Lithium-Ionen-Batterie verwendet Chemie, Vor- und Nachteile

In der Unterhaltungselektronik sind Lithium-Ionen-Batterien weit verbreitet. Als eine der beliebtesten Arten von wiederaufladbaren Batterien für tragbare Elektronik haben sie ein hohes Energie-Gewichts-Verhältnis, eine hohe Leerlaufspannung, eine langsame Selbstentladungsrate und keinen Memory-Effekt. Anwendungen in Militär, Elektrofahrzeugen und Luft- und Raumfahrt nutzen Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer hohen Energiedichte.

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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Lithium-Ionen-Batterie verwendet welche Elektrode als Anode

Anodenmaterialien müssen die folgenden Kriterien erfüllen, um für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien geeignet zu sein:

●Porosität und Leitfähigkeit sind ausgezeichnet.

●Leicht und langlebig, und der Preis ist niedrig.

●Passen Sie die Spannung an die bevorzugte Kathode an.

In einer Lithium-Ionen-Batterie besteht die Anode oder negative Elektrode typischerweise aus mit Kupferfolie beschichtetem Graphit. Graphit ist ein kristalliner Feststoff mit metallischem Glanz und einer schwarz/grauen Farbe. Es ist aufgrund seiner elektronischen Struktur sehr leitfähig und kann in der Ebene eines Einkristalls 25.000 S/cm2 erreichen.

Anoden für Lithium-Ionen-Batterien werden fast immer aus Graphitpulver hergestellt. Graphitmaterialien werden synthetisiert (künstlicher Graphit) oder aus dem Boden abgebaut (natürlicher Graphit) und dann stark verarbeitet, bevor sie als Anoden auf Kupferfolie gebrannt werden.

Da Graphit reversibel Lithium-Ionen zwischen seinen vielen Schichten platzieren kann, wird es häufig als aktives Material in negativen Elektroden verwendet. Diese reversible elektrochemische Fähigkeit in Batterien mit optimierten Elektroden bleibt über Tausende von Zyklen erhalten. Allerdings muss die Graphitoberfläche für diese Anwendung mit der Lithium-Ionen-Batteriechemie kompatibel sein.

Vor- und Nachteile von Lithium-Ionen-Akkus

Einige Vorteile von Lithium-Ionen-Akkus sind:

●Hohe Energiedichte

Lithium-Ionen haben die doppelte Energiedichte von Nickel-Cadmium, wodurch seine Ladefähigkeiten weitaus robuster sind als bei anderen Batterietypen. Das bedeutet, dass zwei- bis dreimal so viele Nickel-Cadmium-Batteriezellen benötigt würden, um die gleiche Leistung zu liefern wie eine Lithium-Ionen-Batterie. Dies ist für Geräte wie Smartphones, Laptops, Elektrowerkzeuge und Elektrofahrzeuge von entscheidender Bedeutung, da ein Akku aus Gründen der Bequemlichkeit und Praktikabilität idealerweise lange zwischen den Ladevorgängen halten sollte.

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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●Kostengünstig

Da Lithium-Ionen-Batterien schon seit langem auf dem Markt sind, sind die Herstellungskosten erheblich gesunken. Darüber hinaus ist die Verwendung einer Lithium-Ionen-Batterie für ein tragbares Gerät viel kostengünstiger, da sie leicht verfügbar ist und viel weniger kostet.

●Dauerspannung

Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist ihre Fähigkeit, eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten. Ein Lithium-Ionen-Akku hält die Spannung erfolgreich aufrecht, egal wie stark die Nutzung oder Belastung ist. Dies liegt daran, dass die von jeder Lithium-Ionen-Zelle erzeugte Spannung etwa 3,6 Volt beträgt, was deutlich höher ist als die von ihren Alternativen erzeugte Spannung.

●Geringer Wartungsaufwand

Im Gegensatz zu anderen Batterietypen benötigen Lithium-Ionen-Batterien keine besondere Pflege, um ihre Lebensdauer zu verlängern – sie müssen nicht zykliert werden und haben kein Gedächtnis. Bei anderen Batterien kann es erforderlich sein, dass sie regelmäßig entladen oder mit Batterieflüssigkeit nachgefüllt werden, was Sie mit Lithium-Ionen vermeiden können. Sie müssen nicht vorbereitet werden, wodurch sie noch einfacher zu verwenden sind.

Einige der Nachteile sind:

●Transport ist schwierig.

In den letzten Jahren hat sich der Nachteil von Lithium-Ionen-Batterien verstärkt. Viele Fluggesellschaften verbieten den Transport von Lithium-Ionen-Batterien und beschränken ihre Fracht auf Schiffe. Auch für Fluggäste müssen diese Lithium-Ionen-Akkus im Handgepäck mitgeführt werden.

Bei der Sicherheitsstellung kann sich diese jedoch im Laufe der Zeit ändern. Andererseits bleibt die Anzahl der verfügbaren Batterien begrenzt, was der größte Nachteil von Lithium-Ionen-Batterien ist.

●Mit der Zeit verschlechtert sich die Leistung

Obwohl Lithium-Ionen-Akkus eine lange Lebensdauer haben, ändert sich ihre Leistung im Laufe der Zeit. Auch die Wirksamkeit und Leistung von Lithium-Ionen-Batterien lässt mit der Zeit nach. Darüber hinaus können Lithium-Ionen-Batterien ihre Leistung beeinträchtigen, unabhängig davon, ob sie in Gebrauch sind oder nicht. Neben der Nutzung verursacht ein zeitlicher Faktor einen Rückgang der Arbeitsunfähigkeit.

●Es erfordert ein höheres Schutzniveau.

Lithium-Ionen-Batterien sind weniger langlebig als andere Arten von wiederaufladbaren Batterien. Sie müssen vor starker Überladung und Entladung geschützt werden. Abgesehen davon müssen Lithium-Ionen-Batterien sicher gewartet werden. Daher benötigt jede Lithium-Ionen-Batterie eine Schutzschaltung, was ein erheblicher Nachteil ist, um diese Sicherheitsgrenzen einzuhalten.

Chemie der Lithium-Ionen-Batterie

Kathode, Anode, Elektrolyt und Separator sind die vier Hauptkomponenten von Li-Ionen-Batterien.

Jede Komponente eines Lithium-Ionen-Akkus ist kritisch, da der Akku nicht funktioniert, wenn einer von ihnen fehlt.

Kapazität und Spannung einer Li-Ionen-Batterie werden durch die Kathode bestimmt. Die chemischen Reaktionen von Lithium erzeugen Strom in einer Lithium-Ionen-Batterie. Aus diesem Grund wird Lithium in die Batterie eingesetzt, und der Raum für Lithium wird als "Kathode" bezeichnet.

Da Lithium jedoch in seiner Elementform instabil ist, wird es mit Sauerstoff kombiniert, um Lithiumoxid zu bilden, das als Kathode verwendet wird. Der Begriff „aktives Material“ bezieht sich auf das Material, das wie Lithiumoxid in die Elektrodenreaktion der eigentlichen Batterie eingreift.

Das Anodensubstrat ist wie die Kathode mit Aktivmaterial beschichtet. Das aktive Material in der Anode lässt elektrischen Strom durch den externen Stromkreis fließen und ermöglicht gleichzeitig die reversible Absorption und Emission von Lithiumionen, die von der Kathode freigesetzt werden.

Lithium-Ionen werden beim Laden der Batterie in der Anode gespeichert, nicht in der Kathode. Wenn der leitende Draht die Kathode mit der Anode verbindet, fließen Lithiumionen auf natürliche Weise durch den Elektrolyten zurück zur Kathode, und die getrennten Elektronen (e-) bewegen sich entlang des Drahtes und erzeugen Elektrizität.

Lithium-Ionen bewegen sich durch den Elektrolyten und Elektronen bewegen sich durch den Draht, entsprechend der Erklärung von Kathode und Anode. Dies ist der Schlüssel zur Fähigkeit einer Batterie, Strom zu nutzen. Wenn Ionen durch den Elektrolyten fließen, können wir keinen Strom mehr nutzen und unsere Sicherheit ist gefährdet. Die Komponente, die diese entscheidende Rolle spielt, ist der Elektrolyt. Zwischen Kathode und Anode fungiert es als Leitung für Lithium-Ionen. Im Elektrolyten werden üblicherweise Materialien mit hoher Ionenleitfähigkeit verwendet, damit sich Lithiumionen leicht hin und her bewegen können.