Funktionsprinzip und Montageprozess der Lithiumbatterie

Das Funktionsprinzip eines Lithium-Ionen-Akkus bezieht sich auf sein Lade- und Entladeprinzip. Wenn die Batterie geladen wird, werden Lithiumionen an der positiven Elektrode der Batterie erzeugt, und die erzeugten Lithiumionen bewegen sich durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode. Der Kohlenstoff als negative Elektrode hat eine Schichtstruktur und viele Mikroporen. Die Lithiumionen, die die negative Elektrode erreichen, sind in die Mikroporen der Kohlenstoffschicht eingebettet, und je mehr Lithiumionen eingebettet sind, desto höher ist die Ladekapazität.

Aus dem gleichen Grund treten beim Entladen der Batterie (dh bei dem Prozess, bei dem wir die Batterie verwenden) die in die Kohlenstoffschicht der negativen Elektrode eingebetteten Lithiumionen aus und wandern zurück zur positiven Elektrode. Je mehr Lithiumionen zur positiven Elektrode zurückkehren, desto höher ist die Entladekapazität. Was wir normalerweise als Batteriekapazität bezeichnen, bezieht sich auf die Entladekapazität.

Es ist nicht schwer zu erkennen, dass sich das Lithiumion während des Lade- und Entladevorgangs der Lithiumionenbatterie in einem Bewegungszustand von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode zur positiven Elektrode befindet. Wenn wir die Lithium-Ionen-Batterie mit einem Schaukelstuhl vergleichen, sind die beiden Enden des Schaukelstuhls die beiden Pole der Batterie, und die Lithium-Ionen-Batterie ist wie ein ausgezeichneter Sportler, der an beiden Enden des Schaukelstuhls hin und her läuft. Daher gaben die Experten der Lithium-Ionen-Batterie einen niedlichen Namen Schaukelstuhlbatterie.

Versammlung:

Gemäß dem positiven Elektrodenblatt, dem Separator-negativen Elektrodenblatt, wird der Separator in der Reihenfolge von oben nach unten angeordnet, und der Batteriekern wird aufgewickelt, und dann wird der Elektrolyt eingespritzt, der Dichtungsprozess ist abgeschlossen, das heißt ist der Montageprozess der Batterie abgeschlossen und das fertige Produkt ist fertig. Batterie.

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Die Lithiumionenbatterie verwendet ein Kohlenstoffmaterial als negative Elektrode und eine lithiumhaltige Verbindung als positive Elektrode, und es existiert kein Lithiummetall und nur Lithiumionen. Eine Lithiumionenbatterie ist ein allgemeiner Begriff für eine Batterie, bei der eine Lithiumioneninterkalationsverbindung als positives Elektrodenmaterial verwendet wird. Der Lade- und Entladevorgang einer Lithiumionenbatterie ist ein Vorgang zum Interkalieren und Deinterkalieren von Lithiumionen. Bei der Interkalation und Deinterkalation von Lithiumionen, gleichzeitiger Insertion und Deinterkalation äquivalenter Elektronen mit Lithiumionen (üblicherweise als Einbettung oder Deinterkalation der positiven Elektrode und Insertion oder Deinterkalation der negativen Elektrode bezeichnet). Während des Ladens und Entladens werden Lithiumionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode interkaliert / deinterkaliert und eingefügt / deinterkaliert und treffend als "Schaukelstuhlbatterien" bezeichnet.

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. Der Betriebstemperaturbereich ist -20 ° C ~ 60 ° C breit. Hervorragende Zyklusleistung, schnelles Laden und Entladen, Ladeeffizienz von bis zu 100% und hohe Ausgangsleistung. Lange andauernd. Ohne Umweltverschmutzung spricht man von einer grünen Batterie.

Wirkmechanismus

Lithium-Ionen-Batterien verwenden ein Kohlenstoffmaterial als negative Elektrode und eine lithiumhaltige Verbindung als positive Elektrode. Es gibt kein Metalllithium, nur Lithiumionen. Dies ist eine Lithium-Ionen-Batterie. Eine Lithiumionenbatterie ist ein allgemeiner Begriff für eine Batterie, bei der eine Lithiumioneninterkalationsverbindung als positives Elektrodenmaterial verwendet wird. Der Lade- und Entladevorgang einer Lithiumionenbatterie ist ein Vorgang zum Interkalieren und Deinterkalieren von Lithiumionen. Bei der Interkalation und Deinterkalation von Lithiumionen, gleichzeitiger Insertion und Deinterkalation äquivalenter Elektronen mit Lithiumionen (üblicherweise als Einbettung oder Deinterkalation der positiven Elektrode und Insertion oder Deinterkalation der negativen Elektrode bezeichnet). Während des Ladens und Entladens werden Lithiumionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode interkaliert / deinterkaliert und eingefügt / deinterkaliert und treffend als "Schaukelstuhlbatterien" bezeichnet.

Wenn die Batterie geladen wird, werden Lithiumionen an der positiven Elektrode der Batterie erzeugt, und die erzeugten Lithiumionen bewegen sich durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode. Der Kohlenstoff als negative Elektrode hat eine Schichtstruktur und viele Mikroporen. Die Lithiumionen, die die negative Elektrode erreichen, sind in die Mikroporen der Kohlenstoffschicht eingebettet, und je mehr Lithiumionen eingebettet sind, desto höher ist die Ladekapazität. In ähnlicher Weise treten beim Entladen der Batterie (dh bei dem Prozess, bei dem wir die Batterie verwenden) die in die Kohlenstoffschicht der negativen Elektrode eingebetteten Lithiumionen aus und wandern zurück zur positiven Elektrode. Je mehr Lithiumionen zur positiven Elektrode zurückkehren, desto höher ist die Entladekapazität.

Im Allgemeinen wird der Ladestrom einer Lithiumbatterie zwischen 0,2 Grad Celsius und 1 ° C eingestellt. Je höher der Strom, desto schneller der Ladevorgang und desto größer die Wärme des Akkus. Darüber hinaus ist bei übermäßiger Strombelastung die Kapazität nicht voll, da die elektrochemische Reaktion innerhalb der Batterie Zeit braucht. Genau wie beim Eingießen von Bier entstehen bei Blasen Blasen, die jedoch nicht voll sind.

Vorsichtsmaßnahmen treffen

Bei Batterien ist der normale Gebrauch der Entladevorgang. Achten Sie auf die Entladung der Lithiumbatterie:

Erstens sollte ein Entladestrom nicht zu groß sein. Übermäßiger Strom verursacht Wärme im Inneren der Batterie, die bleibende Schäden verursachen kann. Auf dem Handy ist dies kein Problem, man kann es nicht berücksichtigen. Je größer der Batterieentladestrom ist, desto kleiner ist die Entladekapazität und desto schneller ist der Spannungsabfall.

Zweitens darf es nicht überentladen werden! Die interne Speicherung elektrischer Energie in einer Lithiumbatterie wird durch eine reversible chemische Veränderung in der Elektrochemie erreicht. Eine übermäßige Entladung kann zu irreversiblen Reaktionen dieser chemischen Veränderung führen, sodass Lithiumbatterien am meisten Angst vor einer Überentladung haben. Eine Entladespannung unter 2,7 V kann dazu führen, dass die Batterie verschrottet wird. Glücklicherweise wurde das Innere des Handy-Akkus mit einer Schutzschaltung ausgestattet. Die Spannung ist nicht niedrig genug, um den Akku zu beschädigen. Die Schutzschaltung funktioniert und hört auf, sich zu entladen.

"Lithiumbatterie" ist eine Art Batterie, die Lithiummetall oder eine Lithiumlegierung als negatives Elektrodenmaterial verwendet und eine nichtwässrige Elektrolytlösung verwendet. Die Lithium-Metall-Batterie wurde 1912 erstmals von Gilbert N. Lewis vorgeschlagen und untersucht. In den 1970er Jahren schlug MSWhittingham die Erforschung von Lithium-Ionen-Batterien vor und begann mit der Forschung. Aufgrund der sehr aktiven chemischen Eigenschaften von Lithiummetall sind die Anforderungen an die Verarbeitung, Lagerung, Verwendung und Umweltbedingungen von Lithiummetall sehr hoch, so dass Lithiumbatterien seit langem nicht mehr verwendet werden. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sind Lithiumbatterien zum Mainstream geworden.

Lithiumbatterien können grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Lithiummetallbatterien und Lithiumionenbatterien. Lithium-Ionen-Batterien enthalten kein metallisches Lithium und sind wiederaufladbar. Die Lithium-Metall-Batterie der fünften Generation für wiederaufladbare Batterien wurde 1996 geboren. Ihre Sicherheit, spezifische Kapazität, Selbstentladungsrate und das Preis-Leistungs-Verhältnis sind denen von Lithium-Ionen-Batterien überlegen. Aufgrund der hohen technischen Anforderungen stellen nur wenige Unternehmen im Land solche Lithium-Metall-Batterien her.

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

1980 entdeckte J. Goodenough, dass Lithiumcobaltat als positives Elektrodenmaterial für Lithiumionenbatterien verwendet werden kann.

Im Jahr 1982 entdeckten RR Agarwal und JR Selman vom Illinois Institute of Technology, dass Lithiumionen die Eigenschaft haben, in Graphit eingebettet zu sein, der schnell und reversibel ist. Gleichzeitig hat die Lithiumbatterie aus Lithiummetall viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weshalb versucht wurde, eine wiederaufladbare Batterie unter Verwendung der Eigenschaften von in Lithiumionen eingebettetem Graphit herzustellen. Die erste verfügbare Lithium-Ionen-Graphitelektrode wurde erfolgreich von Bell Labs hergestellt.

1983 stellten M. Thackeray, J. Goodenough et al. fanden heraus, dass Manganspinell ein ausgezeichnetes positives Elektrodenmaterial mit niedrigem Preis, Stabilität und ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit und lithiumleitenden Eigenschaften ist. Die Zersetzungstemperatur ist hoch und die Oxidation ist viel niedriger als die von Lithiumcobaltat. Selbst wenn ein Kurzschluss auftritt, kann überladener Strom die Gefahr von Verbrennungen und Explosionen vermeiden.

1989 entdeckten A. Manthiram und J. Goodenough, dass eine positive Elektrode mit einem polymeren Anion eine höhere Spannung erzeugen würde.

1991 veröffentlichte Sony den ersten kommerziellen Lithium-Ionen-Akku. In der Folge revolutionierten Lithium-Ionen-Batterien das Gesicht der Unterhaltungselektronik.

Im Jahr 1996 stellten Padhi und das Vorwort fest, dass Phosphate mit Olivinstruktur wie Lithiumeisenphosphat (Lithiumeisenphosphat) herkömmlichen positiven Elektrodenmaterialien überlegen sind und somit zu den Hauptkathodenmaterialien geworden sind.

Mit der weit verbreiteten Verwendung digitaler Produkte wie Mobiltelefone, Notebooks usw. sind Lithium-Ionen-Batterien in solchen Produkten mit ausgezeichneter Leistung weit verbreitet und werden schrittweise zu anderen Produktanwendungen weiterentwickelt. 1998 begann das Tianjin Power Research Institute mit der kommerziellen Produktion von Lithium-Ionen-Batterien. Normalerweise nennen die Leute auch Lithium-Ionen-Batterien lithium-batterien, aber diese beiden Batterien sind nicht gleich. Lithium-Ionen-Batterien sind zum Mainstream geworden.

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