Cyflwyniad i Batris Lithiwm-ion
Egwyddor Weithredol Batris Lithiwm-ion
Mae batri ïon lithiwm yn bennaf yn cynnwys electrod positif, electrod negyddol, electrolyt sy'n dargludo ïonau lithiwm, agwahanydda casin sy'n gwahanu'r electrodau positif a negyddol. Yn gyffredinol, mae'r deunydd electrod positif yn gyfansoddyn sy'n caniatáu ar gyfer mewnosod ac echdynnu ïonau lithiwm cildroadwy, megis ocsid cobalt lithiwm (LiCoO₂), ocsid nicel lithiwm (LiNiO₂), lithiwm manganîs ocsid (LiMn₂O₄), neu ddeunyddiau teiran (LiCoₓNiᵧ₋₋ႋ). Mae'r electrolyte yn cynnwys halwynau lithiwm (mae halwynau lithiwm cyffredin yn cynnwys LiClO₄, LiPF₆, LiBF₄, LiBOB, ac ati) hydoddi mewn toddydd penodol (yn bennaf cymysgedd o ethylene carbonad (EC), carbonad diethyl (DEC), dimethyl carbonad (DMC), carbonad propylen (PC), ac ati, mewn cyfran benodol). Yn gyffredinol, resin polyolefin yw'r deunydd gwahanydd, sy'n aml yn defnyddio pilenni microporous polypropylen haen sengl neu aml-haen (PP) a polyethylen (PE), fel gwahanydd Celgard 2300. Mae'r electrod negyddol fel arfer yn defnyddio deunyddiau sy'n gallu rhyngosod lithiwm, megis golosg petrolewm, graffit pur, a charbon cymysg graffit haenog. Mae'r adwaith mewn batri ïon lithiwm gan ddefnyddio carbon (C₆) fel yr electrod negyddol a metel ocsid trosiannol LiMeO₂ fel yr electrod positif fel a ganlyn.
Yn ystod codi tâl:
Yn ystod rhyddhau:
Wrth godi tâl, mae ïonau lithiwm yn cael eu rhyddhau o'r electrod positif a'u mewnosod yn yr electrod negyddol; wrth ollwng, mae ïonau lithiwm yn cael eu rhyddhau o'r electrod negyddol a'u mewnosod yn yr electrod positif. Mewn geiriau eraill, wrth godi tâl a gollwng, mae ïonau lithiwm yn symud yn ôl ac ymlaen rhwng yr electrodau positif a negyddol, yn debyg iawn i gadair siglo. Felly, gelwir batris lithiwm ïon hefyd yn "batris cadeiriau siglo." Gellir dangos eu hegwyddor gweithio yn Ffigur 1.1.
O dan amodau gwefru a gollwng arferol, mae mewnosod ac echdynnu ïonau lithiwm rhwng deunyddiau carbon haenog a gronynnau ocsid neu rhwng haenau mewn batris ïon lithiwm yn gyffredinol ond yn achosi newidiadau yn y bylchau rhyng-haenau ac nid yw'n niweidio'r strwythur grisial. Yn ystod codi tâl a rhyddhau, mae strwythurau cemegol y deunyddiau electrod positif a negyddol yn aros yn ddigyfnewid yn y bôn. Felly, o safbwynt gwrthdroadwyedd yr adwaith rhyddhau tâl, mae mewnosod ac echdynnu ïonau lithiwm yn y deunyddiau batri yn broses adwaith ddelfrydol. Yn seiliedig ar y nodweddion hyn, mae batris ïon lithiwm yn well o ran perfformiad na batris hydrid metel nicel a chadmiwm a nicel.
Dosbarthiad batri ion lithiwm
Gellir dosbarthu batris ïon lithiwm yn ôl y deunydd catod a ddefnyddir, ymddangosiad a maint, dull gweithgynhyrchu celloedd, math o becynnu, a nodweddion cymhwysiad.
Yn seiliedig ar y deunydd catod a ddefnyddir, gellir rhannu batris ïon lithiwm yn batris lithiwm cobalt ocsid, batris lithiwm manganîs ocsid, batris lithiwm teiran, a batris ffosffad haearn lithiwm.
Mae gan fatris lithiwm cobalt ocsid foltedd enwol o 3.7V ac ystod foltedd gweithredu o 2.4 ~ 4.2V. Mae gan fatris lithiwm cobalt ocsid strwythur sefydlog, gallu penodol uchel, a pherfformiad cyffredinol rhagorol, ond mae eu diogelwch yn wael ac mae eu cost yn uchel, a ddefnyddir yn bennaf mewn celloedd bach a chanolig. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae deunyddiau lithiwm cobalt ocsid foltedd uchel wedi'u datblygu, a all gynyddu foltedd terfyn uchaf y batri i 4.3V neu 4.35V, a thrwy hynny wella gallu'r batri a dwysedd ynni yn effeithiol. Ar hyn o bryd, batris lithiwm cobalt ocsid sydd â'r dwysedd ynni cyfeintiol uchaf, gan gyrraedd 550Wh / kg, gan eu gwneud yr unig ddewis ar gyfer pweru ffonau symudol pen uchel a chynhyrchion electronig eraill.
Mae gan fatris lithiwm manganîs ocsid (MMANO) foltedd enwol o 3.8V ac ystod foltedd gweithredu o 2.5V i 4.2V. Foltedd amddiffyn gordaliad yw 4.28V ± 0.025V, a thros{6}}foltedd amddiffyn rhyddhau yw 2.5V ± 0.1V. Mae batris MMANO yn rhad ac yn ddiogel. Fodd bynnag, mae'r deunydd lithiwm manganîs ocsid ei hun yn gymharol ansefydlog ac yn dueddol o ddadelfennu, gan gynhyrchu nwy a chwyddo. Mae ei oes beicio yn dadfeilio'n gymharol gyflym, mae ei oes yn gymharol fyr, ac mae ei berfformiad tymheredd uchel yn wael. Fe'i defnyddir yn bennaf mewn celloedd o faint isel, canolig i fawr ar gyfer gweithgynhyrchu batris pŵer.
Mae gan fatris ïon lithiwm teiranaidd (TLC) foltedd enwol o 3.6V ac ystod foltedd gweithredu o 2.75V i 4.2V. Foltedd amddiffyn gor-dâl yw 4.28V ± 0.025V, a thros{7}}foltedd amddiffyn rhyddhau yw 2.75V ± 0.1V. Mae gan fatris TLC berfformiad cyffredinol da, maent yn rhatach na lithiwm cobalt ocsid (LCO), ac yn cynnig gwell diogelwch. Gellir eu defnyddio mewn batris pŵer, ac mae eu cyfran o'r farchnad yn y farchnad deunydd catod yn cynyddu o flwyddyn i flwyddyn. Mae batris ïon lithiwm bach sy'n defnyddio deunyddiau ïon lithiwm teiran yn cael eu derbyn yn raddol gan y farchnad. Gellir cyfuno deunyddiau teiran hefyd â lithiwm cobalt ocsid a lithiwm manganîs ocsid i'w defnyddio mewn dur, cas, alwminiwm, cwdyn, polymer, a batris ïon lithiwm silindrog, a all leihau costau batri yn sylweddol a gwella perfformiad cyffredinol. Ar hyn o bryd, gall batris deunydd teiran gyflawni dwysedd ynni o 180 Wh/kg (gall batris cas 26650 dur gyrraedd cynhwysedd o 4600 mAh/kg gyda phwysau o 90g), gan gynnig mantais amlwg o ran cost-effeithiolrwydd.
Mae gan fatris ffosffad haearn lithiwm (LFP) foltedd enwol o 3.2V ac ystod foltedd gweithredu o 2.5 ~ 3.75V. Foltedd amddiffyn gor-dâl yw 3.75V ±0.025V, a thros{6}}foltedd amddiffyn rhag rhyddhau yw 2.5V±0.1V. Mantais fwyaf batris LFP yw sefydlogrwydd a diffyg dadelfennu'r deunydd electrod positif, gan roi diogelwch heb ei ail iddynt o'i gymharu â systemau deunyddiau electrod positif eraill. Mae gan batris LFP fywyd beicio hir, maent yn doreithiog o ran adnoddau, ac maent yn gyfeillgar i'r amgylchedd. Fodd bynnag, mae ganddynt lwyfan gollwng isel a pherfformiad tymheredd isel gwael.
Yn seiliedig ar ymddangosiad a maint, gellir rhannu batris ïon lithiwm yn batris silindrog a batris prismatig, ac ati.
Yn seiliedig ar ddull gweithgynhyrchu celloedd, gellir rhannu batris ïon lithiwm yn batris clwyf (clwyf silindrog a chlwyf gwastad), batris wedi'u pentyrru, ac ati.
Yn seiliedig ar y math o ddeunydd pacio, gellir rhannu batris ïon lithiwm yn batris cas dur, batris cas alwminiwm, batris cas plastig, batris pecyn meddal, ac ati.
Yn seiliedig ar nodweddion cymhwysiad, gellir rhannu batris ïon lithiwm yn batris tymheredd uchel, batris tymheredd isel, batris pŵer a batris cynhwysedd, ac ati.
Yn seiliedig ar eu meysydd cymhwysiad, gellir dosbarthu batris ïon lithiwm fel: batris wrth gefn, batris pŵer, a batris storio ynni.
Cymwysiadau Batris Lithiwm-ion
Gellir dweud, ers i'r batri gael ei ddyfeisio, nad oes unrhyw gynnyrch batri arall wedi'i ddefnyddio mor gyflym ac mor eang â'r batri lithiwm-ion. O'r cyflenwad pŵer cloc ar gyfer CPUs cyfrifiadurol i'r pecynnau batri ion lithiwm mawr a ddefnyddir mewn automobiles a llongau tanfor, mae'r gwahaniaeth cynhwysedd yn fwy na 10 miliwn o weithiau. Mae ganddynt gymwysiadau eang ym mywyd beunyddiol, offer meddygol, cerbydau trydan, gorsafoedd pŵer storio ynni, awyrofod, a'r fyddin.
Ar ôl mwy na 10 mlynedd o boblogeiddio, mae batris ïon lithiwm wedi dod yn unig system bŵer a ddefnyddir yn eang mewn cynhyrchion digidol megis ffonau symudol a gliniaduron. Oherwydd eu hegni penodol uchel, maent hefyd yn cael eu defnyddio'n helaeth mewn offer pŵer, beiciau trydan, bysiau trydan, gorsafoedd pŵer storio ynni gwynt a solar, gorsafoedd sylfaen cyfathrebu symudol, cyflenwadau pŵer lamp mwyngloddio, cyflenwadau pŵer capsiwl achub mwyngloddio, cyflenwadau pŵer milwyr unigol milwrol, radios, batris lloeren, a llawer o gymwysiadau eraill. Yn ôl yr ystadegau, yn 2011, cyrhaeddodd maint marchnad diwydiant batri lithiwm Tsieina 39.7 biliwn yuan, cynnydd o 43% o flwyddyn i flwyddyn, a chyrhaeddodd allbwn blynyddol batris lithiwm 2.97 biliwn o unedau, cynnydd o 28.6% o flwyddyn i flwyddyn. Mae'r diwydiant batri lithiwm wedi dod yn gyfeiriad diwydiannol pwysig i'r economi genedlaethol²¹.
