Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku?

Das Kathodenmaterial einer Lithiumionenbatterie besteht üblicherweise aus einer aktiven Verbindung von Lithium, und die Anode ist ein Kohlenstoff mit einer speziellen Molekülstruktur. Die Hauptkomponente des gemeinsamen positiven Elektrodenmaterials ist LiCoO2. Beim Laden zwingt das an die beiden Pole der Batterie angelegte Potential die Verbindung der positiven Elektrode zur Freisetzung von Lithiumionen und ist in den Kohlenstoff eingebettet, in dem die negativen Elektrodenmoleküle in einer Schichtstruktur angeordnet sind. Während der Entladung werden Lithiumionen aus dem Kohlenstoff der Schichtstruktur ausgefällt und mit der Verbindung der positiven Elektrode rekombiniert. Die Bewegung von Lithiumionen erzeugt einen Strom.

Obwohl das Prinzip einer chemischen Reaktion sehr einfach ist, sind in der tatsächlichen industriellen Produktion viele praktische Probleme zu berücksichtigen: Das Material der positiven Elektrode benötigt Additive, um die Aktivität der Mehrfachladung und -entladung aufrechtzuerhalten, und das Material der negativen Elektrode muss auf molekularer Strukturebene entworfen werden. Enthält mehr Lithiumionen; Der zwischen der positiven und der negativen Elektrode eingefüllte Elektrolyt muss neben der Aufrechterhaltung der Stabilität auch eine gute Leitfähigkeit aufweisen und den Innenwiderstand der Batterie verringern.

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien selten den Memory-Effekt von Nickel-Cadmium-Batterien haben, kristallisiert sich der Memory-Effekt aus und die Reaktion ist bei Lithium-Ionen-Batterien fast nicht vorhanden. Die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien nimmt jedoch nach wiederholtem Laden und Entladen immer noch ab, und die Gründe sind komplex und vielfältig. Aus molekularer Sicht kollabiert die Struktur, die Lithiumionen an Anode und Kathode enthält, allmählich und wird blockiert. Aus chemischer Sicht treten bei der aktiven Passivierung der positiven und negativen Materialien Nebenreaktionen auf, um stabile andere Verbindungen zu erzeugen. Physikalische Bedingungen wie das allmähliche Ablösen des Anodenmaterials verringern schließlich die Anzahl der Lithiumionen in der Batterie, die sich während des Ladens und Entladens frei bewegen können.

Überladung und Überentladung führen zu einer dauerhaften Beschädigung der positiven und negativen Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien. Aus molekularer Sicht kann intuitiv verstanden werden, dass eine übermäßige Entladung dazu führt, dass der Anodenkohlenstoff Lithiumionen übermäßig freisetzt, wodurch die Schichtstruktur zusammenbricht. Durch Überladung wird kaum zu viel Lithium in die negative Kohlenstoffstruktur eingebunden, und einige der Lithiumionen werden nicht mehr freigesetzt. Aus diesem Grund sind Lithium-Ionen-Batterien normalerweise mit einem Lade-Entlade-Steuerkreis ausgestattet.

Die ungeeignete Temperatur führt dazu, dass andere chemische Reaktionen in der Lithium-Ionen-Batterie Verbindungen bilden, die wir nicht sehen möchten. Daher befinden sich zwischen den positiven und negativen Elektroden vieler Lithium-Ionen-Batterien temperaturgesteuerte Separatoren oder Elektrolytadditive. Wenn die Temperatur der Batterie bis zu einem gewissen Grad erhöht wird, wird die Verbundmembran geschlossen oder der Elektrolyt wird denaturiert, und der Innenwiderstand der Batterie wird erhöht, bis der Stromkreis unterbrochen wird und die Batterie nicht mehr erwärmt wird, um sicherzustellen, dass die Die Ladetemperatur des Akkus ist normal.

Kann tiefes Laden und Entladen die tatsächliche Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien erhöhen? Der Experte hat mir klar gesagt, dass dies bedeutungslos ist. Sie sagten sogar, dass die sogenannte "Aktivierung" der ersten drei vollen Ladungen und Entladungen ebenfalls unnötig sei. Warum ändern jedoch so viele Menschen die in den Batterieinformationen angegebene Kapazität nach dem Tiefladen? Es wird später erwähnt.

Lithium-Ionen-Batterien haben im Allgemeinen einen Management-Chip und einen Ladesteuerungs-Chip. Der Management-Chip verfügt über eine Reihe von Registern, die Werte wie Kapazität, Temperatur, ID, Ladezustand und eine Reihe von Entladungen enthalten. Diese Werte ändern sich während des Gebrauchs allmählich. Ich persönlich denke, dass die Hauptfunktion der "Verwendung sollte einmal im Monat vollständig aufgeladen und entladen werden" in der Gebrauchsanweisung darin bestehen sollte, die falschen Werte in diesen Registern zu korrigieren, damit die Batterieladesteuerung und die Nennkapazität der tatsächlichen Situation entsprechen der Batterie.

Der Ladesteuerchip steuert hauptsächlich den Ladevorgang des akkus. Der Ladevorgang des Lithium-Ionen-Akkus ist in zwei Phasen unterteilt: die Konstantstrom-Schnellladephase (wenn die Batterieanzeige gelb ist) und die Konstantspannungsstromabnahmephase (die Batterieanzeige blinkt grün. Während der Konstantstrom-Schnellladephase Die Batteriespannung wird allmählich erhöht. Die Standardspannung an die Batterie wird dann auf die Konstantspannungsstufe unter dem Steuerchip übertragen, die Spannung wird nicht mehr erhöht, um sicherzustellen, dass sie nicht überladen wird, und der Strom fällt allmählich auf Null ab Die Batterieleistung steigt und der Ladevorgang ist abgeschlossen.

Der Stromstatistik-Chip kann die Leistung der Batterie berechnen, indem er die Entladungskurve (Spannung, Strom, Zeit) aufzeichnet, bei der es sich um das Wh handelt. Der Wert, den wir in den Batterieinformationen lesen. Der Lithium-Ionen-Akku ändert nach wiederholtem Gebrauch seine Entladekurve. Wenn der Chip keine Chance hat, die vollständige Entladungskurve erneut zu lesen, ist die berechnete Leistung nicht genau. Wir müssen also den Chip tief aufladen, um die Batterie zu kalibrieren.

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