Wie funktionieren Lithium-Ionen-Batterien - Herstellung und Verwendung

Lithium-Ionen-Batterien sind eine Art wiederaufladbarer lithium-batterien und werden üblicherweise in herkömmlichen Verbrauchergeräten verwendet. Diese Zellen sind bekannt für ihre hohen Energiedichten sowie andere vorteilhafte Eigenschaften, die sie zu einer zuverlässigen Batterietechnologie machen.

Wie wird ein Lithium-Ionen-Akku hergestellt?

Lithium-Ionen-Batterien sind in unserem täglichen Leben häufig in mehreren herkömmlichen Geräten zu finden. Mehr Menschen sind jedoch besorgt über ihre Fähigkeiten für die beabsichtigten Geräte und weniger darüber, wie diese Batterien entstanden sind. Die Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie ist nicht so kompliziert, wie man denkt, da nur wenige industrielle Prozesse erforderlich sind, die auch für eine allgemeine Batterie gelten. Das Folgende ist eine Zusammenfassung der Herstellung der Batterien:

Schritt 1. Entwerfen des Containers

Der erste Schritt wäre das Entwerfen des Behälters der Batterie, der auch die Grundstruktur der Zelle darstellt. Der Behälter enthält den gesamten Inhalt der Zelle und bestimmt auch die Größe der Batterie.

Schritt 2. Herstellung der Elektroden

Während die Behältergröße entworfen wird, werden die Elektroden unter Verwendung verschiedener Materialien für die Anode und die Kathode hergestellt. Die Anode besteht aus Kohlenstoff, während die Kathode aus einem Metalloxid hergestellt ist.

Schritt 3. Entwerfen des Separators

Normalerweise wird ein Papierstreifen in ein kleines Röhrchen gerollt und dann unten versiegelt. Es wird dann in die Mitte der Batterie eingesetzt und als Separator verwendet.

Schritt 4. Der Elektrolyt

Der Batteriebehälter wird dann mit dem Elektrolyten aus Lithiumionensalz in einem organischen Lösungsmittel gefüllt und ist üblicherweise nicht wässrig.

Schritt 5. Entwerfen der Kollektoren

Die Stromkollektoren werden in die gewünschte Form gelötet und in den Zellen fixiert.

Schritt 6. Verpackung

Zu diesem Zeitpunkt ist die Batterie fertig, aber immer noch nackt. Sie werden daher versiegelt und mit den vorgesehenen Verpackungen und Aufklebern umwickelt.

Wo werden Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt?

Lithium-Ionen-Batterien haben in der realen Welt ein breites Anwendungsspektrum. Die häufigsten Anwendungen finden sich in herkömmlichen Verbrauchergeräten wie Mobiltelefonen, Laptops und vielen anderen batteriebetriebenen Elektronikgeräten. Es wurde sogar festgestellt, dass sie wichtige und lebensrettende medizinische geräte mit Strom versorgen, die eine stetige und intensive Stromversorgung benötigen, um das Leben auf dem Spiel zu unterstützen. Gehen Sie zu anderen Erfindungen über, beispielsweise im Transportsektor, wo sie Elektrofahrzeuge und Boote antreiben. Diese Batterien werden verwendet, um den Komfort des Lebens mit höchster Sicherheit und Zuverlässigkeit konstant zu halten. Andere Anwendungen für diese Batterien umfassen:

1. Notstromversorgungen oder unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)

2.Elektrische und Hybridfahrzeuge

3. Leichte Schiffselektronik wie Motoren

4. Solarstrom-Energiespeicher

5. Alarmsysteme in abgelegenen Gebieten

6. Überwachungssysteme in abgelegenen Gebieten

7. Tragbare Netzteile

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Wie funktionieren Lithium-Ionen-Batterien?

Was wissen wir über Lithium-Ionen-Batterien im Allgemeinen? Nun, wie jede andere Batterie besteht sie aus zwei Elektroden, der Anode und der Kathode, dem Separator und einem Elektrolyten. Der Elektrolyt ist dafür verantwortlich, positiv geladene Lithiumionen von der Anode zur Kathode und zurück durch den Separator zu transportieren. Die Anode wird normalerweise als positive Elektrode betrachtet, während die Kathode negativ ist. Die Bewegung von Lithiumionen erzeugt freie Elektronen innerhalb der Anode, die wiederum eine Ladung am positiven Stromkollektor erzeugen. Dies zwingt den elektrischen Strom, vom bezeichneten Stromkollektor durch das elektrische Gerät zum negativen Stromkollektor zu fließen. Der Separator dient zur Begrenzung des Elektronenflusses in der Zelle.

Während des Ladens / Entladens

Wenn es um Entladungsprozesse geht, neigen Lithiumionen dazu, den Strom innerhalb der Zelle von der negativen Elektrode zur positiven zu transportieren. Dies wird durch einen nichtwässrigen Elektrolyten sowie eine Separatormembran durchgeführt. Während des Ladens neigt der Ladekreis dazu, eine höhere Spannung abzugeben, als die Batterie erzeugt, wodurch ein Ladestrom gezwungen wird, innerhalb der Zelle zu fließen. Der Strom fließt von der positiven zur negativen Elektrode. Dies ist typischerweise die umgekehrte Richtung des Stromflusses für einen Entladungsprozess. Sobald sich die Lithiumionen auf der negativen Elektrode befinden, werden sie durch Interkalation in das poröse Elektrodenmaterial eingebettet.

Der Ladevorgang

Der für Lithium-Ionen-Batterien vorgesehene Ladevorgang erfolgt in drei Schritten:

8. Konstantstrom

9. Gleichgewicht

10. Konstante Spannung

Wenn es um die Konstantstromphase geht, neigt das Ladegerät dazu, mit zunehmender Spannung einen konstanten Strom an die Batterie anzulegen. Dies geschieht, bis die Spannungsgrenze pro Zelle erreicht ist.

Die Ausgleichsphase ist jedoch nicht erforderlich, sobald die Batterie ausgeglichen ist. In dieser Phase neigt das Ladegerät dazu, den Ladevorgang ein- und auszuschalten. Auf diese Weise wird der durchschnittliche Strom reduziert. Währenddessen wird der Ladezustand für einzelne Zellen mithilfe einer Ausgleichsschaltung auf das gleiche Niveau gebracht, bis schließlich die gesamte Batterie ausgeglichen ist. Ladegeräte neigen jedoch dazu, die Zellen unterschiedlich aufzuladen. Beispielsweise neigen einige Schnellladegeräte dazu, diese Phase zu überspringen, während andere dies erreichen, indem sie jede Zelle für sich aufladen.

In der Konstantspannungsphase neigt das Ladegerät dazu, eine Spannung anzulegen, die gleich der maximalen Zellenspannung multipliziert mit der Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen an die Packung ist. Dieser Vorgang erfolgt allmählich, wenn der Strom auf 0 abfällt, bis er unter einem Standardschwellenwert von 3% des vorherigen konstanten Ladestroms liegt. Für Lithium-Ionen-Zellen wird eine Nachfüllladung empfohlen, sobald die Spannung unter 4,05 V pro Zelle fällt. Dies sollte jedoch einmal pro 500 Stunden erfolgen, wie von Experten empfohlen. Die Nichtbeachtung der Strom- und Spannungsbeschränkungen der Zellen kann zu Batterieausfällen oder Explosionen führen.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Extreme Temperaturen

Die Grenzen der Ladetemperatur von Lithium-Ionen-Zellen sind im Vergleich zu den Betriebszellen normalerweise intensiver. Die chemischen Reaktionen in einer Lithium-Ionen-Batterie tendieren dazu, sich bei erhöhten Temperaturen gut zu entwickeln. Ein längerer Kontakt mit solchen Temperaturen verringert jedoch tendenziell die Lebensdauer der Batterie allmählich. lithium-ionen-akkus können auch in kalten Temperaturbereichen besser geladen werden und ermöglichen sogar ein schnelles Laden. Dies geschieht in einem Temperaturbereich von ca. 5 bis 45 ° C. Es wird empfohlen, die Lithium-Ionen-Zellen innerhalb dieses Temperaturbereichs aufzuladen. Wenn Sie Ihren Lithium-Ionen-Akku in einem Niedertemperaturbereich von etwa 0 bis 5 ° C aufladen möchten, sollten Sie den Ladestrom reduzieren.

Während des Ladens bei niedrigen Temperaturen ist der geringe Temperaturanstieg aufgrund des inneren Zellwiderstands überdurchschnittlich, wenn er als vorteilhaft angesehen wird. Hohe Temperaturen während des Ladevorgangs können den Akku jedoch verschlechtern, während bei extremen Temperaturen die Akkuleistung stark beeinträchtigt wird. Bei geringen Temperaturen steigt der Innenwiderstand der Zellen tendenziell an, was zu einem langsameren und längeren Ladevorgang führen kann. Lithium-Ionen-Batterien für herkömmliche Verbrauchergeräte dürfen nicht unter 0 ° C geladen werden. Dies liegt daran, dass eine mögliche Galvanisierung an der negativen Elektrode in einer Gefrierladung stattfinden kann, und dies könnte sich als dauerhaftes Problem herausstellen. Zu Ihrer Sicherheit und der des Akkus dürfen viele Geräte auf Lithium-Ionen-Basis nicht außerhalb des Temperaturbereichs von 0 bis 45 ° C aufgeladen werden.

Letzte Worte

Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund ihrer beispielhaften Leistung in ihren verschiedenen Anwendungen die Wegbereiter der Batterietechnologie. Wenn Sie mehr über diese Batterien wissen, können Sie sie bei Ihrem beabsichtigten Gebrauch optimal nutzen.