Aféierung zu Lithium-Ion Batterien
Aarbechtsprinzip vu Lithium-Ion Batterien
Eng Lithium-Ionbatterie besteet haaptsächlech aus enger positiver Elektrode, enger negativer Elektrode, engem Elektrolyt deen Lithium-Ionen féiert, an engseparatoran casing datt déi positiv an negativ Elektroden trennen. De positiven Elektrodematerial ass allgemeng eng Verbindung déi d'reversibel Insertioun an Extraktioun vu Lithiumionen erlaabt, wéi zum Beispill Lithium Kobaltoxid (LiCoO₂), Lithium Nickeloxid (LiNiO₂), Lithiummanganoxid (LiMn₂O₄), oder ternär Materialien (LiCoₓNiᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂). Den Elektrolyt besteet aus Lithiumsalze (allgemeng Lithiumsalze enthalen LiClO₄, LiPF₆, LiBF₄, LiBOB, etc.) an engem spezifesche Léisungsmëttel opgeléist (haaptsächlech eng Mëschung aus Ethylenkarbonat (EC), Diethylkarbonat (DEC), Dimethylkarbonat (DMC), Propylenkarbonat, a bestëmmte Proportiounen, etc.). D'Separatormaterial ass allgemeng e Polyolefinharz, deen allgemeng Single-Schicht oder Multi-Schicht Polypropylen (PP) a Polyethylen (PE) mikroporöse Membranen benotzt, sou wéi de Celgard 2300 Separator. Déi negativ Elektrode benotzt typesch Materialien, déi fäeg sinn Lithium-Interkalatioun ze maachen, wéi Pëtrolskock, pure Grafit, a geschichte Grafit gemëschte Kuelestoff. D'Reaktioun an enger Lithium-Ionbatterie mat Kuelestoff (C₆) als negativ Elektrode an Iwwergangsmetalloxid LiMeO₂ als positiv Elektrode ass wéi follegt.
Beim Laden:
Wärend der Entladung:
Beim Laden ginn Lithium-Ionen aus der positiver Elektrode entlooss an an déi negativ Elektrode agebaut; während der Entladung gi Lithiumionen aus der negativer Elektrode entlooss an an déi positiv Elektrode agebaut. An anere Wierder, wärend der Opluedstatioun an der Entladung beweegen d'Lithiumionen sech tëscht de positiven an negativen Elektroden zréck an zréck, sou wéi e Schaukelstull. Dofir ginn Lithium-Ionbatterien och "Schuppelstullbatterien" genannt. Hir Aarbechtsprinzip kann duerch Figur 1.1 illustréiert ginn.
Ënner normalen Laden- an Entladungsbedéngungen verursaacht d'Insertioun an d'Extraktioun vu Lithiumionen tëscht geschichte Kuelestoffmaterialien an Oxidpartikelen oder tëscht Schichten a Lithium-Ionbatterien allgemeng nëmmen Ännerungen an der Tëschenschichtabstand a beschiedegt d'Kristallstruktur net. Wärend der Ladung an der Entladung bleiwen déi chemesch Strukture vun de positiven an negativen Elektrodenmaterialien wesentlech onverännert. Dofir, aus der Perspektiv vun der Reversibilitéit vun der Ladung -Entladungsreaktioun, ass d'Insertioun an d'Extraktioun vu Lithiumionen an de Batteriematerialien en ideale Reaktiounsprozess. Baséierend op dës Charakteristiken, sinn Lithium-Ionbatterien superieur an der Leeschtung wéi Nickel-Cadmium an Nickel-Metallhydrid Batterien.
Lithium-Ion Batterie Klassifikatioun
Lithium-Ionbatterien kënne klasséiert ginn no dem benotzte Kathodematerial, Erscheinung a Gréisst, Zellfabrikatiounsmethod, Verpackungsart an Applikatiounseigenschaften.
Baséierend op dem benotzte Kathodematerial, kënnen Lithium-Ionbatterien a Lithium-Kobaltoxid-Batterien, Lithium-Mangan-Oxid-Batterien, ternary Lithium-Batterien a Lithium-Eisenphosphat-Batterien opgedeelt ginn.
Lithium-Kobaltoxid-Batterien hunn eng nominell Spannung vun 3,7V an en Operatiounspannungsbereich vun 2,4~4,2V. Lithium-Kobaltoxid-Batterien hunn eng stabil Struktur, héich spezifesch Kapazitéit an aussergewéinlech Gesamtleistung, awer hir Sécherheet ass schlecht an hir Käschte sinn héich, haaptsächlech a kleng a mëttel -zellen benotzt. An de leschte Joeren sinn héich Spannung Lithium Kobaltoxid Materialien entwéckelt ginn, déi d'Uewergrenzspannung vun der Batterie op 4.3V oder 4.35V erhéijen kënnen, doduerch effektiv d'Batteriekapazitéit an d'Energiedicht verbesseren. De Moment hunn Lithium-Kobaltoxid-Batterien déi héchst volumetresch Energiedicht, erreechend 550Wh/kg, wat se déi eenzeg Wiel mécht fir High-{11}}End Handyen an aner elektronesch Produkter ze ënnerstëtzen.
Lithium-Mangan-Oxid (MMANO) Batterien hunn eng nominal Spannung vun 3,8V an en Operatiounspannungsbereich vun 2,5V bis 4,2V. Iwwerladungsschutzspannung ass 4,28V ± 0,025V, an iwwer-Entladungsschutzspannung ass 2,5V ± 0,1V. MMANO Batterien si niddereg-käschten an hu gutt Sécherheet. Wéi och ëmmer, d'Lithium-Mangan-Oxidmaterial selwer ass relativ onbestänneg an ufälleg fir Zersetzung, produzéiert Gas a Schwellung. Säin Zyklusliewen zerfällt relativ séier, seng Liewensdauer ass relativ kuerz, a seng héich -Temperaturleistung ass schlecht. Et gëtt haaptsächlech an niddregen-Käschten, mëttel-bis-grouss-Zellen benotzt fir Stroumbatterien ze fabrizéieren.
Ternär Lithium-Ion (TLC) Batterien hunn eng nominell Spannung vun 3,6V an en Operatiounspannungsbereich vun 2,75V bis 4,2V. Iwwerladungsschutzspannung ass 4,28V ± 0,025V, an iwwer-Entladungsschutzspannung ass 2,75V ± 0,1V. TLC Batterien hunn eng gutt Gesamtleistung, si méi bëlleg wéi Lithium Kobaltoxid (LCO), a bidden eng verbessert Sécherheet. Si kënnen a Kraaftbatterien benotzt ginn, an hire Maartundeel am Kathodematerialmaart gëtt vu Joer zu Joer erop. Kleng Lithium-Ionbatterien, déi ternär Lithium-Ionmaterialien benotzen, ginn no an no vum Maart ugeholl. Ternär Materialien kënnen och mat Lithium-Kobaltoxid a Lithium-Mangan-Oxid gemëscht ginn fir ze benotzen a Stahl-gehäuse, Aluminium-gehäuse, pouch, Polymer, an zylindresch Lithium-Ionbatterien, déi d'Batteriekäschte wesentlech reduzéieren an d'Gesamtleistung verbesseren. Momentan kënnen ternary Material Batterien eng Energiedicht vun 180 Wh/kg erreechen (26650 Stahl-Batterien kënnen eng Kapazitéit vu 4600 mAh/kg mat engem Gewiicht vun 90g erreechen), déi e klore Virdeel u Käschten-Effizienz ubidden.
Lithium Eisenphosphat (LFP) Batterien hunn eng nominell Spannung vun 3,2V an en Operatiounspannungsbereich vun 2,5 ~ 3,75V. Iwwerladungsschutzspannung ass 3,75 V ± 0,025 V, an iwwer - Entladungsschutzspannung ass 2,5 V ± 0,1 V. De gréisste Virdeel vun LFP-Batterien ass d'Stabilitéit an d'Net-Zersetzung vum positiven Elektrodenmaterial, wat hinnen oniwwertraff Sécherheet gëtt am Verglach mat anere positiven Elektrodenmaterialsystemer. LFP Batterien hunn e laangt Zyklus Liewen, si vill Ressourcen, an ëmweltfrëndlech. Wéi och ëmmer, si hunn eng niddereg Entladungsplattform a schlecht -Temperaturleistung.
Baséierend op Erscheinung a Gréisst, Lithium-Ionbatterien kënnen an zylindresch Batterien a prismatesch Batterien opgedeelt ginn, asw.
Baséierend op Zell Fabrikatiounsmethod, Lithium-Ionbatterien kënnen a Woundbatterien opgedeelt ginn (zylindresch Wound a flaach Wound), gestapelte Batterien, etc.
Baséierend op der Verpackungsmaterialtyp kënnen Lithium-Ionbatterien a Stahl-gekapte Batterien, Aluminium-gekapte Batterien, Plastik-gekapte Batterien, mëll-Packbatterien, etc.
Baséierend op Applikatiounseigenschaften, kënnen Lithium-Ionbatterien an Héich-Temperaturbatterien, niddereg-Temperaturbatterien, Kraaftbatterien a Kapazitéitsbatterien, etc.
Baséierend op hiren Uwendungsberäicher kënne Lithium-Ionbatterien klasséiert ginn: Backupbatterien, Kraaftbatterien an Energiespäicherbatterien.
Uwendunge vu Lithium-Ion Batterien
Et kann gesot ginn datt zënter der Erfindung vun der Batterie keen anert Batterieprodukt esou séier a wäit benotzt gouf wéi d'Lithium-Ion Batterie. Vun der Auerkraaftversuergung fir Computer CPUs op déi grouss Lithium-Ion Batterie Packs, déi an Autoen an U-Booter benotzt ginn, ass de Kapazitéitsënnerscheed méi wéi 10 Millioune Mol. Si hu breet Uwendungen am Alldag, medizinescht Ausrüstung, elektresch Gefierer, Energiespeicherkraaftstatiounen, Raumfaart a Militär.
No méi wéi 10 Joer Populariséierung sinn Lithium-Ionbatterien den eenzege Kraaftsystem ginn, dee wäit an digitale Produkter wéi Handyen a Laptops benotzt gëtt. Wéinst hirer héijer spezifescher Energie gi se och wäit an Kraaftwierker benotzt, elektresch Vëloen, elektresch Bussen, Wand- a Solarenergiespäicherkraaftstatiounen, mobil Kommunikatiounsbasisstatiounen, Mininglampe Stroumversuergung, Mining Rettungskapsel Energieversuergung, militäresch individuell Zaldot Kraaftversuergung, Radios, Satellitebatterien, a vill aner Uwendungen. Laut Statistiken, am Joer 2011, erreecht d'Maartgréisst vun der China Lithium Batterie Industrie 39,7 Milliarden Yuan, e Joer-op-Joer Erhéijung vun 43%, an d'Joerproduktioun vu Lithium Batterien erreecht 2,97 Milliarden Unitéiten, e Joer-op-Joer Erhéijung vun 28,6%. D'Lithium Batterie Industrie ass eng wichteg industriell Richtung vun der nationaler Wirtschaft²¹ ginn.
