Baterii litiu-ion li-ion. Baterii litiu-ion

Diferite subtipuri ale sistemului electrochimic cu ioni de litiu sunt denumite în funcție de tipul substanței lor active și pot fi desemnate fie în întregime prin cuvinte, fie într-o formă scurtă prin formule chimice. Ceea ce au în comun bateriile cu litiu este că îi aparțin toate baterii sigilate fără întreținere. Astfel de formule nu sunt foarte convenabile de citit sau reținut din cauza complexității lor, așa că sunt simplificate într-o abreviere de litere.

De exemplu, cobaltita de litiu, unul dintre cele mai comune materiale pentru litiu baterii ionice, are formula chimică LiCoO2 și abrevierea LCO. Din motive de simplitate, poate fi folosită și forma verbală scurtă „cobalt de litiu”. Cobaltul este principala substanță activă și tocmai prin aceasta se caracterizează tipul de baterie. Alte tipuri de sisteme electrochimice litiu-ion sunt, de asemenea, reduse la o formă scurtă. ÎN aceasta sectiune Sunt enumerate cele mai comune șase tipuri de Li-ion.

1. Baterie litiu-cobalt (LiCoO2)

Intensitatea ridicată a energiei specifice face ca bateria cu litiu-cobalt alegere populară Pentru telefoane mobile, laptopuri și camere digitale. Bateria este formată dintr-un anod de grafit și un catod de oxid de cobalt. Catodul are o structură stratificată și în timpul descărcării, ionii de litiu se deplasează spre el din anod. La încărcare, direcția se schimbă în sens invers. Dezavantajul bateriilor cu litiu-cobalt este durata de viață relativ scurtă, stabilitatea termică scăzută și oportunități limitate sarcină (densitatea puterii). Figura 1 prezintă structura unei astfel de baterii.

Figura 1: Structura unei baterii cu litiu-cobalt.În timpul descărcării, ionii de litiu se deplasează de la anod la catod, iar în timpul încărcării, de la catod la anod.

O baterie cu litiu-cobalt nu poate fi încărcată sau descărcată la un curent mai mare decât acesta Evaluat C. Aceasta înseamnă că o celulă 18650 cu o capacitate de 2400 mAh poate fi încărcată sau descărcată la un curent de cel mult 2400 mA. Forțarea unei încărcări rapide sau conectarea unei sarcini care necesită mai mult de 2400 mA va duce la stres nejustificat și supraîncălzire. Pentru încărcare rapidă, producătorii recomandă un rating C de 0,8C sau aproximativ 2000 mA. Când utilizați sistemul de protecție a bateriei, acesta limitează automat încărcarea și descărcarea la nivel sigur- aproximativ 1C.

Figura 2: Evaluarea medie a bateriei cu litiu-cobalt. Sistemul electrochimic cu litiu-cobalt are o densitate mare de energie, dar oferă densitate medie de putere, siguranță și durată de viață.

Tabel de caracteristici

Tabelul 3: Caracteristicile bateriei cu litiu-cobalt.

2. Baterie cu litiu mangan (LiMn2O4)

Designul unei baterii litiu-ion cu mangan spinel a fost publicat pentru prima dată în revista Materials Research Bulletin în 1983. În 1996, Moli Energy a comercializat o celulă litiu-ion cu spinel de litiu mangan ca material catod. Structura spinelului 3D îmbunătățește fluxul de ioni la electrod, rezultând o rezistență internă redusă și o manipulare îmbunătățită a curentului. Un alt avantaj al spinelului este stabilitatea sa termică ridicată, dar durata de viață și numărul de cicluri sunt limitate.

Rezistența internă scăzută a unei astfel de celule oferă încărcare rapidăși valoarea mare posibilă a curentului de descărcare. La dimensiunea 18650, bateria cu litiu mangan poate fi descărcată la un curent de 20-30 A cu generare moderată de căldură. În plus, este capabil să reziste la impulsuri de până la 50 A timp de una până la două secunde. O sarcină continuă de 50 A va duce la încălzirea bateriei, care nu trebuie să depășească 80 ° C pentru a evita degradarea. Se folosesc baterii cu litiu mangan pentru instrumente puternice, echipamente medicale, precum și în vehicule hibride și electrice.

Figura 4 oferă o ilustrare grafică a cadrului cristalin tridimensional al materialului catodic. Acest material este spinelul, în care structura inițială a rețelei în formă de diamant este transformată într-una tridimensională.

Figura 4: Structura bateriei cu litiu mangan. Catodul spinel cristalin litiu mangan are o structură cadru tridimensională care apare după formarea inițială. Spinelul oferă rezistență scăzută, dar are o densitate energetică mai moderată decât cobaltul.

Capacitatea unei baterii cu litiu-mangan este cu aproximativ o treime mai mică decât cea a unei baterii cu litiu-cobalt. Flexibilitatea designului permite optimizarea bateriei pentru sarcini diferiteși creați modele cu durabilitate, densitate de putere sau densitate de energie îmbunătățite. De exemplu, versiunea 18650 cu puteri îmbunătățite are o capacitate de doar 1100 mAh, în timp ce cea optimizată pentru capacitate are 1500 mAh.

Figura 5 prezintă o diagramă hexagonală a unei baterii tipice cu litiu mangan. Performanța poate să nu pară deosebit de impresionantă, dar cele mai recente modele au îmbunătățit densitatea puterii, siguranța și speranța de viață.

Figura 5: Caracteristicile unei baterii convenționale cu litiu mangan.În ciuda performanței generale moderate, noile modele demonstrează o densitate de putere, siguranță și longevitate îmbunătățite.

Majoritatea bateriilor cu litiu mangan sunt combinate cu baterii litiu nichel mangan cobalt (NMC) pentru a îmbunătăți densitatea energiei și a prelungi durata de viață. Această unire vă permite să utilizați punctele forte ambele sisteme și se numește LMO (NMC). Aceste baterii combinate sunt folosite în majoritatea vehiculelor electrice, cum ar fi Nissan Leaf, Chevy Volt și BMW i3. Partea LMO a unei astfel de baterii, care este de aproximativ 30%, oferă capacitățile mari de accelerare ale motorului electric, iar partea NMC este responsabilă pentru cantitatea de autonomie.

Cercetările în sistemul litiu-ion au gravitat în mare măsură spre combinarea celulelor litiu-mangan cu celule nichel-mangan-cobalt. Aceste trei metale active pot fi combinate cu ușurință pentru a obține rezultatul dorit, fie că este vorba de creșterea densității de putere, a caracteristicilor de încărcare sau a duratei de viață a bateriei. Acest gamă largă sunt necesare oportunități pentru a satisface o abordare tehnologică unificată și piața bateriilor de consum, unde capacitatea este pe primul loc; și industrie, unde sunt necesare sisteme de baterii cu caracteristici bune de încărcare, durată lungă de viață și funcționare sigură și fiabilă.

Tabel de caracteristici

Tabelul 6: Specificațiile bateriei cu litiu mangan.

3. Baterie cu litiu nichel mangan cobalt oxid (LiNiMnCoO2 sau NMC)

Una dintre cele mai opțiuni de succes Performanța sistemului electrochimic litiu-ion este combinația de nichel, mangan și cobalt (NMC) în catod. Similar sistemelor cu litiu mangan, aceste sisteme pot fi optimizate pentru capacitate sau putere. De exemplu, o baterie NMC cu dimensiunea celulei 18650 pentru sarcină moderată are o capacitate de 2800 mAh și poate furniza un curent de 4-5 A; iar versiunea in aceeasi dimensiune standard, dar optimizata pentru indicatoare de putere, are o capacitate de doar 2000 mAh, dar curentul maxim de descărcare este de 20 A. Indicatorul de capacitate poate fi crescut la 4000 mAh daca se adauga siliciu la anod. Dar, pe de altă parte, acest lucru va reduce semnificativ caracteristicile de încărcare și durabilitatea unei astfel de baterii. Astfel de proprietăți ambigue ale siliciului apar din cauza expansiunii și contracției sale în timpul încărcării și descărcării, ceea ce duce la instabilitatea mecanică a designului bateriei.

Secretul tehnologiei NMC este combinația dintre nichel și mangan. O analogie poate fi sarea de masă obișnuită, în care componentele sale, sodiu și clor, sunt în mod individual foarte toxice, dar combinația lor formează o substanță nutritivă utilă. Nichelul este cunoscut pentru densitatea sa ridicată de energie, dar stabilitatea scăzută; manganul are avantajul unei structuri spinel, care oferă rezistență internă scăzută, dar duce și la un dezavantaj - intensitate energetică specifică scăzută. Combinația acestor metale vă permite să compensați neajunsurile celuilalt și să folosiți pe deplin punctele forte ale celuilalt.

Bateriile NMC sunt folosite pentru unelte grele, biciclete electrice și alte aplicații de putere. Compoziția catodică combină de obicei nichel, mangan și cobalt părti egale, adică fiecare metal ocupă o treime din volumul total. Această distribuție este cunoscută și ca 1-1-1. Combinația în acest raport este avantajoasă datorită costului său, deoarece conținutul de cobalt scump este relativ mic în comparație cu alte versiuni ale bateriei. O altă combinație de succes NMC conține 5 părți nichel, 3 părți cobalt și 2 părți mangan. Experimentele pentru a găsi combinații de succes ale acestor substanțe active sunt încă în desfășurare. Figura 7 prezintă caracteristicile bateriei NMC.

Figura 7: Evaluarea performanței bateriei NMC. NMC are o performanță generală bună și o densitate energetică excelentă. Această baterie este alegerea preferată pentru vehiculele electrice și are cea mai mare parte nivel scăzut auto încălzire.

ÎN În ultima vreme Familia NMC de baterii litiu-ion devine cea mai populară, deoarece datorită posibilității de a combina substanțe active, a devenit posibilă construirea unei baterii economice cu performanțe bune. Nichelul, manganul și cobaltul pot fi ușor amestecate pentru a îndeplini o gamă largă de cerințe pentru vehiculele electrice sau sistemele de stocare a energiei care necesită ciclism regulat. Familia de baterii NMC se dezvoltă activ în diversitatea sa.

Tabel de caracteristici

Tabelul 8: Caracteristicile bateriei cu litiu nichel mangan cobalt oxid (NMC).

4. Baterie cu litiu fosfat de fier (LiFePO4)

În 1996, au fost efectuate cercetări la Universitatea din Texas, care au avut ca rezultat descoperirea material nou pentru catod baterie litiu-ion- fosfat de fier. Sistemul de fosfat de litiu are proprietăți electrochimice bune și scăzute rezistență internă. Principalele avantaje ale unor astfel de baterii sunt curentul mare și termen lung service și au, de asemenea, o bună stabilitate termică, securitate sporităși rezistență la utilizare greșită.

Bateriile cu fosfat de litiu sunt mai rezistente la supraîncărcare; dacă li se aplică o tensiune înaltă pentru o perioadă lungă de timp, atunci consecințele de degradare vor fi considerabil mai mici în comparație cu alte baterii litiu-ion. Dar tensiunea celulei de 3,20 V reduce densitatea de energie specifică la un nivel chiar mai mic decât cel al unei baterii litiu-mangan. Pentru majoritatea bateriilor electrice, temperaturile scăzute reduc performanța, iar temperaturile calde scurtează durata de viață, iar sistemul cu fosfat de litiu nu face excepție. De asemenea, are o rată de auto-descărcare mai mare decât alte baterii litiu-ion. Figura 9 prezintă caracteristicile unei baterii cu fosfat de litiu.

Bateriile cu fosfat de litiu sunt adesea folosite ca înlocuitori pentru bateriile de pornire cu plumb-acid. Patru celule ale unei astfel de baterii vor furniza o tensiune de 12,8 V - similară cu tensiunea a șase celule plumb-acid de doi volți. Alternatorul vehiculului reîncarcă bateria plumb-acid la 14,40 V (2,40 V per celulă). Pentru patru celule cu fosfat de litiu, tensiunea limită va fi de 3,60 V, după care reîncărcarea trebuie oprită, ceea ce nu se întâmplă într-un vehicul normal. Bateriile cu fosfat de litiu sunt rezistente la supraîncărcare, dar chiar și atunci când sunt depozitate pentru o perioadă lungă de timp tensiune înaltă degrada. Temperaturile scăzute pot fi, de asemenea, o problemă atunci când utilizați o baterie cu fosfat de litiu ca înlocuitor pentru o baterie de pornire obișnuită.

Figura 9: Evaluarea performanței bateriei cu fosfat de litiu. Sistemul electrochimic cu fosfat de litiu oferă o siguranță excelentă și termen lung serviciu, dar intensitatea energetică specifică este moderată și este de remarcat și autodescărcarea ridicată.

Tabel de caracteristici

Cel mai modern dispozitive electronice, cum ar fi un laptop, telefon sau player, sunt echipate cu baterii litiu-ion, care acționează ca surse de alimentare autonome. Date baterii ionice au fost dezvoltate relativ recent, dar datorită caracteristicilor lor au câștigat o mare popularitate în rândul designerilor și producătorilor de gadgeturi. Acum, pe lângă diverse aparate electrocasnice, multe unelte de finisare și reparare, șurubelnițe sau mașini de tăiat sunt echipate cu astfel de surse de alimentare. Acest articol discută tipurile de baterii litiu-ion, domeniul lor de aplicare și principiile de funcționare.

Tipuri de baterii litiu-ion

Bateriile reîncărcabile, care funcționează pe principiul stocării energiei și distribuirii acesteia către un dispozitiv consumat, vin în mai multe tipuri, care pot fi combinate într-un singur litiu bloc ionic. Aceste baterii includ:

1. Baterie litiu-cobalt. Un astfel de dispozitiv constă dintr-un anod de grafit și un catod din oxid de cobalt. Catodul are o structură de plăci cu goluri între părți, astfel încât atunci când se consumă energie, plăcile sunt furnizate ionii de litiu de la anod, are loc o reacție electromagnetică și se aplică tensiune la bornele. Dezavantajul unui astfel de sistem este rezistența slabă a mecanismului la schimbările de temperatură, deoarece la temperaturi negative bateria se descarcă, chiar dacă nu este conectată la un consumator. În timpul încărcării produsului, direcția curentului se schimbă, iar ionii de litiu curg prin catozi către anozi, se acumulează, iar tensiunea crește. Este strict interzisă conectarea Încărcător la o baterie a cărei tensiune nominală este mai mare decât cea a piesei, altfel bateria se poate supraîncălzi, plăcile se vor topi și carcasa se va crăpa;
2. Baterie litiu mangan. Se aplică și bateriilor litiu-ion, al căror mediu de lucru este realizat din spinel de mangan sub formă de tuneluri tridimensionale în formă de cruce. Spre deosebire de sistemul cu cobalt, acest tip de bază asigură trecerea nestingherită a ionilor de litiu de la anod la catod și apoi la contactele dispozitivului. Principalul avantaj al bateriei litiu-ion mangan este rezistența scăzută a materialului, astfel încât astfel de baterii sunt adesea folosite pentru vehicule hibride, unelte care consumă o cantitate mare de curent, sau în echipamente medicale care funcționează autonom. Bateria poate fi încălzită până la 80 de grade în timpul încărcării, iar curentul nominal poate fi de până la 20-30 de amperi. Nu este recomandat să expuneți bateria la o tensiune de curent mai mare de 50A pentru mai mult de două secunde, altfel spinelele se pot supraîncălzi și se pot defecta;

1. Ioni de litiu baterii reîncărcabile cu catod de fosfat de fier. O astfel de baterie este rară din cauza costului relativ ridicat de producție, prețul final este puțin mai mare decât al altor baterii litiu-ion. Catodul de fosfat are mare avantaj: aceasta este durata de viață a produsului și frecvența de reîncărcare care depășește semnificativ dispozitivele similare. Cel mai adesea, aceste baterii au o garanție de 10 până la 50 de ani sau aproximativ 500 de cicluri de încărcare. Datorită unor astfel de indicatori, bateriile cu fosfat de fier sunt adesea folosite în industrie atunci când este necesar să se obțină o tensiune de ieșire ridicată;
2. Baterii cu ioni de oxid de cobalt litiu nichel mangan. Acesta este cel mai practic, din punct de vedere al costului de producție și al fiabilității. produs finit, o combinație de materiale pentru a face catodul. Datorită proprietăților electrochimice ale substanțelor enumerate, catodul realizat din acestea are valori scăzute de rezistență, astfel încât pe perioade lungi de inactivitate a bateriei, descărcarea va fi minimă. De asemenea, prin creșterea dimensiunii celulei de sticlă sau catod, puteți crește capacitatea totală a bateriei sau crește tensiunea. Secretul constă în combinația de mangan și nichel, care, atunci când sunt combinate corect, creează un lanț cu proprietăți electrochimice ridicate;
3. Baterie cu titanat de litiu. Dezvoltat la începutul anilor 1980, spre deosebire de bateriile ionice cu miez de grafit, catodul acestui dispozitiv este realizat din nanocristale de titanat de litiu. Un catod realizat din acest material permite reîncărcarea bateriei într-o perioadă scurtă de timp și menținerea tensiunii cu rezistență zero. Această unitate este adesea folosită în sisteme autonome iluminatul stradal, atunci când este necesar să se acumuleze energie într-o perioadă scurtă de timp și să o distribuie consumatorului pentru o lungă perioadă de timp. Dezavantajul unui astfel de sistem este costul relativ ridicat baterie terminată, dar se plătește rapid datorită duratei de viață crescute a piesei.

Important! Toate bateriile litiu-ion enumerate sunt baterii care nu necesită întreținere, astfel încât, în caz de deteriorare sau defecțiune, nu va fi posibilă repararea sau efectuarea lucrărilor de service pentru adăugarea de electrolit. Orice manipulare pentru deschiderea capacului bateriei va duce la distrugerea plăcilor bateriei și la defecțiunea completă.

Principiul de funcționare al bateriilor litiu-ion

Toate bateriile litiu-ion au o structură similară, care are câteva diferențe minore care nu afectează principiul de funcționare al piesei. Carcasa exterioară este realizată din material compozit, plastic sau metal neferos subțire, ceea ce este foarte rar. Cel mai adesea, bateria este formată din Cutie de plastic, terminale metalice pentru contactul cu consumatorul si tije interne cu tensiune pozitiva si negativa. Litiul intern este încărcat prin conectare dispozitiv extern cu un curent stabil, dar fiecare produs are o sarcină primară, care apare din cauza unei reacții chimice dintre anod și catod.

Procesele de pe electrodul negativ, din material carbonic, care are aspectul de grafit stratificat natural, sunt dezordonați atomii încărcați electric se deplasează prin matrice fără a pierde tensiune. Toți indicatorii din acest sector sunt negativi.

Electrodul pozitiv al unei baterii cu litiu este realizat exclusiv din oxizi de cobalt sau de nichel, precum și spinele de litiu mangan. În timpul descărcării, ionii de litiu se îndepărtează de miezul de carbon și, după ce reacționează cu oxigenul, pătrund în catod și ies în grabă, dar nu pot părăsi corpul bateriei. Ionii de litiu încărcați își pierd tensiunea și rămân pe suprafața anodului până când litiul este încărcat. În timpul încărcării, întregul proces are loc în ordine inversă.

Design baterie litiu-ion

Ca o baterie alcalină, baterie cu litiu Este produs sub formă de cilindru sau poate avea o formă prismatică. Într-o baterie cilindrică, electrozii laminati sunt utilizați ca miez, izolați cu o carcasă specială și plasați în carcasa metalica, care este asociat cu elemente încărcate negativ. Pentru a menține polaritatea, contactul negativ este situat în partea de jos, iar contactul pozitiv este în partea de sus a piesei, iar aceste elemente nu trebuie să se atingă între ele, altfel curentul va circula prin conductor, ceea ce va duce la descărcare spontană.

Forma prismatică a unei baterii litiu-ion este destul de comună. În acest design, miezul este format prin stivuirea plăcilor speciale una peste alta, care sunt situate la o distanță minimă unele de altele. Acest sistem permite o mai mare specificații, dar datorită potrivirii strânse a plăcilor în timp ce bateriile se încarcă, este posibilă supraîncălzirea miezului și topirea plasei, ceea ce duce la scăderea productivității piesei.

Poți găsi adesea sistem combinat dispozitive cu baterii litiu-ion, atunci când electrozii rulați sunt formați într-un cilindru oval. În același timp, sunt respectate regulile de tranziție lină și, în același timp, secțiunea dreaptă imită forma plăcii. Astfel de baterii au caracteristicile ambelor tipuri de produse, durata lor de viață este mult mai lungă.

În timpul reacției chimice și a funcționării bateriei, în interiorul carcasei se formează gaze care conțin substanțe nocive. Pentru a elimina rapid acești vapori, există o priză în cazul bateriilor litiu-ion, care este conectată la bănci și elimină prompt gazul acumulat din cavitatea bateriei. Unele baterii cu de mare putere echipat cu o supapă specială care se activează în timpul unei acumulări critice de vapori.

Verificarea bateriei litiu-ion

Încărcările cu litiu din interiorul bateriei necesită verificări periodice, în ciuda faptului că bateria specificată nu necesită întreținere, deoarece carcasa sa este sigilată, bateria trebuie totuși verificată folosind un dispozitiv special.

Inspecția începe întotdeauna cu o inspecție externă, în timpul căreia corpul piesei este verificat pentru fisuri și deformații. Terminalele bateriei sunt, de asemenea, inspectate și curățate de oxidare și alți contaminanți.

Important! Este necesar să păstrați bateria curată și să evitați scurtcircuitarea contactelor, deoarece acest lucru poate duce la descărcare completă baterie, restaurarea acesteia va fi foarte problematică.

Pentru a verifica starea internă a miezului, se folosește un ștecher de sarcină, care este conectat la bornele și măsoară tensiunea nominală din rețea. Apoi bateriei i se aplică o descărcare, iar dispozitivul citește indicatorii de retenție a curentului în interiorul piesei. Este important de reținut că bateria trebuie să fie complet încărcată în momentul testării, altfel citirile vor fi inexacte.

Aplicații ale bateriilor litiu-ion

Bateriile litiu-ion sunt folosite în multe domenii în funcție de configurația, forma și Tensiune nominală. Cea mai obișnuită utilizare a bateriilor este în industria auto, fiecare vehicul are propria sa sursă de energie, care este responsabilă de pornirea mașinii și de îndeplinirea altor funcții.

Aceste baterii sunt, de asemenea, folosite în dispozitive mobile, laptopuri și alte gadget-uri. Designul unor astfel de baterii este similar cu bateriile auto, singura diferență este dimensiunile produselor, care pot fi de dimensiunea unei cutii de chibrituri.

Recent, a devenit populară introducerea bateriilor litiu-ion în sistemele de alimentare neîntreruptibilă de acasă și ca surse de urgență electricitate, în timp ce bateria este conectată permanent la rețeaua centrală. În timp ce dispozitivele funcționează, bateria este încărcată de la o simplă stație electrică, iar atunci când alimentarea este oprită, începe automat să furnizeze curent consumatorului. In acest caz, bateria reincarcabila trebuie pozitionata corect si prevazuta cu sisteme de protectie la supraincalzire.

Video

Ceea ce este larg răspândit în gospodăria modernă tehnologie electronicăși își găsește aplicarea ca sursă de energie în vehiculele electrice și în sistemele de stocare a energiei în sistemele energetice. Acesta este cel mai mult tip popular baterii în dispozitive precum Celulare , laptopuri , mașini electrice , camere digitaleȘi camere video. Compania a lansat prima baterie litiu-ion Sony V 1991.

Caracteristici

În funcție de circuitul electrochimic, bateriile litiu-ion prezintă următoarele caracteristici:

• Tensiunea unui singur element este de 3,6 V.
• Tensiune maximă 4,2 V, minim 2,5–3,0 V. Dispozitivele de încărcare acceptă tensiune în intervalul 4,05–4,2 V
• Densitatea energiei: 110 … 230 W*h/kg
• Rezistență internă: 5 … 15 mOhm/1Ah
• Numărul de cicluri de încărcare/descărcare până la pierderea capacității de 20%: 1000-5000
• Timp de încărcare rapidă: 15 min - 1 oră
• Autodescărcare la temperatura camerei: 3% pe lună
• Actual sarcina raportata la capacitate (C):
  • constantă - până la 65 ° C, pulsată - până la 500 ° C
  • cel mai acceptabil: până la 1C
• Interval de temperatură de funcționare: −0 ... +60 °C (la temperaturi sub zero, încărcarea bateriilor nu este posibilă)

Dispozitiv

O baterie litiu-ion este formată din electrozi (material catodic pe folie de aluminiu și material anod pe folie de cupru) separați prin separatoare poroase impregnate cu electrolit. Pachetul de electrozi este plasat într-o carcasă etanșă, catozii și anozii sunt conectați la bornele colectorului de curent. Carcasa are o supapă de siguranță care eliberează presiunea internă atunci când Situații de urgențăși încălcarea condițiilor de funcționare. Baterii litiu-ion variază în ceea ce privește tipul de material catodic utilizat. Purtătorul de curent dintr-o baterie litiu-ion este un ion de litiu încărcat pozitiv, care are capacitatea de a pătrunde (intercala) în rețeaua cristalină a altor materiale (de exemplu, în grafit, oxizi metalici și săruri) pentru a forma o legătură chimică, de exemplu: în grafit cu formarea de LiC6, oxizi (LiMO 2) și săruri (LiM R O N) ale metalelor. Inițial, litiu metal a fost folosit ca plăci negative, apoi cocs de cărbune. Mai târziu, grafitul a început să fie folosit. Până de curând, oxizii de litiu cu cobalt sau mangan erau folosiți ca plăci pozitive, dar sunt din ce în ce mai mult înlocuiți cu ferofosfat de litiu, care s-a dovedit a fi sigur, ieftin și netoxic și poate fi reciclat într-un mod ecologic. Bateriile litiu-ion sunt utilizate împreună cu un sistem de monitorizare și control - SKU sau BMS (baterie sistem de management) și un dispozitiv special de încărcare/descărcare. În prezent, în producția de masă a bateriilor litiu-ion se folosesc trei clase de materiale catodice: - cobaltat de litiu LiCoO 2 și soluții solide bazate pe nichelatul său de litiu izostructural - spinel de litiu mangan LiMn 2 O 4 - ferofosfat de litiu LiFePO 4. Circuite electrochimice ale bateriilor litiu-ion: litiu-cobalt LiCoO2 + 6xC → Li1-xCoO2 + xLi+C6 litiu-ferofosfat LiFePO4 + 6xC → Li1-xFePO4 + xLi+C6

Datorită autodescărcării scăzute și un numar mare cicluri de încărcare-descărcare, bateriile Li-ion sunt cele mai preferate pentru utilizarea în energie alternativă. Mai mult decât atât, pe lângă sistemul BMS (SKU), acestea sunt echipate invertoare(convertoare de tensiune).

Avantaje

• Densitate mare de energie.
• Autodescărcare scăzută.
• Absența efect de memorie.
• Nu necesită întreținere.

Defecte

Bateriile Li-ion din prima generație au fost supuse efectelor explozive. Acest lucru s-a explicat prin faptul că au folosit un anod metalic de litiu, pe care, în timpul mai multor cicluri de încărcare/descărcare, au apărut formațiuni spațiale (dendrite), conducând la scurtcircuit al electrozilor și, ca urmare, la incendiu sau explozie. Această problemă a fost în cele din urmă rezolvată prin înlocuirea materialului anodului cu grafit. Procese similare au avut loc pe catozii bateriilor litiu-ion pe bază de oxid de cobalt atunci când au fost încălcate condițiile de funcționare (supraîncărcare). Bateriile cu ferofosfat de litiu sunt complet lipsite de aceste dezavantaje. În plus, toate bateriile moderne litiu-ion au încorporat circuit electronic, care previne supraîncărcarea și supraîncălzirea din cauza încărcării prea intense.

Bateriile Li-ion cu descărcare necontrolată pot avea o scurtă durată ciclu de viață comparativ cu alte tipuri de baterii. Când sunt complet descărcate, bateriile litiu-ion își pierd capacitatea de a se încărca atunci când sunt conectate tensiune de încărcare. Această problemă poate fi rezolvată prin aplicarea unui impuls de tensiune mai mare, dar acest lucru afectează negativ performanța ulterioară a bateriilor litiu-ion. Termen maxim„Durata de viață” a unei baterii Li-ion se realizează prin limitarea încărcării de mai sus la 95% și a descărcarii la 15–20%. Acest mod de operare este susținut de sistemul de monitorizare și control BMS (SKU), care este inclus cu orice baterie litiu-ion.

Condițiile optime de depozitare pentru bateriile Li-ion sunt atinse atunci când sunt încărcate la un nivel de 40–70% din capacitatea bateriei și la o temperatură de aproximativ 5 °C. în care temperatura scazuta este mai mult factor important pentru pierderi reduse de capacitate la depozitare pe termen lung. Durata medie de valabilitate (serviciu) a unei baterii litiu-ion este în medie de 36 de luni, deși poate varia de la 24 la 60 de luni.

Pierderea capacității în timpul depozitării:

Conform tuturor reglementărilor actuale pentru depozitarea și funcționarea bateriilor litiu-ion, pentru a asigura o stocare pe termen lung este necesară reîncărcarea acestora la 70% din capacitate o dată la 6-9 luni.

Vezi si

Note

Literatură

• Khrustalev D. A. Baterii. M: Izumrud, 2003.
• Yuri Filippovsky Mâncare mobilă. Partea 2. (RU). ComputerLab (26 mai 2009). - Articol detaliat despre bateriile Li-ion Recuperat la 26 mai 2009.

Legături

• GOST 15596-82 Termeni și definiții.
• GOST 61960-2007 Baterii reîncărcabile și baterii cu litiu
• Baterii litiu-ion și litiu-polimer. iXBT (2001)
• Baterii domestice litiu-ion

Primele experimente de creare a celulelor galvanice cu litiu au fost înregistrate în 1012. Un model cu adevărat funcțional a fost creat în 1940, primele exemplare de producție (nereîncărcabile!) au apărut în anii 70, iar marșul triumfal al acestui tip de baterie a început la începutul anilor 90, când japonezii Compania Sony a putut să-și stăpânească producția comercială.

În prezent, se crede că acesta este unul dintre cele mai promițătoare zone pentru crearea autonomă surse electrice energie în ciuda costului lor destul de ridicat (la nivelul actual).

Principalul avantaj al acestui tip de baterie este densitatea sa mare de energie (aproximativ 100 W/oră la 1 kg de greutate) și capacitatea de a efectua un ciclu mare de încărcare/descărcare.

Bateriile nou create sunt, de asemenea, caracterizate de un indicator atât de excelent ca viteza mica autodescărcare (doar de la 3 la 5% în prima lună, cu o scădere ulterioară a acestui indicator). Acest lucru permite

Și asta nu este tot - în comparație cu Ni-Cd-ul răspândit, noua schema cu aceleași dimensiuni, oferă performanțe de trei ori mai mari, practic fără efect negativ de memorie.

Caracteristici negative

baterii litiu-ion.

În primul rând, costul ridicat, necesitatea de a menține bateria în stare încărcată și așa-numitul „efect de îmbătrânire”, care se manifestă chiar și atunci când celula galvanică nu a fost folosită. Ultima proprietate neplăcută se manifestă printr-o scădere constantă a capacității, care după doi ani poate duce la defectarea completă a produsului.