Wie Lithium-Ionen-Batterien funktionieren

Lithiumbatterie "ist eine Art Batterie mit Lithiummetall oder Lithiumlegierung als negativem Elektrodenmaterial und nichtwässriger Elektrolytlösung. 1912 wurden Lithiummetallbatterien erstmals von gilbertn.lewis vorgeschlagen und untersucht. In den 1970er Jahren schlug ms readyham vor und begann Aufgrund der chemischen Eigenschaften von Lithiummetall ist die Umwelt sehr lebendig, was die Verarbeitung, Konservierung und Verwendung von Lithiummetall sehr schwierig macht. Daher werden Lithiumbatterien seit langem nicht mehr verwendet Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie hat sich die Lithiumbatterie zum Mainstream entwickelt.

Lithiumbatterien können grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Lithiummetallbatterien und Lithiumionenbatterien. Lithium-Ionen-Batterien enthalten kein metallisches Lithium und sind wiederaufladbar. Die fünfte Generation von wiederaufladbaren Lithium-Metall-Batterien wurde 1996 geboren. Die Sicherheit, die spezifische Kapazität, die Selbstentladungsrate und das Preis-Leistungs-Verhältnis sind alle besser als bei Lithium-Ionen-Batterien. Aufgrund seiner eigenen hochtechnologischen Anforderungen stellen derzeit nur wenige Unternehmen in einigen Ländern die Lithium-Metall-Batterie her.

Lithiumbatterien wurden erstmals in Herzschrittmachern eingesetzt. Die Selbstentladungsrate der Lithiumbatterie ist sehr niedrig, die Entladespannung ist gering, so dass der implantierte Schrittmacher lange Zeit ohne Aufladen arbeiten kann. Lithiumbatterien haben im Allgemeinen eine Nennspannung von mehr als 3,0 Volt, was besser für die Stromversorgung mit integrierten Schaltkreisen geeignet ist. Mangandioxidbatterien werden häufig in Taschenrechnern, Digitalkameras und Uhren verwendet.

Um bessere Leistungsvarianten zu entwickeln, wurden verschiedene Materialien untersucht, um beispiellose Produkte herzustellen.

1992 entwickelte Sony erfolgreich einen lithium-ionen-akku. Es ist praktisch, so dass die Handys, Laptops, Taschenrechner und andere tragbare elektronische Geräte von Menschen Gewicht und Volumen stark reduzieren.

1. In den 1970er Jahren verwendete MS Whittingham von Exxon Titansulfid als positives Elektrodenmaterial und Lithiummetall als negatives Elektrodenmaterial, um die erste Lithiumbatterie herzustellen.

2. 1980 fand j.godenough heraus, dass Lithiumkobaltoxid als Anodenmaterial für Lithiumionenbatterien verwendet werden kann.

3, 1982, Institut für Technologie der Universität von Illinois (Illinois Institute of Technology) RRA Garwal und JRS Elman fanden heraus, dass eingebettete Lithiumionen die Eigenschaften des Graphits haben, der Prozess ist schnell und reversibel. Gleichzeitig haben Lithiumbatterien aus Lithiummetall aufgrund ihrer potenziellen Sicherheitsrisiken viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Daher versuchen die Menschen, wiederaufladbare Batterien mit in Graphit eingebettetem Lithiumion herzustellen. Die erste verfügbare Lithium-Ionen-Graphitelektrode wurde erfolgreich von Glockenlabors hergestellt.

4. 1983 haben m.hackeray, j.groodenough et al. fanden heraus, dass Manganspinell ein ausgezeichnetes Kathodenmaterial mit niedrigem Preis, Stabilität und ausgezeichneter Leistung bei der Leitung von Elektrizität und Lithium war. Seine Zersetzungstemperatur ist hoch und die Oxidation ist weitaus niedriger als die des Lithiumkobaltoxids, selbst wenn ein Kurzschluss vorliegt, kann eine Überladung auch die Gefahr einer Verbrennung und Explosion vermeiden.

5. 1989 stellten am thiram und j.groodenough fest, dass die Annahme positiver Pole polymerisierter Anionen höhere Spannungen erzeugen würde.

6. 1991 veröffentlichte SONY den ersten kommerziellen Lithium-Ionen-Akku. Dann revolutionierten Lithium-Ionen-Batterien die Unterhaltungselektronik.

7. 1996 stellten Padhi und Goodenough fest, dass Phosphate mit Peridotitstruktur wie lithiumeisenphosphat (LiFePO4) herkömmlichen Anodenmaterialien überlegen sind und zu den Hauptanodenmaterialien geworden sind.

Mit der weit verbreiteten Verwendung digitaler Produkte wie Mobiltelefone, Laptops und anderer Produkte wurden Lithium-Ionen-Batterien in solchen Produkten mit ausgezeichneter Leistung und allmählich auch in anderen Produkten im Anwendungsbereich eingesetzt. 1998 begann das Tianjin Power Research Institute mit der kommerziellen Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien. Lithium-Ionen-Batterien werden auch als lithium-batterien bezeichnet, sind jedoch nicht gleich. Lithium-Ionen-Batterien haben sich etabliert.

Lithium-Ionen-Batterie mit Kohlenstoffmaterial als negativem Pol, mit Lithiumverbindungen als positivem Pol gibt es kein Metalllithium, nur Lithiumionen. Lithium-Ionen-Batterie ist der allgemeine Begriff einer Batterie mit eingebetteter Lithium-Ionen-Verbindung als positivem Elektrodenmaterial. Der Lade- und Entladevorgang einer Lithium-Ionen-Batterie ist der Einbettungs- und Entbettungsprozess von Lithium-Ionen. Beim Einbetten und Löschen von Lithiumionen geht dies mit dem Einbetten und Löschen äquivalenter Elektronen mit Lithiumionen einher (der positive Pol wird üblicherweise durch Einbetten oder Löschen bezeichnet, während der negative Pol durch Einfügen oder Löschen bezeichnet wird). Beim Laden und Entladen werden Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Polen eingefügt / entfernt und eingefügt / entfernt, was lebhaft als "Schaukelstuhlbatterie" bezeichnet wird.

Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Energiedichte und eine hohe durchschnittliche Ausgangsspannung. Die Selbstentladung ist gering und beträgt weniger als 10% pro Monat. Es gibt keinen Memory-Effekt. Breiter Arbeitstemperaturbereich für - 20 ℃ ~ 60 ℃. Hervorragende Zyklusleistung, schnelles Laden und Entladen, Ladeeffizienz bis zu 100% und große Ausgangsleistung. Lange Lebensdauer. Es gibt keine Umweltverschmutzung und es wird grüne Batterie genannt.

Wirkmechanismus

Die Lithium-Ionen-Batterie nimmt das Kohlenstoffmaterial als negativen Pol, nimmt die Lithium-Verbindung als positiven Pol, hat nicht die Metall-Lithium-Existenz, hat nur das Lithium-Ionen, dies ist die Lithium-Ionen-Batterie. Lithium-Ionen-Batterie ist der allgemeine Begriff einer Batterie mit eingebetteter Lithium-Ionen-Verbindung als positivem Elektrodenmaterial. Der Lade- und Entladevorgang einer Lithium-Ionen-Batterie ist der Einbettungs- und Entbettungsprozess von Lithium-Ionen. Beim Einbetten und Löschen von Lithiumionen geht dies mit dem Einbetten und Löschen äquivalenter Elektronen mit Lithiumionen einher (der positive Pol wird üblicherweise durch Einbetten oder Löschen bezeichnet, während der negative Pol durch Einfügen oder Löschen bezeichnet wird). Beim Laden und Entladen werden Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Polen eingefügt / entfernt und eingefügt / entfernt, was lebhaft als "Schaukelstuhlbatterie" bezeichnet wird.

Wenn die Batterie geladen wird, bilden sich Lithiumionen an der positiven Elektrode der Batterie, und die erzeugten Lithiumionen bewegen sich durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode. Als negativer Kohlenstoff hat er eine Lamellenstruktur und viele Mikroporen. Lithiumionen, die die negative Elektrode erreichen, sind in die Mikroporen der Kohlenstoffschicht eingebettet. Je mehr Lithiumionen eingebettet sind, desto höher ist die Ladekapazität. In ähnlicher Weise entweichen beim Entladen der Batterie (der Vorgang, bei dem wir die Batterie verwenden) in die negative Kohlenstoffschicht eingebettete Lithiumionen und wandern zurück zur positiven Elektrode. Je positiv geladene Lithiumionen sind, desto höher ist die Entladungskapazität.

Im Allgemeinen wird der Ladestrom der Lithiumbatterie zwischen 0,2 ° C und 1 ° C eingestellt. Je höher der Strom ist, desto schneller wird der Ladevorgang und desto höher ist die Batteriewärme. Außerdem ist bei zu viel Stromladung die Kapazität nicht voll, da die interne elektrochemische Reaktion der Batterie Zeit benötigt. Wie beim Eingießen von Bier erzeugt das zu schnelle Eingießen Schaum, aber Unzufriedenheit.

Vorsichtsmaßnahmen für den Gebrauch (Entladung)

Bei Batterien ist der normale Gebrauch der Entladevorgang. Bei der Entladung von Lithiumbatterien muss Folgendes beachtet werden:

Erstens sollte der Entladestrom nicht zu groß sein. Übermäßiger Strom führt zu Hitze im Akku, die bleibende Schäden verursachen kann. Handy, das ist kein Problem, kann nicht berücksichtigen.

Wie aus der Abbildung rechts ersichtlich ist, ist die Entladekapazität umso kleiner und der Spannungsabfall umso schneller, je größer der Entladestrom ist.

Zweitens niemals überentladen! Die interne Speicherung elektrischer Energie in Lithiumbatterien beruht auf Elektrochemie, einer reversiblen chemischen Veränderung. Übermäßige Entladung führt zu einer irreversiblen Reaktion dieser chemischen Veränderung. Daher hat die Lithiumbatterie am meisten Angst vor einer Überentladung. Glücklicherweise wurde der Akku im Telefon mit einer Schutzschaltung ausgestattet, die Spannung ist nicht niedrig genug, um den Akku zu beschädigen, die Schutzschaltung funktioniert und hört auf zu entladen.

Lithium-Ionen-Batterie: Es handelt sich um eine Sekundärbatterie (wiederaufladbare Batterie), die hauptsächlich auf Lithium-Ionen angewiesen ist, um zwischen dem positiven und dem negativen Pol zu arbeiten. Während des Ladens und Entladens wird Li + zwischen den beiden Elektroden eingebettet und hin und her gekoppelt. Während des Ladevorgangs wird Li + vom positiven Pol getrennt und durch den Elektrolyten in den negativen Pol eingebettet. Entladung ist das Gegenteil.

Lithiumbatterien werden in Lithiumbatterien und Lithiumionenbatterien unterteilt. Mobiltelefone und Laptops verwenden Lithium-Ionen-Batterien, die allgemein als Lithium-Ionen-Batterien bekannt sind. Batterien verwenden im Allgemeinen Materialien, die Lithium enthalten, als Elektroden, was für moderne Hochleistungsbatterien repräsentativ ist. Echte Lithiumbatterien werden in der alltäglichen Elektronik selten verwendet, weil sie gefährlich sind.

Lithium-Ionen-Batterien wurden erstmals 1990 von SONY aus Japan entwickelt. Lithiumionen werden in Kohlenstoff (Petrolkoks und Graphit) eingebettet, um eine negative Elektrode zu bilden. Üblicherweise werden Anodenmaterialien wie LixCoO2, LixNiO2 und LixMnO4 sowie Elektrolyte wie LiPF6 + Diethylencarbonat (EC) + Dimethylcarbonat (DMC) verwendet.

Petrolkoks und Graphit als negative Elektrodenmaterialien sind ungiftig und die Ressourcen sind ausreichend. In Kohlenstoff eingebettete Lithiumionen überwinden die hohe Aktivität von Lithium und lösen die Sicherheitsprobleme herkömmlicher Lithiumbatterien. Die positive Elektrode LixCoO2 kann ein höheres Niveau an Lade- und Entladeleistung und Lebensdauer erreichen, was die Kosten reduziert. Lithium-Ionen-Batterien werden im 21. Jahrhundert voraussichtlich einen großen Markt haben.

Beim Laden und Entladen von Lithium-Ionen-Sekundärbatterien lautet die Gleichung LiCoO2 + C = li1-xcoo2 + LixC [1].

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