ossido di cobalto in caso di violazione delle condizioni operative (sovraccarico). Le batterie al litio ferrofosfato sono completamente esenti da questi svantaggi. Inoltre, tutte le moderne batterie agli ioni di litio hanno un built-in circuito elettronico, che impedisce il sovraccarico e il surriscaldamento dovuti a una carica troppo intensa.

Le batterie agli ioni di litio con scarica incontrollata potrebbero avere una durata più breve ciclo vitale rispetto ad altri tipi di batterie. Quando sono completamente scariche, le batterie agli ioni di litio perdono la capacità di caricarsi quando sono collegate tensione di carica. Questo problema può essere risolto applicando un impulso di tensione più elevato, ma ciò influisce negativamente sull'ulteriore prestazione delle batterie agli ioni di litio. Termine massimo La “vita” di una batteria agli ioni di litio si ottiene limitando la carica dall'alto al 95% e la scarica al 15–20%. Questa modalità operativa è supportata dal sistema di monitoraggio e controllo BMS (SKU), incluso in qualsiasi batteria agli ioni di litio.

Le condizioni di conservazione ottimali per le batterie agli ioni di litio si ottengono se caricate a un livello pari al 40–70% della capacità della batteria e ad una temperatura di circa 5 °C. In cui bassa temperaturaè più fattore importante per perdite di capacità ridotte a conservazione a lungo termine. La durata di conservazione (servizio) media di una batteria agli ioni di litio è in media di 36 mesi, sebbene possa variare da 24 a 60 mesi.

Perdita di capacità durante lo stoccaggio:

Secondo tutte le normative attuali per la conservazione e il funzionamento delle batterie agli ioni di litio, per garantire una conservazione a lungo termine è necessario ricaricarle al 70% della capacità una volta ogni 6-9 mesi.

Guarda anche

Appunti

Letteratura

• Batterie Khrustalev D.A. M: Izumrud, 2003.
• Yuri Filippovskij Cibo mobile. Parte 2. (RU). ComputerLab (26 maggio 2009). - Articolo dettagliato sulle batterie agli ioni di litio. Estratto il 26 maggio 2009.

Collegamenti

• GOST 15596-82 Termini e definizioni.
• GOST 61960-2007 Batterie ricaricabili e batterie al litio
• Batterie agli ioni di litio e ai polimeri di litio. iXBT (2001)
• Batterie domestiche agli ioni di litio

I primi esperimenti per creare celle galvaniche al litio furono registrati nel 1012. Un modello realmente funzionante venne creato nel 1940, i primi esemplari di produzione (non ricaricabili!) apparvero negli anni '70, e la marcia trionfante di questo tipo di batterie iniziò all'inizio degli anni '90, quando i giapponesi azienda Sonyè stato in grado di padroneggiare la loro produzione commerciale.

Attualmente, si ritiene che questa sia una delle aree più promettenti per la creazione di autonomi fonti elettriche energia nonostante il loro costo piuttosto elevato (al livello attuale).

Il vantaggio principale di questo tipo di batteria è l'elevata densità di energia (circa 100 W/ora per 1 kg di peso) e la capacità di eseguire un ampio ciclo di carica/scarica.

Le batterie di nuova creazione sono caratterizzate anche da un indicatore così eccellente come bassa velocità autoscarica (solo dal 3 al 5% nel primo mese, con successiva diminuzione di questo indicatore). Ciò consente

E non è tutto: rispetto al diffuso Ni-Cd, nuovo schema a parità di dimensioni garantisce prestazioni tre volte superiori praticamente senza alcun effetto memoria negativo.

Caratteristiche negative

batterie agli ioni di litio.

Innanzitutto il costo elevato, la necessità di mantenere la batteria carica e il cosiddetto “effetto invecchiamento”, che si manifesta anche quando la cella galvanica non è stata utilizzata. L'ultima proprietà spiacevole si manifesta in una costante diminuzione della capacità, che dopo due anni può portare al completo fallimento del prodotto.