• Terjemahan

Kematian Bateri: Kita semua telah melihat ia berlaku. Dalam telefon, komputer riba, kamera, dan kini kereta elektrik, prosesnya menyakitkan dan - jika anda bernasib baik - perlahan. Selama bertahun-tahun, bateri litium-ion yang pernah menjanakan peranti anda selama berjam-jam (malah berhari-hari!) secara beransur-ansur kehilangan keupayaannya untuk menahan pengecasan. Pada akhirnya, anda akan menerimanya, mungkin mengutuk Steve Jobs, dan kemudian membeli bateri baru, atau bahkan alat baru sama sekali.

Tetapi mengapa ini berlaku? Apakah yang berlaku dalam bateri yang menyebabkan ia mati? Jawapan ringkasnya ialah disebabkan oleh kerosakan akibat pendedahan berpanjangan kepada suhu tinggi dan sejumlah besar kitaran cas dan nyahcas, pergerakan ion litium antara elektrod akhirnya mula rosak.

Jawapan yang lebih terperinci yang membawa kita melalui tindak balas kimia yang tidak diingini, kakisan, ancaman suhu tinggi dan faktor lain yang mempengaruhi prestasi bermula dengan penjelasan tentang perkara yang berlaku dalam bateri litium-ion apabila semuanya berfungsi dengan baik.

Pengenalan kepada Bateri Litium Ion

Dalam bateri litium-ion biasa, kita akan menemui katod (atau elektrod negatif) yang diperbuat daripada litium oksida, seperti litium kobalt oksida. Kami juga akan menemui anod atau elektrod positif, yang hari ini biasanya diperbuat daripada grafit. Pemisah berliang nipis memegang kedua-dua elektrod selain untuk mengelakkan litar pintas. Dan elektrolit yang diperbuat daripada pelarut organik dan berasaskan garam litium, yang membolehkan ion litium bergerak di dalam sel.

Semasa mengecas, arus elektrik menggerakkan ion litium dari katod ke anod. Semasa nyahcas (dengan kata lain, apabila bateri digunakan), ion bergerak kembali ke arah katod.

Daniel Abraham, seorang saintis di Argonne National Laboratory yang menjalankan penyelidikan ke dalam degradasi sel litium-ion, membandingkan proses itu dengan air dalam sistem kuasa hidro. Air yang bergerak ke atas memerlukan tenaga, tetapi ia mengalir ke bawah dengan sangat mudah. Malah, ia membekalkan tenaga kinetik, kata Abraham, dengan cara yang sama seperti litium kobalt oksida dalam katod "tidak mahu melepaskan litiumnya." Seperti air yang bergerak ke atas, tenaga diperlukan untuk menggerakkan atom litium keluar dari oksida dan ke dalam anod.

Semasa pengecasan, ion diletakkan di antara kepingan grafit yang membentuk anod. Tetapi, seperti yang dikatakan Abraham, "mereka tidak mahu berada di sana; peluang pertama yang mereka dapat mereka akan bergerak kembali," seperti air yang mengalir menuruni bukit. Ini adalah detente. Bateri yang tahan lama akan menahan beberapa ribu kitaran cas-nyahcas sedemikian.

Bilakah bateri yang mati benar-benar mati?

Apabila kita bercakap tentang bateri yang mati, penting untuk memahami dua metrik prestasi: tenaga dan kuasa. Dalam sesetengah kes, kelajuan anda boleh menarik kuasa daripada bateri adalah sangat penting. Ini adalah kuasa. Dalam kenderaan elektrik, kuasa tinggi membolehkan pecutan pantas, serta brek, yang memerlukan bateri dicas dalam masa beberapa saat.

Dalam telefon bimbit, sebaliknya, kuasa tinggi adalah kurang penting daripada kapasiti, atau jumlah tenaga yang boleh disimpan oleh bateri. Bateri berkapasiti tinggi tahan lebih lama dengan sekali cas.

Dari masa ke masa, bateri merosot dalam beberapa cara yang boleh menjejaskan kedua-dua kapasiti dan kuasa, sehingga akhirnya ia tidak dapat melaksanakan fungsi asas.

Fikirkannya dalam analogi air yang lain: mengecas bateri adalah seperti mengisi baldi dengan air paip. Kelantangan baldi mewakili kapasiti atau kapasiti bateri. Kelajuan di mana anda boleh mengisinya - dengan menghidupkan paip pada penuh atau dalam titisan - adalah kuasa. Tetapi masa, suhu tinggi, pelbagai kitaran dan faktor lain akhirnya mencipta lubang dalam baldi.

Dalam analogi baldi, air bocor keluar. Dalam bateri, ion litium dikeluarkan, atau "diikat," kata Abraham. Akibatnya, mereka kehilangan keupayaan untuk bergerak di antara elektrod. Jadi selepas beberapa bulan, telefon bimbit yang pada asalnya memerlukan pengecasan sekali setiap beberapa hari kini perlu dicas setiap 24 jam. Kemudian dua kali sehari. Akhirnya, terlalu banyak ion litium akan menjadi "terikat" dan bateri tidak akan memegang sebarang cas berguna. Baldi akan berhenti menakung air.

Apa yang rosak dan mengapa

Bahagian aktif katod (sumber ion litium dalam bateri) direka bentuk dengan struktur atom khusus untuk memastikan kestabilan dan prestasi. Apabila ion bergerak ke anod dan kemudian kembali ke katod, idealnya anda ingin mereka kembali ke lokasi asalnya untuk mengekalkan struktur kristal yang stabil.

Masalahnya ialah struktur kristal boleh berubah dengan setiap cas dan nyahcas. Ion dari apartmen A tidak semestinya akan pulang ke rumah, tetapi ia mungkin berpindah ke apartmen B di sebelah. Kemudian ion dari pangsapuri B mendapati tempatnya diduduki oleh gelandangan ini dan, tanpa memasuki konfrontasi, memutuskan untuk bergerak lebih jauh ke bawah koridor. Dan sebagainya.

Secara beransur-ansur, "peralihan fasa" dalam bahan ini mengubah katod menjadi struktur kristal kristal baharu dengan sifat elektrokimia yang berbeza. Susunan tepat atom yang pada mulanya menghasilkan perubahan prestasi yang diperlukan.

Dalam bateri kereta hibrid, yang hanya diperlukan untuk membekalkan kuasa apabila kenderaan memecut atau brek, Abraham menyatakan, perubahan struktur ini berlaku lebih perlahan berbanding kenderaan elektrik. Ini disebabkan oleh fakta bahawa dalam setiap kitaran hanya sebahagian kecil ion litium bergerak melalui sistem. Akibatnya, lebih mudah bagi mereka untuk kembali ke kedudukan asal.

Masalah kakisan

Degradasi juga boleh berlaku di bahagian lain bateri. Setiap elektrod disambungkan kepada pengumpul arus, yang pada asasnya adalah sekeping logam (biasanya kuprum untuk anod, aluminium untuk katod) yang mengumpul elektron dan menggerakkannya ke dalam litar luaran. Jadi kami mempunyai tanah liat yang diperbuat daripada bahan "aktif" yang dipanggil litium kobalt oksida (yang seramik dan bukan konduktor yang sangat baik) dan bahan ikatan seperti gam yang digunakan pada kepingan logam.

Jika bahan ikatan rosak, ia akan menyebabkan permukaan pengumpul semasa "mengelupas." Jika logam terhakis, ia tidak dapat menggerakkan elektron dengan cekap.

Kakisan dalam bateri boleh disebabkan oleh interaksi elektrolit dan elektrod. Anod grafit "mudah dilepaskan", i.e. ia dengan mudah "menderma" elektron kepada elektrolit. Ini boleh mengakibatkan salutan yang tidak diingini pada permukaan grafit. Sementara itu, katod sangat "boleh teroksida," bermakna ia mudah menerima elektron daripada elektrolit, yang dalam beberapa kes boleh menghakis aluminium pengumpul semasa atau membentuk salutan pada bahagian katod, kata Abraham.

Terlalu banyak perkara yang baik

Grafit, bahan yang digunakan secara meluas untuk membuat anod, secara termodinamik tidak stabil dalam elektrolit organik. Ini bermakna bahawa dari pengecasan pertama bateri kita, grafit bertindak balas dengan elektrolit. Ini mencipta lapisan berliang (dipanggil antara muka elektrolit pepejal, atau SEI), yang akhirnya melindungi anod daripada serangan selanjutnya. Tindak balas ini juga menggunakan sedikit litium. Dalam dunia yang ideal, tindak balas ini akan berlaku sekali untuk mencipta lapisan pelindung, dan itu akan menjadi penghujungnya.

Pada hakikatnya, bagaimanapun, TEI adalah pertahanan yang sangat tidak stabil. Ia melindungi grafit dengan baik pada suhu bilik, kata Abraham, tetapi pada suhu tinggi atau apabila cas bateri menurun kepada sifar ("pelepasan dalam"), TEI boleh larut sebahagiannya dalam elektrolit. Pada suhu tinggi, elektrolit juga cenderung terurai dan tindak balas sampingan dipercepatkan.

Apabila keadaan yang menggalakkan kembali, lapisan pelindung lain akan terbentuk, tetapi ini akan memakan sebahagian daripada litium, menyebabkan masalah yang sama seperti baldi bocor. Kami perlu mengecas telefon bimbit kami dengan lebih kerap.

Jadi, kita memerlukan TEI untuk melindungi anod grafit, dan dalam kes ini, terdapat terlalu banyak perkara yang baik. Jika lapisan pelindung menjadi terlalu tebal, ia menjadi penghalang kepada ion litium, yang diperlukan untuk bergerak ke sana ke mari dengan bebas. Ini menjejaskan kuasa, yang Abraham tekankan sebagai "sangat penting" untuk kenderaan elektrik.

Mencipta Bateri yang Lebih Baik

Jadi apa yang boleh kita lakukan untuk memanjangkan hayat bateri kita? Penyelidik di makmal sedang mencari suplemen elektrolit yang berfungsi seperti vitamin dalam diet kita, i.e. akan membolehkan bateri berfungsi dengan lebih baik dan bertahan lebih lama dengan mengurangkan tindak balas berbahaya antara elektrod dan elektrolit, kata Abraham. Mereka juga sedang mencari struktur kristal baharu yang lebih stabil untuk elektrod, serta pengikat dan elektrolit yang lebih stabil.

Sementara itu, jurutera di syarikat bateri dan kenderaan elektrik sedang mengusahakan perumah dan sistem pengurusan haba dalam usaha untuk memastikan bateri litium-ion dalam julat suhu yang malar dan sihat. Kami, sebagai pengguna, dibiarkan untuk mengelakkan suhu yang melampau dan pelepasan dalam, dan terus merungut tentang bateri yang selalu kelihatan mati terlalu cepat.

Eksperimen pertama untuk mencipta sel litium galvanik telah direkodkan pada tahun 1012. Model yang benar-benar berfungsi telah dicipta pada tahun 1940, salinan pengeluaran pertama (tidak boleh dicas semula!) muncul pada tahun 70-an, dan perarakan kemenangan jenis bateri ini bermula pada awal 90-an, apabila syarikat Jepun Sony dapat menguasai komersil mereka pengeluaran.

Pada masa ini, dipercayai bahawa ini adalah salah satu bidang yang paling menjanjikan untuk mencipta sumber tenaga elektrik autonomi, walaupun kosnya agak tinggi (pada tahap semasa).

Kelebihan utama bateri jenis ini ialah ketumpatan tenaga yang tinggi (kira-kira 100 W/jam setiap 1 kg berat) dan keupayaan untuk melakukan kitaran pengecasan/penyahcasan yang besar.

Bateri yang baru dicipta juga dicirikan oleh penunjuk yang sangat baik sebagai kadar nyahcas diri yang rendah (hanya dari 3 hingga 5% pada bulan pertama, dengan penurunan seterusnya dalam penunjuk ini). Ini membolehkan

Dan bukan itu sahaja - berbanding dengan Ni-Cd yang digunakan secara meluas, litar baharu dengan dimensi yang sama memberikan prestasi tiga kali lebih besar dengan hampir tiada kesan memori negatif.

Ciri-ciri negatif

bateri litium ion.

Pertama sekali, kos yang tinggi, keperluan untuk mengekalkan bateri dalam keadaan yang dicas dan apa yang dipanggil "kesan penuaan", yang menunjukkan dirinya walaupun sel galvanik tidak digunakan. Harta terakhir yang tidak menyenangkan menunjukkan dirinya dalam penurunan kapasiti yang berterusan, yang selepas dua tahun boleh menyebabkan kegagalan lengkap produk.

Bateri litium ialah peranti yang selamat dan memakan tenaga. Kelebihan utamanya ialah berfungsi tanpa mengecas untuk masa yang lama. Ia boleh berfungsi walaupun pada suhu paling rendah. Kerana keupayaannya untuk menyimpan tenaga, bateri litium lebih unggul daripada jenis lain. Itulah sebabnya pengeluaran mereka meningkat setiap tahun. Mereka boleh terdiri daripada dua bentuk: silinder dan prismatik.

Permohonan

Ia digunakan secara meluas dalam peralatan komputer, telefon bimbit dan peralatan lain. Pengecas bateri litium mempunyai voltan operasi 4 V. Kelebihan yang paling penting ialah operasi pada julat suhu yang luas, yang berjulat dari -20 °C hingga +60 °C. Hari ini, terdapat bateri yang boleh berfungsi pada suhu di bawah -30 °C. Setiap tahun, pemaju cuba meningkatkan julat suhu positif dan negatif.

Pada mulanya, bateri litium kehilangan kira-kira 5% daripada kapasitinya, dan angka ini meningkat setiap bulan. Penunjuk ini lebih baik daripada wakil bateri lain. Bergantung pada voltan pengecasan, ia boleh bertahan dari 500 hingga 1000 kitaran.

Jenis Bateri Litium

Terdapat jenis bateri litium sedemikian yang terdapat dalam pelbagai bidang ekonomi isi rumah dan perindustrian:

• lithium-ion - untuk bekalan kuasa utama atau sandaran, pengangkutan, alat kuasa;
• nikel-garam - pengangkutan jalan raya dan kereta api;
• nikel-kadmium - pembinaan kapal dan pembuatan pesawat;
• besi-nikel - bekalan kuasa;
• nikel-hidrogen - ruang;
• nikel-zink - kamera;
• perak-zink - industri ketenteraan, dsb.

Jenis utama ialah bateri lithium-ion. Ia digunakan dalam bidang bekalan kuasa, pengeluaran alat kuasa, telefon, dll. Bateri boleh beroperasi pada suhu dari -20 ºС hingga +40 ºС, tetapi pembangunan sedang dijalankan untuk meningkatkan julat ini.

Dengan voltan hanya 4 V, jumlah haba tentu yang mencukupi dijana.

Mereka dibahagikan kepada subtipe yang berbeza, yang berbeza dalam komposisi katod. Ia diubah suai dengan menggantikan grafit atau menambah bahan khas kepadanya.

Bateri litium: peranti

Sebagai peraturan, peranti sedemikian dihasilkan dalam bentuk prismatik, tetapi terdapat juga model dalam badan silinder. Bahagian dalaman terdiri daripada elektrod atau pemisah. Badan diperbuat daripada keluli atau aluminium. Sesentuh dikeluarkan ke penutup bateri, dan ia mesti ditebat. Bateri prismatik mengandungi bilangan plat tertentu. Mereka disusun di atas satu sama lain. Untuk memberikan keselamatan tambahan, bateri litium mempunyai peranti khas. Ia terletak di dalam dan berfungsi untuk mengawal proses kerja.

Sekiranya berlaku situasi berbahaya, peranti mematikan bateri. Di samping itu, peralatan disediakan dengan perlindungan luaran. Kes itu dimeterai sepenuhnya, jadi tiada kebocoran elektrolit, serta tiada air masuk ke dalam. Caj elektrik muncul disebabkan oleh ion litium, yang berinteraksi dengan kekisi kristal unsur lain.

Pemutar skru dengan bateri litium

Ia boleh memuatkan tiga jenis bateri, yang berbeza dalam komposisi katodnya:

• kobalt-lithium;
• litium ferrofosfat;
• litium mangan.

Pemutar skru dengan bateri litium berbeza daripada yang lain dalam tahap nyahcas sendiri yang rendah. Satu lagi kelebihan penting ialah ia tidak memerlukan penyelenggaraan. Jika bateri litium rosak, anda boleh membuangnya kerana ia tidak membahayakan orang atau alam sekitar. Satu-satunya negatif ialah pengecasan rendah bateri litium, serta keperluan keselamatan yang tinggi. Sukar untuk mengecasnya pada suhu bawah sifar.

Ciri-ciri utama

Operasi pemutar skru, keadaan kuasanya, dan masa operasi yang mungkin bergantung pada ciri teknikal. Penunjuk teknikal lain termasuk:

• voltan satu bateri dalam peranti boleh berkisar antara 3 hingga 5 V;
• penunjuk keamatan tenaga maksimum mencapai 400 Wh/l;
• kehilangan caj sendiri sebanyak 5%, dan dari semasa ke semasa sebanyak 20%;
• mod pengecasan kompleks;
• Bateri dicas sepenuhnya dalam 2 jam;
• rintangan dari 5 hingga 15 mOhm/Ah;
• bilangan kitaran - 1000 kali;
• hayat perkhidmatan - dari 3 hingga 5 tahun;
• penggunaan pelbagai jenis arus untuk kapasiti bateri tertentu, sebagai contoh, kapasiti 65 ºС - arus terus digunakan.

Pengeluaran

Kebanyakan pengeluar berusaha untuk menjadikan alat kuasa lebih maju dan mematuhi teknologi moden.

Untuk melakukan ini, perlu menyediakan bateri yang baik dalam reka bentuk. Syarikat pembuatan yang paling popular ialah:

1. syarikat Bosh. Bateri litium dihasilkan menggunakan teknologi ECP baharu. Dialah yang mengawal pelepasan peranti. Satu lagi sifat berguna ialah perlindungan terhadap terlalu panas. Pada kuasa tinggi, peranti khas menurunkan suhu. Reka bentuk bateri mempunyai lubang yang berfungsi sebagai pengudaraan dan menyejukkan bateri. Teknologi lain ialah Caj, berkat pengecasan yang berlaku lebih cepat. Selain itu, Bosh menghasilkan bateri untuk pelbagai alatan elektrik. Ramai pengguna meninggalkan ulasan yang baik tentang syarikat ini.
2. syarikat Makita. Ia menghasilkan litar mikro sendiri yang mengawal semua parameter operasi dan proses dalam bateri, sebagai contoh, suhu, kandungan cas. Terima kasih kepada ini, anda boleh memilih mod pengecasan dan masa pengecasan. Litar mikro sedemikian meningkatkan hayat perkhidmatan. Bateri dihasilkan dengan perumah yang cukup kuat, jadi ia tidak tertakluk kepada tekanan mekanikal.
3. syarikat Hitachi. Terima kasih kepada teknologi terkininya, berat dan dimensi keseluruhan bateri dikurangkan. Inilah sebabnya mengapa alat elektrik menjadi ringan dan mudah alih.

Ciri-ciri operasi

Apabila menggunakan bateri, anda mesti mematuhi peraturan berikut:

1. Tidak perlu menggunakan bateri litium untuk elemen individu yang tidak dilindungi, dan membeli bahagian Cina yang murah. Peranti sedemikian tidak akan selamat, kerana tidak akan ada sistem yang melindungi daripada litar pintas dan suhu tinggi. Iaitu, jika bateri terlalu panas dengan ketara, ia boleh meletup dan hayat perkhidmatannya akan menjadi lebih pendek.
2. Jangan panaskan bateri. Apabila suhu di dalam peranti meningkat, tekanan meningkat. Tindakan ini akan membawa kepada letupan. Oleh itu, tidak perlu membuka penutup atas bateri dan meletakkannya di tempat yang terdedah kepada cahaya matahari. Tindakan sedemikian akan memendekkan hayat perkhidmatan.
3. Jangan bawa sumber elektrik tambahan berhampiran sesentuh di bahagian atas penutup, kerana litar pintas mungkin berlaku. Sistem perlindungan terbina dalam tidak akan sentiasa membantu dalam perkara ini.
4. Bateri mesti dicas mengikut semua peraturan. Semasa mengecas, anda harus menggunakan yang mengagihkan arus secara sama rata.
5. Prosedur pengecasan bateri dijalankan pada suhu positif.
6. Sekiranya terdapat keperluan untuk menyambungkan beberapa bateri litium, maka anda perlu menggunakan model dari pengeluar yang sama dan ciri teknikal yang serupa.
7. Bateri litium hendaklah disimpan di tempat kering yang tidak terdedah kepada cahaya matahari dengan suhu melebihi 5 ºC. Apabila peralatan terdedah kepada suhu tinggi, cas akan berkurangan. Sebelum disimpan semasa musim sejuk, bateri dicas hingga 50% daripada kapasitinya. Penjagaan mesti diambil untuk memastikan bateri tidak dinyahcas sepenuhnya. Jika ini berlaku, caskannya dengan segera. Sekiranya terdapat kerosakan mekanikal pada badan, serta tanda-tanda karat, peranti tidak boleh digunakan.
8. Jika semasa operasi bateri mengalami terlalu panas atau asap yang ketara, anda harus segera berhenti menggunakannya. Selepas ini, alihkan peranti yang rosak ke tempat yang selamat. Jika bahan dilepaskan daripada badan, ia mesti dihalang daripada bersentuhan dengan kulit atau organ lain.
9. Jangan buang atau bakar bateri litium. Pelupusan mereka berlaku sekiranya berlaku kerosakan mekanikal pada perumahan, letupan, atau kemasukan air atau wap.

Mengenai kebakaran

Jika kebakaran berlaku dalam bateri litium, ia tidak boleh dipadamkan dengan air dan alat pemadam api - karbon dioksida dan air boleh bertindak balas dengan litium. Untuk memadamkannya, anda harus menggunakan pasir, garam, dan juga dengan kain tebal.

Proses pengecasan

Bateri litium, pengecas yang disambungkan kepada arus terus, dicas pada voltan 5 V dan ke atas.

Terdapat kelemahan - mereka tidak tahan terhadap pengecasan berlebihan. Peningkatan suhu di dalam perumahan membawa kepada kerosakan.

Arahan pengendalian menunjukkan tahap khas. Apabila ia dicapai, ia perlu dicaj. Jika anda meningkatkan voltan pengecasan, sifat bateri litium akan berkurangan dengan ketara.

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, hayat bateri adalah 3 tahun. Untuk mengekalkan tempoh ini, anda mesti mematuhi syarat pengendalian, pengecasan dan penyimpanan. Di samping itu, ia mesti berfungsi secara kekal dan tidak disimpan.

Caj berlebihan

Reka bentuk bateri termasuk sistem pengecasan semula, jadi anda tidak perlu memutuskan sambungan pengecas dan jangan takut bahawa komposisi di dalamnya akan mendidih, seperti yang berlaku dengan bateri kereta.

Jika peralatan akan disimpan selama lebih daripada satu bulan, ia mesti dilepaskan sepenuhnya. Ini akan memanjangkan hayat perkhidmatan dengan ketara.

harga

Harga bateri lithium-ion bergantung pada kapasiti dan ciri teknikal.

Secara purata, ia berbeza dari 100 hingga 500 rubel. Walaupun kos ini, ramai pengguna meninggalkan ulasan positif. Antara aspek positif ialah julat suhu operasi yang luas, kuasa tinggi dan keupayaan untuk beroperasi lebih daripada 1000 kitaran (kira-kira 3 tahun penggunaan intensif). Peranti ini digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang, jadi semua orang boleh menghargai faedah mereka.

Jadi, kami mengetahui apa itu bateri litium.

Kebanyakan peranti elektronik moden, seperti komputer riba, telefon atau pemain, dilengkapi dengan bateri litium-ion, yang bertindak sebagai sumber kuasa autonomi. Bateri ion ini dibangunkan agak baru-baru ini, tetapi disebabkan ciri-cirinya, ia telah mendapat populariti besar di kalangan pereka dan pengeluar alat. Kini, sebagai tambahan kepada pelbagai perkakas rumah, banyak alat penamat dan pembaikan, pemutar skru atau mesin pemotong dilengkapi dengan sumber kuasa sedemikian. Artikel ini membincangkan jenis bateri litium-ion, skop penggunaan dan prinsip operasinya.

Jenis bateri lithium ion

Bateri boleh dicas semula, yang beroperasi pada prinsip menyimpan tenaga dan mengagihkannya kepada peranti yang digunakan, terdapat dalam beberapa jenis yang boleh digabungkan menjadi satu unit litium-ion. Bateri ini termasuk:

1. Bateri litium kobalt. Peranti sedemikian terdiri daripada anod grafit dan katod yang diperbuat daripada oksida kobalt. Katod mempunyai struktur plat dengan jurang antara bahagian, jadi apabila kuasa digunakan, ion litium dibekalkan ke plat dari anod, tindak balas elektromagnet berlaku, dan voltan dikenakan pada terminal. Kelemahan sistem sedemikian ialah rintangan lemah mekanisme terhadap perubahan suhu, kerana pada suhu negatif bateri dilepaskan, walaupun ia tidak disambungkan kepada pengguna. Semasa mengecas semula produk, arah arus berubah, dan ion litium mengalir melalui katod ke anod, ia terkumpul, dan voltan meningkat. Dilarang sama sekali untuk menyambungkan pengecas ke bateri yang voltan undiannya lebih tinggi daripada bahagian itu, jika tidak, bateri mungkin terlalu panas, plat akan cair, dan kes akan retak;
2. Bateri litium mangan. Juga terpakai untuk bateri litium-ion, medium kerjanya diperbuat daripada spinel mangan dalam bentuk terowong berbentuk silang tiga dimensi. Tidak seperti sistem kobalt, asas jenis ini memastikan laluan tanpa halangan ion litium dari anod ke katod dan kemudian ke kenalan peranti. Kelebihan utama bateri lithium-ion mangan adalah rintangan rendah bahan, jadi bateri sedemikian sering digunakan untuk kenderaan hibrid, alat yang menggunakan sejumlah besar arus, atau dalam peralatan perubatan yang beroperasi secara autonomi. Bateri boleh dipanaskan sehingga 80 darjah semasa pengecasan, dan arus undian boleh sehingga 20-30 Amperes. Ia tidak disyorkan untuk mendedahkan bateri kepada voltan semasa yang lebih tinggi daripada 50A selama lebih daripada dua saat, jika tidak spinel mungkin terlalu panas dan gagal;

1. Bateri litium ion dengan katod besi fosfat. Bateri sedemikian jarang berlaku kerana kos pengeluaran yang agak tinggi, harga akhirnya lebih tinggi sedikit daripada bateri litium-ion lain. Katod fosfat mempunyai kelebihan yang besar: ia mempunyai hayat perkhidmatan produk dan kekerapan pengecasan yang jauh lebih baik daripada peranti serupa. Selalunya, bateri ini mempunyai jaminan selama 10 hingga 50 tahun atau kira-kira 500 kitaran pengecasan. Disebabkan penunjuk sedemikian, bateri dengan fosfat besi sering digunakan dalam industri apabila perlu untuk mendapatkan voltan keluaran tinggi;
2. Bateri ion kobalt oksida mangan litium nikel. Ini adalah yang paling praktikal, dari sudut pandangan kos pengeluaran dan kebolehpercayaan produk siap, gabungan bahan untuk pembuatan katod. Disebabkan oleh sifat elektrokimia bahan yang disenaraikan, katod yang diperbuat daripadanya mempunyai nilai rintangan yang rendah, jadi semasa tempoh bateri tidak aktif yang lama, pelepasan akan menjadi minimum. Selain itu, dengan meningkatkan saiz sel kaca atau katod, anda boleh meningkatkan jumlah kapasiti bateri atau meningkatkan voltan. Rahsianya terletak pada gabungan mangan dan nikel, yang, apabila digabungkan dengan betul, menghasilkan rantai dengan sifat elektrokimia yang tinggi;
3. Bateri litium titanat. Dibangunkan pada awal 1980-an, tidak seperti bateri ion dengan teras grafit, katod peranti ini diperbuat daripada nanocrystals lithium titanate. Katod yang diperbuat daripada bahan ini membolehkan bateri dicas semula dalam tempoh yang singkat dan mengekalkan voltan dengan rintangan sifar. Unit ini sering digunakan dalam sistem lampu jalan autonomi, apabila perlu untuk mengumpul tenaga dalam tempoh yang singkat dan mengedarkannya kepada pengguna untuk masa yang lama. Kelemahan sistem sedemikian adalah kos bateri siap yang agak tinggi, tetapi ia dengan cepat membayar untuk dirinya sendiri disebabkan oleh peningkatan hayat perkhidmatan bahagian tersebut.

Penting! Semua bateri litium-ion yang disenaraikan adalah bateri bebas penyelenggaraan, jadi sekiranya berlaku kerosakan atau kegagalan, ia tidak akan dapat dibaiki atau melakukan kerja servis untuk menambah elektrolit. Sebarang manipulasi untuk membuka penutup bateri akan membawa kepada kemusnahan plat bateri dan kegagalan sepenuhnya.

Prinsip kerja bateri litium ion

Semua bateri litium-ion mempunyai struktur yang sama, yang mempunyai beberapa perbezaan kecil yang tidak menjejaskan prinsip operasi bahagian tersebut. Cangkang luar diperbuat daripada bahan komposit, plastik atau logam bukan ferus nipis, yang sangat jarang berlaku. Selalunya, bateri terdiri daripada bekas plastik, terminal logam untuk bersentuhan dengan pengguna dan rod dalaman dengan voltan positif dan negatif. Litium dalaman dicas dengan menyambungkan peranti luaran dengan arus yang stabil, tetapi setiap produk mempunyai cas utama, yang berlaku disebabkan oleh tindak balas kimia antara anod dan katod.

Proses pada elektrod negatif, diperbuat daripada bahan berkarbon, yang mempunyai rupa grafit berlapis semula jadi, adalah rawak; atom bercas elektrik bergerak melalui matriks tanpa kehilangan voltan. Semua penunjuk dalam sektor ini adalah negatif.

Elektrod positif bateri litium dibuat secara eksklusif daripada kobalt atau nikel oksida, serta spinel mangan litium. Semasa nyahcas, ion litium bergerak menjauhi teras karbon dan, selepas bertindak balas dengan oksigen, menembusi katod dan tergesa-gesa keluar, tetapi ia tidak boleh meninggalkan badan bateri. Ion litium yang dicas kehilangan voltannya dan kekal pada permukaan anod sehingga litium dicas. Semasa pengecasan, keseluruhan proses berlaku dalam susunan terbalik.

Reka bentuk bateri ion litium

Seperti bateri beralkali, bateri litium dihasilkan dalam bentuk silinder atau boleh berbentuk prismatik. Bateri silinder menggunakan elektrod bergulung sebagai teras, ditebat dengan cangkerang khas dan diletakkan dalam bekas logam, yang disambungkan kepada unsur bercas negatif. Untuk mengekalkan kekutuban, hubungan negatif terletak di bahagian bawah, dan hubungan positif berada di bahagian atas bahagian, dan unsur-unsur ini tidak boleh menyentuh satu sama lain, jika tidak, arus akan beredar melalui konduktor, yang akan membawa kepada pelepasan spontan.

Bentuk prismatik bateri ion litium agak biasa. Dalam reka bentuk ini, teras dibentuk dengan menyusun plat khas di atas satu sama lain, yang terletak pada jarak minimum antara satu sama lain. Sistem ini membolehkan prestasi teknikal yang lebih tinggi, tetapi disebabkan oleh pemasangan ketat pada plat semasa bateri sedang dicas, teras mungkin terlalu panas dan jaringan akan cair, yang membawa kepada penurunan produktiviti bahagian.

Anda selalunya boleh menemui sistem peranti bateri litium-ion gabungan, di mana elektrod digulung menjadi gulungan dan dibentuk menjadi silinder bujur. Pada masa yang sama, peraturan peralihan lancar diperhatikan, dan pada masa yang sama, bahagian lurus meniru bentuk plat. Bateri sedemikian mempunyai ciri kedua-dua jenis produk, hayat perkhidmatannya lebih lama.

Semasa tindak balas kimia dan operasi bateri, gas terbentuk di dalam bekas yang mengandungi bahan berbahaya. Untuk mengeluarkan wap ini dengan cepat, terdapat saluran keluar dalam kes bateri litium-ion, yang disambungkan ke bank dan segera mengeluarkan gas terkumpul dari rongga bateri. Sesetengah bateri berkuasa tinggi dilengkapi dengan injap khas yang diaktifkan semasa pengumpulan wap kritikal.

Memeriksa Bateri Litium Ion

Caj litium di dalam bateri memerlukan pemeriksaan berkala, walaupun pada hakikatnya bateri yang dinyatakan dianggap bebas penyelenggaraan, memandangkan bekasnya dimeterai, bateri masih perlu diperiksa menggunakan peranti khas.

Pemeriksaan sentiasa bermula dengan pemeriksaan luaran, di mana badan bahagian diperiksa untuk keretakan dan ubah bentuk. Terminal bateri juga diperiksa dan dibersihkan daripada pengoksidaan dan bahan cemar lain.

Penting! Adalah perlu untuk memastikan bateri bersih, mengelakkan hubungan terputus bersama-sama, kerana ini boleh menyebabkan pelepasan bateri sepenuhnya, yang akan menjadi sangat bermasalah untuk dipulihkan.

Untuk memeriksa keadaan dalaman teras, palam beban digunakan, yang disambungkan ke terminal dan mengukur voltan undian dalam rangkaian. Kemudian pelepasan dikenakan pada bateri, dan peranti membaca penunjuk pengekalan semasa di dalam bahagian. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa bateri mesti dicas sepenuhnya pada masa ujian, jika tidak, bacaan akan menjadi tidak tepat.

Aplikasi bateri litium ion

Bateri litium ion digunakan dalam banyak aplikasi bergantung pada konfigurasi, bentuk dan penarafan voltannya. Penggunaan bateri yang paling biasa adalah dalam industri automotif; setiap kenderaan mempunyai sumber kuasa sendiri, yang bertanggungjawab untuk menghidupkan kereta dan melaksanakan fungsi lain.

Bateri ini juga digunakan dalam peranti mudah alih, komputer riba dan alat lain. Reka bentuk bateri sedemikian adalah serupa dengan bateri kereta, satu-satunya perbezaan adalah dimensi produk, yang boleh menjadi saiz kotak mancis.

Baru-baru ini, ia telah menjadi popular untuk memperkenalkan bateri litium-ion ke dalam sistem kuasa yang tidak terganggu di rumah dan sebagai sumber elektrik kecemasan, manakala bateri disambungkan secara kekal ke rangkaian pusat. Semasa peranti beroperasi, bateri dicas dari stesen janakuasa mudah, dan apabila kuasa dimatikan, ia secara automatik mula membekalkan arus kepada pengguna. Dalam kes ini, bateri boleh dicas semula mesti diletakkan dengan betul dan disediakan dengan sistem perlindungan terlalu panas.

Video

Untuk masa yang lama, bateri asid adalah satu-satunya peranti yang mampu membekalkan arus elektrik kepada objek dan mekanisme autonomi. Walaupun arus maksimum yang tinggi dan rintangan dalaman yang minimum, bateri sedemikian mempunyai beberapa kelemahan yang mengehadkan penggunaannya dalam peranti yang menggunakan sejumlah besar elektrik atau dalam ruang tertutup. Dalam hal ini, bateri litium-ion kekurangan banyak kualiti negatif pendahulunya, walaupun ia mempunyai kelemahan.

kandungan

Apakah bateri ion litium

Bateri litium pertama muncul 50 tahun yang lalu. Produk sedemikian adalah bateri biasa, di mana anod litium dipasang untuk meningkatkan tahap output elektrik. Produk sedemikian mempunyai ciri prestasi yang sangat tinggi, tetapi salah satu kelemahan yang paling serius ialah kebarangkalian tinggi penyalaan litium apabila katod terlalu panas. Memandangkan ciri ini, saintis akhirnya menggantikan unsur tulen dengan ion logam, akibatnya keselamatan meningkat dengan ketara.

Bateri li-ion moden sangat dipercayai dan boleh menahan sejumlah besar kitaran cas dan nyahcas. Mereka mempunyai kesan ingatan yang minimum dan berat yang agak ringan. Disebabkan sifat ini, bateri litium digunakan secara meluas dalam banyak peranti. Produk ini boleh digunakan sebagai bateri, dalam bentuk bateri untuk perkakas rumah, dan juga sebagai sumber daya tarikan yang sangat cekap tenaga elektrik.

Hari ini, peranti sedemikian mempunyai beberapa kelemahan:

• kos yang tinggi;
• tidak suka pelepasan dalam;
• boleh mati pada suhu rendah;
• kehilangan kapasiti apabila terlalu panas.

Bagaimanakah pengeluaran bateri li-ion dijalankan?

Bateri litium-ion dihasilkan dalam beberapa peringkat:

1. Pembuatan elektrod.
2. Menggabungkan elektrod ke dalam bateri.
3. Memasang papan perlindungan.
4. Memasang bateri ke dalam kes.
5. Pengisian dengan elektrolit.
6. Menguji dan mengecas.

Di semua peringkat pengeluaran, teknologi dan langkah keselamatan mesti dipatuhi, yang akhirnya membolehkan kita memperoleh produk berkualiti tinggi.

Bateri litium-ion menggunakan kerajang sebagai katod dengan bahan yang mengandungi litium termendap di permukaannya.

Bergantung pada tujuan bateri, sebatian litium berikut boleh digunakan:

• LiCoO2;
• LiNiO2;
• LiMn2O4.

Apabila menghasilkan sumber kuasa silinder saiz AA dan AAA, elektrod utama digulung menjadi gulungan, yang dipisahkan daripada anod oleh pemisah. Dengan kawasan katod yang besar, filem yang mempunyai ketebalan minimum, adalah mungkin untuk mencapai keamatan tenaga tinggi produk.

Prinsip operasi dan reka bentuk bateri li-ion

Bateri litium ion berfungsi seperti berikut:

1. Apabila arus elektrik terus dikenakan pada sesentuh bateri, kation litium bergerak ke dalam bahan anod.
2. Semasa proses nyahcas, ion litium meninggalkan anod dan menembusi ke dalam dielektrik hingga kedalaman 50 nm.

Dalam "kehidupan" bateri litium-ion, boleh terdapat sehingga 3,000 kitaran sedemikian, manakala bateri boleh menghantar hampir semua arus elektrik yang terkumpul semasa proses pengecasan. Pelepasan dalam tidak membawa kepada pengoksidaan plat, yang menjadikan produk sedemikian menonjol berbanding bateri asid.

Tidak semua bateri li-ion bertolak ansur dengan pelepasan dalam dengan baik. Jika bateri sedemikian dipasang dalam telefon atau kamera (jenis AAA), maka jika ia dilepaskan secara mendalam, papan pengawal menyekat keupayaan untuk mengecas bateri atas sebab keselamatan, jadi tidak mungkin untuk mengecasnya tanpa pengecas khas . Jika ini adalah bateri litium daya tarikan untuk motor bot, maka ia tidak akan takut sama sekali terhadap pelepasan yang dalam.

Tidak seperti bateri AA, bateri kompleks terdiri daripada beberapa sumber elektrik berasingan yang disambungkan secara selari atau bersiri. Kaedah sambungan bergantung pada penunjuk elektrik yang perlu ditingkatkan.

Saiz dan jenis bateri li-ion

Bateri litium-ion telah meluas. Sumber arus elektrik sedemikian digunakan dalam pelbagai peranti isi rumah, alat dan juga kereta. Di samping itu, bateri litium-ion industri dengan kapasiti besar dan voltan tinggi dihasilkan. Jenis bateri litium yang paling popular ialah:

Nama	Diameter, mm	Panjang, mm	Kapasiti, mAh
10180	10	18	90
10280	10	28	180
10440 (AAA)	10	44	250
14250 (AA/2)	14	25	250
14500	14	50	700
15270 (CR2)	15	27	750-850
16340 (CR123A)	17	34.5	750-1500
17500 (A)	17	50	1100
17670	17	67	1800
18500	18	50	1400
18650 (168A)	18	65	2200-3400
22650	22	65	2500-4000
25500 (jenis C)	25	50	2500-5000
26650	26	50	2300-5000
32600 (jenis D)	34	61	3000-6000

Dua digit pertama sebutan tersebut menunjukkan diameter produk, pasangan kedua - panjang. "0" terakhir diletakkan jika bateri berbentuk silinder.

Sebagai tambahan kepada bateri silinder, industri menghasilkan bateri jenis "" dengan voltan 9v dan bateri industri berkuasa dengan voltan 12v, 24v, 36v dan 48v.

Bateri untuk penumpuk

Bergantung pada elemen yang ditambahkan pada produk, bekas bateri mungkin mempunyai tanda berikut:

• ICR – mengandungi kobalt;
• IMR - - - - mangan;
• INR - - - - nikel dan mangan;
• NCR - - - - nikel dan kobalt.

Bateri litium berbeza bukan sahaja dalam saiz dan bahan tambahan kimia, tetapi terutamanya dalam kapasiti dan voltan. Kedua-dua parameter ini menentukan kemungkinan penggunaannya dalam jenis peranti elektrik tertentu.

Di manakah bateri li-ion digunakan?

Bateri litium-ion tidak mempunyai alternatif di mana bateri diperlukan yang boleh menghantar hampir semua tenaga elektrik dan melakukan sejumlah besar kitaran cas/nyahcas tanpa mengurangkan kapasiti. Kelebihan peranti sedemikian adalah beratnya yang agak rendah, kerana tidak perlu menggunakan grating plumbum dalam peranti sedemikian.

Memandangkan ciri prestasi tinggi mereka, produk tersebut boleh digunakan:

1. Sebagai bateri pemula. Bateri litium untuk kereta menjadi lebih murah setiap tahun, terima kasih kepada perkembangan baharu yang mengurangkan kos pengeluaran. Malangnya, harga bateri sedemikian boleh menjadi sangat tinggi, jadi ramai pemilik kereta tidak mampu membeli bateri sedemikian. Kelemahan bateri litium-ion termasuk penurunan kuasa yang ketara pada suhu di bawah tolak 20 darjah, jadi di kawasan utara operasi produk sedemikian akan menjadi tidak praktikal.
2. Sebagai peranti daya tarikan. Disebabkan oleh fakta bahawa bateri litium-ion dengan mudah boleh menahan pelepasan dalam, ia sering digunakan sebagai bateri daya tarikan untuk motor bot elektrik. Sekiranya kuasa enjin tidak terlalu tinggi, maka satu cas cukup untuk 5 - 6 jam operasi berterusan, yang cukup untuk memancing atau menaiki bot. Bateri litium-ion daya tarikan juga dipasang pada pelbagai peralatan pemuatan (penyusun elektrik, forklift elektrik) yang beroperasi di ruang tertutup.
3. Dalam perkakas rumah. Bateri litium-ion digunakan dalam pelbagai peranti isi rumah dan bukannya bateri standard. Produk sedemikian mempunyai voltan 3.6v - 3.7v, tetapi terdapat model yang boleh menggantikan bateri garam atau alkali biasa dengan 1.5 Volt. Anda juga boleh mencari bateri 3v (15270, ), yang boleh dipasang dan bukannya 2 bateri standard.

Produk sedemikian digunakan terutamanya dalam peranti berkuasa di mana bateri garam konvensional dilepaskan dengan sangat cepat.

Bateri daya tarikan

Peraturan untuk menggunakan bateri li ion

Hayat perkhidmatan bateri litium dipengaruhi oleh banyak faktor, pengetahuan yang akan meningkatkan sumber dengan ketara. Apabila menggunakan bateri jenis ini anda mesti:

1. Cuba jangan biarkan bateri habis sepenuhnya. Walaupun rintangan bateri yang tinggi terhadap pengaruh sedemikian, adalah dinasihatkan untuk tidak memerah semua "jus" daripadanya. Penjagaan khusus harus diambil apabila mengendalikan bateri ini dengan UPS dan motor elektrik berkuasa tinggi. Sekiranya bateri dilepaskan sepenuhnya, perlu segera menghidupkannya, iaitu menyambungkannya ke pengecas khas. Anda boleh meningkatkan bateri walaupun selepas tinggal lama dalam keadaan nyahcas dalam, yang mana anda perlu melakukan pengecasan berkualiti tinggi selama 12 jam, kemudian nyahcas bateri.
2. Elakkan pengecasan berlebihan. Pengecasan berlebihan menjejaskan prestasi produk secara negatif. Pengawal terbina dalam tidak selalu dapat mematikan bateri dalam masa, terutamanya apabila pengecasan dijalankan di dalam bilik sejuk.

Sebagai tambahan kepada pengecasan berlebihan dan pelepasan yang berlebihan, bateri harus dilindungi daripada tekanan mekanikal yang berlebihan, yang boleh menyebabkan penurunan tekanan kes dan kebakaran komponen dalaman bateri. Atas sebab ini, adalah dilarang untuk menghantar melalui mel bateri yang mengandungi lebih daripada 1 g litium tulen.

Digunakan sebagai bateri untuk pemutar skru, komputer riba dan telefon

Bagaimana untuk menyimpan bateri lithium ion

Sekiranya terdapat keperluan untuk penyimpanan jangka panjang bateri lithium-ion, maka untuk meminimumkan kesan negatif pada produk, anda mesti mematuhi cadangan berikut:

1. Simpan produk hanya di tempat yang kering dan sejuk.
2. Bateri mesti dikeluarkan dari peranti elektrik.
3. Bateri mesti dicas sebelum disimpan. Voltan minimum di mana proses kakisan dalaman tidak akan terbentuk ialah 2.5 Volt setiap 1 elemen.

Memandangkan nyahcas sendiri rendah bateri sedemikian, bateri boleh disimpan dengan cara ini selama beberapa tahun, tetapi dalam tempoh ini kapasiti sel pasti akan berkurangan.

Kitar semula bateri litium-ion

Bateri litium-ion mengandungi bahan yang berbahaya kepada kesihatan dan tidak boleh dibuka di rumah. Selepas bateri telah menghabiskan hayat perkhidmatannya, ia mesti dikembalikan untuk kitar semula selanjutnya. Di pusat pengumpulan khusus anda boleh menerima pampasan kewangan untuk bateri litium lama, kerana produk tersebut mengandungi unsur mahal yang boleh digunakan semula.