Bevezetés a lítium akkumulátorcellák alapvető ismereteiről

1, lítium akkumulátor cellák összetétele

1- Pozitív elektróda anyag: lítiumvegyületek, például lítium -kobalt -oxid (licoo ₂), lítium -mangán -oxid (limn ₂ o ₄), lítium vas -foszfát (LIFEPO ₄) és hármas anyagok (linixcoymnzo ₂) általánosan használnak. A különböző pozitív elektródaanyagok eltérő teljesítményjellemzőkkel rendelkeznek. Például a lítium -kobalt -oxid nagy energia sűrűségű, de viszonylag alacsony biztonsággal rendelkezik, míg a lítium vas -foszfát magas biztonsággal és hosszú élettartammal rendelkezik, de viszonylag alacsony energia sűrűséggel rendelkezik.

2- Negatív elektróda anyag: Általában szén anyagokból, például grafitból készül, annak funkciója, hogy lítium -ionokat tároljon a töltés során és felszabaduljon a lítium -ionok kiürülése során. A negatív elektródaanyagok közé tartozik a köztes fázisú szén mikrogömbök, a lítium -titanát stb.

3- Diamhragm: Porózus polimer film, amely a pozitív és negatív elektródok izolálására, a rövidzárlat megakadályozására szolgál, és lehetővé teszi a lítium -ionok áthaladását. A membrán anyaga általában poliolefin porózus membrán.

4- Elektrolit: főként lítiumsókból (például lítium -hexafluor -foszfát LIPF ₆) és szerves oldószerekből áll, amelyek felelősek a lítium -ionok lefolytatásáért a pozitív és a negatív elektródok között. Az elektrolit lehet folyékony vagy gél.

5- Héja: Az akkumulátor héja acélból, alumíniumból, nikkel bevont vasból vagy alumínium-műanyag filmből készülhet. A héj tartalmaz egy kupakot az akkumulátorhoz, amely a pozitív és negatív elektródok kimeneteként szolgál.

 

2, A lítium akkumulátorcellák működési elve

A töltés során a lítium -ionok felszabadulnak a pozitív elektróda anyagból, áthaladnak az elektroliton az elválasztón keresztül, és beágyazódnak a negatív elektróda anyagba; A kisülés során a lítium -ionok felszabadulnak a negatív elektróda anyagból, áthaladnak az elektroliton az elválasztón keresztül, és visszatérnek a pozitív elektróda anyaghoz, amely áramot generál ebben a folyamatban.

 

3, Lítium akkumulátor cellák osztályozása

 

1- Megjelenés szerint osztályozva: négyzet alakú lítium akkumulátor, hengeres lítium akkumulátor, puha csomagos lítium akkumulátor;

2- Osztályokból osztályozva: alumínium héjú lítium akkumulátorok, acélhéj -lítium akkumulátorok és puha csomag akkumulátorok;

3- Pozitív elektróda anyaggal osztályozva: lítium -kobalt -oxid (LICOO2), lítium -mangán -oxid (LIMN2O4), ternary lítium (linixcoymnzo2), lítium vas -foszfát (LIFEPO4);

4- Elektrolit állapot szerint osztályozva: lítium-ion akkumulátorok (LIB) és polimer akkumulátorok (PLB);

5- Cél szerint osztályozva: szokásos akkumulátorok és energiatörökök.

6- A teljesítményjellemzők szerint osztályozva: Nagy kapacitású akkumulátorok, nagy sebességű akkumulátorok, magas hőmérsékletű akkumulátorok, alacsony hőmérsékletű akkumulátorok stb.

 

4, A lítium akkumulátorcellák jellemzői

1. Nagy energiájú sűrűség: A lítium akkumulátor cellák több energiát tudnak tárolni, lehetővé téve a lítium akkumulátorok számára, hogy nagyobb energiatermelést kapjanak, mint más típusú akkumulátorok ugyanabban a térfogatban vagy súlyban.

2. Hosszú ciklusú élettartam: Több töltési és kisülési ciklus után továbbra is fenntarthatja a jó teljesítményt, általában több száz vagy akár ezer ciklust érve.

3. Alacsony önmegkérési sebesség: Ha nem használják, akkor az önmentési sebesség lassú, és hosszú ideig képes fenntartani az energiát.

4. Környezetvédelem: Nem tartalmaz nehézfémeket, például a higanyt és a kadmiumot, és viszonylag környezetbarát.

 

5, a közös kifejezések magyarázata

1. kapacitás

Arra utal, hogy az akkumulátorban lítiumból származó villamosenergia -mennyiség bizonyos kisülési körülmények között beszerezhető. Az akkumulátor kapacitásának képlete q=i * t, a Coulombs -ban mérve. Az akkumulátor kapacitási egységét AH (amper órás) vagy MAH (Milliamper Hour) néven adják meg, ami azt jelenti, hogy az 1AH akkumulátor 1 órás árammal kiüríthető, ha teljesen fel van töltve.

Korábban a Nokia régi telefonjainak akkumulátora (például BL -5 C) általában 500 mAh volt. Manapság az okostelefonok akkumulátora 800-1900 mah, az elektromos kerékpárok általában 10-20 AH, és az elektromos autók általában 20-200 AH.

2. Töltési ráta/kisülési ráta

Ez a töltéshez és a kibocsátáshoz használt árammennyiséget képviseli, amelyet általában az akkumulátor névleges kapacitásának szorzóként számolnak, amelyet általában több Celsius foknak neveznek. 15 0 0MAH kapacitású akkumulátorhoz az 1C -t 1500 mAh -nak kell megadni. Ha 2 ° C -on ürítik, akkor 3000 mA -os árammal ürítik, és 0,1 ° C -on ürítik, és 150 mA árammal töltik fel és ürítik.

3. feszültség (OCV: nyitott áramkör feszültsége)

Az akkumulátor feszültsége általában a lítium akkumulátor névleges feszültségére (más néven névleges feszültség) utal. A szokásos lítium akkumulátor névleges feszültsége általában 3,7 V, és a feszültség fennsíkjára 3,7 V -ra is hivatkozunk.

Ha az akkumulátor kapacitása 20 ~ 80%, akkor a feszültséget 3,7 V körül koncentrálják (3,6 ~ 3,9 V), és ha a kapacitás túl magas vagy túl alacsony, akkor a feszültség jelentősen megváltozik.

4. Energia/Power

Az energiát (e), amelyet egy akkumulátor felszabadíthat, ha egy bizonyos standardba ürítik, WH (watt órák) vagy kWh (kilowatt órák), 1 kWh =1 kWh -ban mérik.

E=u*i*t, ez egyenlő az akkumulátor feszültségének szorzásával az akkumulátor kapacitásával is

A teljesítmény képlete, p=u*i=e/t, jelzi, hogy az egység időnként felszabadítható energia mennyisége van. Az egység W (Watts) vagy KW (kilowatt). Az 1500 mAh -os kapacitású akkumulátor nominális feszültsége 3,7 V, ami 5,55W -os energiának felel meg.

5. ellenállás

Annak a ténynek köszönhetően, hogy a töltés és a kibocsátás nem lehet egyenértékű az ideális energiaforrással, van bizonyos belső ellenállás. A belső ellenállás természetesen energiát fogyaszt, minél kisebb a belső ellenállás, annál jobb.

Az akkumulátor belső ellenállásának egysége milliohms (m Ω).

Egy tipikus akkumulátor belső ellenállása ohmikus ellenállásból és polarizációs ellenállásból áll, és a belső ellenállás nagyságát az anyag, a gyártási folyamat és az akkumulátor szerkezete befolyásolja.

6. Kerékciklusi élet

Az akkumulátor feltöltését és ürítését egykor ciklusnak nevezzük, és a ciklus élettartama fontos mutatója az akkumulátor élettartamának teljesítményének méréséhez.

Az IEC szabvány előírja, hogy a mobiltelefon -lítium akkumulátorokat {{0}}. 500 ciklus után az akkumulátor kapacitását a kezdeti kapacitás legalább 60% -ánál kell fenntartani. Vagyis a lítium akkumulátorok ciklus élettartama 500 -szor.

A Nemzeti Szabvány szerint 300 -szoros ciklus élettartama után a kapacitást a kezdeti kapacitás 70% -án kell fenntartani. Ha az akkumulátor kapacitása kevesebb, mint a kezdeti kapacitás 60% -a, akkor általában úgy tekintik, hogy selejtezik.

7. A kisülés mélysége (DOD)

Az akkumulátor által felszabadított kapacitás százalékos aránya a névleges kapacitásig határozható meg.

Minél mélyebb a lítium akkumulátorok kisülési mélysége, annál rövidebb az akkumulátor élettartama.

8. Vágja le a feszültséget

A végződés feszültségét a töltési végzési feszültségre és a kiürítés befejezési feszültségére osztják, ami azt jelenti, hogy a feszültség, amelyen az akkumulátor nem tudja folytatni a töltést vagy a kisülést. A töltés vagy kisülés folytatása a felmondási feszültségnél jelentős hatással van az akkumulátor élettartamára.

A lítium akkumulátorok töltési végzési feszültsége általában 4,2 V, a kisülési végződés feszültsége pedig 3. 0 v.

Szigorúan tilos a lítium akkumulátorok mély töltése vagy kisülése a lítium akkumulátoroknál.

9. önmagasztási arány

Az akkumulátor kapacitása a tárolás során csökken, és az idő egységenkénti kapacitásának csökkenésének százalékában fejezik ki.

A tipikus lítium akkumulátor önmegkisítési aránya havonta 2–9%.

10. SOC (a töltés állapota)

A fennmaradó akkumulátor energiájának százalékára vonatkozik a teljes energiamennyiségre, amely a 0 -től 100%-ig terjed. Tükrözze a fennmaradó akkumulátor szintjét.

 

6, az akkumulátorok elnevezése

A különböző gyártók eltérő elnevezési konvenciókkal rendelkeznek, de az univerzális akkumulátorok mind az egységes szabványt követik, és az akkumulátor méretét a nevével lehet meghatározni.

Az IEC 61960 szerint a hengeres és négyzet alakú akkumulátorok szabályai a következők:

1. hengeres akkumulátor

3 betű, amelyet 5 szám követ.

Három betű, az első betű a negatív elektróda anyagot képviseli, az I. beépített lítium-ionok jelenlétét képviseli, L pedig a lítiumfém vagy a lítium-ötvözet elektróda; A második betű a pozitív elektróda anyagot képviseli, C a kobalt, n nikkel, m a mangán, a v pedig a vanádiumot képviseli; A harmadik betű, R, a hengeres alakot képviseli.

5 számjegy, az első 2 számjegy átmérőjű, az utolsó 3 számjegy pedig a magasságot, mind milliméterben.

2. négyzet alakú akkumulátor

3 betű, amelyet 6 szám követ.

Három betű, az első betű a negatív elektróda anyagot képviseli, az I. beépített lítium-ionok jelenlétét képviseli, L pedig a lítiumfém vagy a lítium-ötvözet elektróda; A második betű a pozitív elektróda anyagot képviseli, C a kobalt, n nikkel, m a mangán, a v pedig a vanádiumot képviseli; A P betű P négyzet egy négyzetet képvisel.

6 számjegy, az első 2 számjegy a vastagságot képviseli, a középső 2 számjegy a szélességet, az utolsó 2 számjegy pedig a magasságot (hosszát) képviseli, mind milliméterben.

Például az ICR 18650 egy univerzális hengeres akkumulátor, amelynek átmérője 18 mm és 65 mm magas; Az ICP 053353 egy négyzet alakú akkumulátor, 5 mm vastagságú, szélessége 33 mm és magasság (hossz) 53 mm.