Ein gesunder Menschenverstand über Lithiumbatterien

Tragbare elektronische Produkte verwenden Batterien als Stromquellen. Mit der raschen Entwicklung tragbarer Produkte hat die Verwendung verschiedener Batterien stark zugenommen, und es wurden viele neue Batterietypen entwickelt. Neben den bekannteren Hochleistungs-Alkalibatterien, wiederaufladbaren Nickel-Cadmium-Batterien und Nickel-Metallhydrid-Batterien gibt es in den letzten Jahren Lithiumbatterien. Dieser Artikel führt hauptsächlich in die Grundkenntnisse über Lithiumbatterien ein. Dies umfasst seine Eigenschaften, Hauptparameter, die Bedeutung des Modells, den Anwendungsbereich und die Vorsichtsmaßnahmen für seine Verwendung.

Lithium ist ein Metallelement, dessen chemisches Symbol Li ist (sein englischer Name ist Lithium). Es ist ein silberweißes, sehr weiches, chemisch aktives Metall und das leichteste Metall. Zusätzlich zu seiner Anwendung in der Atomenergieindustrie können spezielle Legierungen, Spezialglas (fluoreszierendes Glas für Fernsehmaschinen) und Lithiumbatterien hergestellt werden. Es wird als Anode für Batterien in Lithiumbatterien verwendet.

Lithiumbatterien werden ebenfalls in zwei Kategorien unterteilt: nicht wiederaufladbar und wiederaufladbar. Nicht wiederaufladbare Batterien werden als Einwegbatterien bezeichnet. Sie können chemische Energie nur sofort in elektrische Energie umwandeln und können elektrische Energie nicht wieder in chemische Energie umwandeln (oder haben eine schlechte Reduktionsleistung). Die wiederaufladbare Batterie wird als quadratische Batterie (auch als Batterie bezeichnet) bezeichnet. Es kann elektrische Energie in chemische Energie umwandeln und speichern. Bei Verwendung wandelt es chemische Energie in elektrische Energie um. Es ist reversibel, wie das Hauptmerkmal von Lithiumbatterien mit chemischer Energie und chemischer Energie.

Intelligente tragbare elektronische Produkte erfordern eine geringe Größe und ein geringes Gewicht, aber die Größe und das Gewicht der Batterie sind im Vergleich zu anderen elektronischen Komponenten häufig die größten und schwersten. Zum Beispiel war der "große Bruder" in der Vergangenheit ziemlich "dick und sperrig", und die heutigen Mobiltelefone sind so leicht. Unter ihnen spielte die Verbesserung von Batterien eine wichtige Rolle: In der Vergangenheit waren Nickel-Cadmium-Batterien jetzt Lithium-Ionen-Batterien.

Das größte Merkmal von Lithiumbatterien ist, dass sie höher als Energie sind. Was ist mehr als Energie? Spezifische Energie bezieht sich auf die Energie pro Gewichtseinheit oder Volumeneinheit. Die spezifische Energie wird als Wh / kg oder Wh / L ausgedrückt. Wh ist die Energieeinheit, W ist Kachel, H ist Stunde; Kg ist kg (Masseneinheit) und L ist L (Volumeneinheit). Hier ein Beispiel zur Veranschaulichung: Die Nennspannung der Nickel-Cadmium-Batterie Nr. 5 beträgt 1 2 V, ihre Kapazität beträgt 800 mAh und ihre Energie beträgt 0 960 Wh (1 2 V × 0 8 Ah). Die Nennspannung der Lithium-Mangan-Dioxid-Batterie Nr. 5 gleicher Größe beträgt 3 V, die Kapazität 1200 mAh und die Energie 3,06 Wh. Das Volumen dieser beiden Batterien ist das gleiche, dann beträgt die spezifische Energie der Lithium-Mangan-Dioxid-Batterie das 375-fache der Nickel-Cadmium-Batterie!

Eine Nickel-Cadmium-Batterie des Abschnitts 5 wiegt ungefähr 23 g, während eine Lithium-Mangan-Dioxid-Batterie des Abschnitts 5 ungefähr 18 g wiegt. Eine Lithium-Mangan-Dioxid-Batterie hat 3 V, während zwei Nickel-Cadmium-Batterien nur 24 V haben. Daher ist bei Verwendung von Lithiumbatterien die Anzahl der Batterien gering (wodurch das Volumen und das Gewicht tragbarer elektronischer Produkte verringert werden), und die Batterie hat eine lange Lebensdauer.

Darüber hinaus bieten Lithiumbatterien die Vorteile einer stabilen Entladespannung, eines breiten Betriebstemperaturbereichs, einer geringen Selbstentladungsrate, einer langen Lagerfähigkeit, keinem Memory-Effekt und keiner Verschmutzung.

Der Nachteil von Lithiumbatterien besteht darin, dass sie teuer sind und daher derzeit nicht weit verbreitet sind. Sie werden hauptsächlich in Handheld-Computern, PDAs, Kommunikationsgeräten, Kameras, Satelliten, Raketen, Torpedos und Instrumenten verwendet. Mit der Entwicklung der Technologie, der Verbesserung des Verfahrens und der Steigerung der Produktion werden die Preise für Lithiumbatterien weiter sinken und Anwendungen werden ebenfalls häufiger.

Nicht wiederaufladbare Lithiumbatterien

Es gibt viele Arten von nicht wiederaufladbaren Lithiumbatterien. Gegenwärtig werden üblicherweise Lithium-Mangandioxid-Batterien, Lithium-Thionylchlorid-Batterien sowie Lithium- und andere Verbundbatterien verwendet. In diesem Artikel werden nur die ersten beiden am häufigsten verwendeten vorgestellt.

Lithium-Mangandioxid-Batterie (Li-MnO2)

Die Lithium-Mangandioxid-Batterie ist eine Einwegbatterie mit Lithium als Anode, Mangandioxid als Kathode und organischen Elektrolyten. Das Hauptmerkmal der Batterie ist ihre hohe Batteriespannung und Nennspannung von 3 V (2-fache der einer allgemeinen Alkalibatterie); Die Abschlussentladungsspannung beträgt 2V; Mehr als Energie (siehe Beispiel oben); Die Entladespannung ist stabil und zuverlässig; Gute Speicherleistung (mehr als 3 Jahre Lagerzeit), niedrige Selbstentladungsrate (jährliche Selbstentladung ≤ 2 <UNK>); Betriebstemperaturbereich -20 ° C ~ +60 ° C.

Die Batterie kann in verschiedene Formen gebracht werden, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen. Es ist rechteckig, zylindrisch und knopfförmig (knopftypisch). Zylinder haben auch unterschiedliche Durchmesser und Höhengrößen. Hier sind die Hauptparameter der bekannten 1 # (Größencode D), 2 # (Größencode C) und 5 # (Größencode AA) Batterien.

CR wird als zylindrische Lithium-Mangan-Dioxid-Batterie ausgedrückt; Von den fünf Ziffern stehen die ersten beiden für den Durchmesser der Batterie und die letzten drei für die Höhe mit einer Dezimalstelle. Zum Beispiel hat der CR14505 einen Durchmesser von 14 mm und eine Höhe von 50,05 mm (dieses Modell ist universell).

Es wird hier darauf hingewiesen, dass es einige Unterschiede in den Parametern des gleichen Batterietyps geben kann, der in verschiedenen Fabriken hergestellt wird. Außerdem ist der Standardentladestromwert klein, der tatsächliche Entladestrom kann größer sein als der Standardentladestrom, und der zulässige Entladestrom für kontinuierliche Entladung und Impulsentladung ist ebenfalls unterschiedlich, und die relevanten Daten werden von der Batterieanlage bereitgestellt. Beispielsweise liefert der von Lixing Power Co., Ltd. hergestellte CR14505 einen maximalen kontinuierlichen Entladestrom von 1000 mA und einen maximalen Impulsentladestrom von 2500 mA.

In Kameras verwendete Lithiumbatterien sind meist Lithium-Mangandioxid-Batterien. Lithium-Mangandioxid-Batterien, die üblicherweise in Kameras verwendet werden, sind hier in Tabelle 2 als Referenz aufgeführt.

Die Knopfbatterie (Knopfbatterie) ist kleiner, hat einen Durchmesser von 12,05 bis 24,05 mm und eine Höhe von 1,06 bis 5,0 mm. Einige der am häufigsten verwendeten Knopfbatterien sind in Tabelle 3 aufgeführt.

CR ist eine zylindrische Lithium-Mangandioxid-Batterie. Die ersten beiden der letzten vier Ziffern sind die Durchmesserabmessungen der Batterie, und die letzten beiden sind die Höhengrößen mit Dezimalstellen. Beispielsweise hat der CR1220 einen Durchmesser von 12,05 mm (ohne die Anzahl der Dezimalstellen) und eine Höhe von 2,0 mm. Diese Modelldarstellungsmethode wird international verwendet.

Diese Art von Knopfbatterie wird häufig für Uhren, Taschenrechner, elektronische Notizblöcke, Kameras, Hörgeräte, elektronische Spielekonsolen, IC-Karten und Notstromversorgungen verwendet.

Lithium-Thionylchlorid-Batterie (Li-SOCl2)

Lithium-Thionylchlorid-Zellen sind am energiespezifischsten und erreichen derzeit Werte von 500 W / kg oder 1000 Wh / L. Die Nennspannung beträgt 3,06 V und weist bei Entladung mit mittlerem Strom eine extrem flache Entladungscharakteristik von 3,04 V auf (sie kann mit geringer Änderung innerhalb eines Kapazitätsbereichs von 90 Zoll flach entladen werden). Die Batterie kann im Bereich von -40 arbeitet ° C bis +85 ° C, aber die Kapazität bei -40 ° C etwa 50 <UNK> von Raumtemperatur Kapazität. Die Selbstentladung ist gering (jährliche Selbstentladung ≤ 1 <UNK>) und die Lagerfähigkeit ist mehr als 10 Jahre.

Es wird ein Vergleich zwischen der spezifischen Energie einer Nickel-Cadmium-Batterie Nr. 1 (Größencode D) und einer Lithium-Thionylchlorid-Batterie Nr. 1 durchgeführt: Die Nennspannung einer Nickel-Cadmium-Batterie Nr. 1 beträgt 1,2 V und die Kapazität beträgt 5000 mAh; 1 # Lithiumthionylchlorid hat eine Nennspannung von 3,06 V und eine Kapazität von 10.000 mAh, letztere ist 6-mal größer als die erstere!

Anwendungshinweis

Die beiden oben genannten Lithiumbatterien sind Einwegbatterien und können nicht aufgeladen werden (gefährlich beim Laden!). Schließen Sie den positiven und den negativen Pol der Batterie nicht kurz. Es ist keine Entladung von Überstrom (über der maximalen Entladestromentladung) zulässig. Wenn die Batterie zum Beenden der Entladespannung verwendet wird, sollte sie rechtzeitig aus dem elektronischen Produkt entfernt werden. Gebrauchte Batterien nicht zerdrücken, verbrennen oder zerlegen. Nicht über den angegebenen Temperaturbereich hinaus verwenden.

Da die Spannung von Lithiumbatterien höher ist als die von normalen Batterien oder Nickel-Cadmium-Batterien, machen Sie bei der Verwendung keine Fehler, um den Stromkreis nicht zu beschädigen. Sie können den Typ und die Nennspannung kennen, indem Sie mit CR und ER im Modell vertraut sind. Wenn Sie neue Batterien kaufen, müssen Sie diese gemäß dem Originalmodell kaufen, da dies sonst die Leistung elektronischer Produkte beeinträchtigt.

Wiederaufladbare Lithiumbatterien

Es gibt viele wiederaufladbare Lithiumbatterien, wie Lithium-Vanadiumoxid-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien und neu entwickelte lithium-polymer-batterien. Hier werden nur die ersten beiden Typen vorgestellt, die sich auf Lithium-Ionen-Batterien konzentrieren.

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien sind derzeit die am häufigsten verwendeten Batterien in Mobiltelefonen. Sie sind jedoch "empfindlicher" und können während des Gebrauchs nicht über- oder überladen werden (was die Batterie beschädigen oder verschrotten kann). Daher befinden sich Schutzkomponenten oder Schutzschaltungen an der Batterie, um teure Batterieschäden zu vermeiden.

lithium-ionen-akkus erfordern hohe Ladeanforderungen. Um sicherzustellen, dass die Genauigkeit der Abschlussspannung innerhalb von 1% liegt, haben große Halbleiterbauelemente eine Vielzahl von ICs zum Laden von Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, um ein sicheres, zuverlässiges und schnelles Laden zu gewährleisten.

Handys sind heute sehr verbreitet. Einige von ihnen sind Nickel-Metall-Wasserstoffbatterien, aber Smartphones sind Lithium-Ionen-Batterien. Die korrekte Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien ist sehr wichtig für die Verlängerung der Batterielebensdauer.

1. Lithium-Vanadiumoxid-Batterien (Li-V6O13)

Lithium-Vanadiumoxid-Batterien bestehen aus Lithium als Anode, Vanadiumoxid als Kathode und organischen Lösungsmitteln anorganischer Salze als Elektrolyte. Es zeichnet sich durch Aufladen aus. Am Beispiel der Batterie Nr. 2 werden die Lithium-Vanadiumoxid-Batterien mit Lithium-Mangandioxid-Batterien und Lithium-Thionylchlorid-Zellen verglichen, wie in Tabelle 5 gezeigt.

Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, ist ihre spezifische Energie im Vergleich zu den beiden anderen Lithiumbatterien am geringsten, da die Nennspannung der Lithium-Vanadiumoxid-Batterie nur 2,8 V beträgt und die Nennkapazität ebenfalls gering ist. Die Hauptparameter dieses zylindrischen Batterietyps sind in Tabelle 6 aufgeführt. Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, ist die Anzahl der Ladungen (Zykluslebensdauer) nicht lang, so dass diese wiederaufladbare Batterie bald durch eine Lithium-Ionen-Batterie ersetzt wurde.

2. Li-Ionen-Batterien (Li-Ion)

Lithium-Ionen-Zellen sind derzeit die am weitesten verbreiteten Lithium-Zellen. Sie können gemäß den Anforderungen verschiedener elektronischer Produkte zu flachen rechteckigen, zylindrischen, rechteckigen und knopfartigen Batterien verarbeitet werden und haben Batterien, die aus mehreren Zellen in Reihe bestehen.

Die Nennspannung von Lithium-Ionen-Batterien beträgt 3,6 V (einige Produkte sind 3,7 V). Die Endladespannung bei voller Ladung hängt mit dem Batterieanodenmaterial zusammen: Das Anodenmaterial beträgt 4,2 V Graphit; Das Anodenmaterial beträgt 4,1 V Koks. Der Innenwiderstand verschiedener Anodenmaterialien ist ebenfalls unterschiedlich. Der Innenwiderstand der Koksanode ist geringfügig größer und die Entladungskurve ist ebenfalls geringfügig unterschiedlich, wie in Abbildung 1 dargestellt. Im Allgemeinen als 4,1-V-Lithiumionenbatterien und 4,2-V-Lithiumionenbatterien bezeichnet. Die Abschlussentladungsspannung einer Lithium-Ionen-Batterie beträgt 2,5 V bis 2,75 V (die Batterieanlage gibt einen Bereich der Betriebsspannung oder eine Abschlussentladespannung mit geringfügig unterschiedlichen Parametern an). Eine kontinuierliche Entladung unterhalb der Abschlussentladungsspannung wird als Überentladung bezeichnet, und eine Überentladung führt zu einer Beschädigung der Batterie.

Lithium-Ionen-Batterien sind nicht für große Stromentladungen geeignet. Übermäßige Entladungen verringern die Entladungszeit (der Innenraum erzeugt höhere Temperaturen und verliert Energie). Daher sollte der von der Batterieproduktionsanlage angegebene maximale Entladestrom geringer sein als der maximal verwendete Entladestrom.

Lithium-Ionen-Batterien haben bestimmte Temperaturanforderungen. Die Fabrik gibt den Ladetemperaturbereich, den Entladungstemperaturbereich und den Konservierungstemperaturbereich an.

lithium-ionen-akkus erfordern sehr hohe Ladeanforderungen. Es erfordert ausgeklügelte Ladekreise, um die Sicherheit des Ladens zu gewährleisten. Die Toleranzdifferenz der Genauigkeit der Abschlussladespannung beträgt ± 1% der Nennspannung (z. B. hat eine mit 4,2 V geladene Lithium-Ionen-Batterie eine Toleranzdifferenz von ± 0,042 V), und eine Überspannungsladung führt zu einer dauerhaften Beschädigung der Lithium-Ionen-Batterie . Der Ladestrom der Lithium-Ionen-Batterie sollte auf Empfehlung der Batterieproduktionsanlage basieren und einen Stromkreis mit endlichem Strom erfordern, um ein Überlaufen (Überhitzen) zu vermeiden. Die üblicherweise verwendete Laderate beträgt 0,25 ° C bis 1 ° C (C ist die Batteriekapazität, z. B. C = 800 mAh, und die Laderate von 1 ° C beträgt 800 mA). Beim Laden eines großen Stroms wird häufig die Batterietemperatur erfasst, um zu verhindern, dass eine Überhitzung die Batterie beschädigt oder eine Explosion verursacht.

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