Beth yw Nodweddion Batris Lithiwm-ion?
Cynhwysedd a Grym Electromotive Deunyddiau Batri Lithiwm-ion
Yn ystod adwaith gwefru batris ïon lithiwm, dim ond deunyddiau gweithredol yr electrodau positif a negyddol sy'n cael adweithiau rhyng-galedu/dadradwyo ïon lithiwm, tra nad yw'r electrolyte a deunyddiau eraill yn cael eu bwyta. Felly, mae'r potensial y mae'r deunyddiau electrod positif a negyddol yn rhyngosod/dadradwyo ïonau lithiwm yn gildroadwy yn pennu foltedd cylched agored y batri, a faint o ïonau lithiwm sy'n rhyngosod/datgysylltu sy'n pennu cynhwysedd y deunydd gweithredol. Mae llawer o weithgynhyrchwyr batri ion lithiwm byd-eang a chyflenwyr batri ion lithiwm yn dibynnu ar y nodweddion materol hyn i gyflawni cynhyrchiad màs sefydlog a pherfformiad cynnyrch cyson.
Ar gyfer yr electrod negyddol, mae'r adwaith yn digwydd yn ôl Hafaliad (1.2). Fesul môl o garbon (12g), gellir rhyngosod uchafswm o 1/6 mol o ïonau lithiwm. Felly, mae gallu damcaniaethol penodol deunydd electrod carbon negyddol
1/6(mol)×96485(cysonyn Faraday,C/mol)/12(g)=3400C/g=372(mA·h/g) (1.5)
Mewn defnydd dyddiol, o ystyried colled lithiwm oherwydd arsugniad a ffurfio'r ffilm rhyngffas electrolyt solet (SEI), cynhwysedd penodol gwirioneddol gyraeddadwy deunyddiau carbon yw 300-345 mA·h/g. Mae cyflenwyr pecynnau batri ion lithiwm blaenllaw yn cyflawni'r lefel hon trwy fformiwleiddio graffit wedi'i optimeiddio a phrosesau cotio manwl gywir.
Ar gyfer y deunydd electrod positif, mae ei allu yn dibynnu ar faint o ïonau lithiwm y gellir eu tynnu / eu gosod. Gan gymryd LiCoO₂ fel enghraifft, gall hyd at 1 mol o ïonau lithiwm fesul môl o LiCoO₂ gymryd rhan yn yr adwaith. Felly, cynhwysedd damcaniaethol penodol LiCoO₂ (màs moleciwlaidd cymharol 97.86) yw
1(mol)×96485(C/mol)/97.86(g)=985.95C/g=273.9(mA·h/g) (1.6)
Yn ymarferol, er mwyn cynnal sefydlogrwydd grisial deunydd LiCoO₂, yn gyffredinol dim ond 30% -60% o'r ïonau lithiwm sy'n cymryd rhan yn yr adwaith. Felly, cynhwysedd penodol gwirioneddol deunydd LiCoO₂ yw 137–164 mA·h/g. Mae gweithgynhyrchwyr OEM batri lithiwm mawr yn rheoli dyfnder y gwefr a'r gollyngiad trwy BMS uwch i wneud y mwyaf o fywyd beicio tra'n sicrhau diogelwch.
Ar gyfer ffosffad haearn lithiwm, gall 1 mol o ïonau lithiwm fesul môl o ffosffad haearn lithiwm gymryd rhan lawn yn yr adwaith. Felly, cynhwysedd damcaniaethol a gwirioneddol benodol deunydd ffosffad haearn lithiwm (màs moleciwlaidd cymharol 157.8) yw
1(mol)×96485(C/mol)/157.8(g)=611.44C/g{4}}(mA·h/g) (1.7)
O ran natur, potensial rhydocs safonol Li/Li⁺ yw'r isaf, gan gyrraedd -3.04 V (yn erbyn electrod hydrogen safonol). Ar gyfer deunyddiau electrod carbon negatif, mae potensial echdynnu a mewnosod ïon lithiwm yn agos at botensial ecwilibriwm Li/Li⁺. Yn ôl theori electrocemegol, ar dymheredd ystafell, mae potensial electrod E yr electrod carbon negyddol
E=E radd + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C₆)] (1.8)
lle
E gradd - potensial electrod safonol;
C(Li⁺) - crynodiad ïonau lithiwm yn yr hydoddiant electrolyte;
C(Li, C₆) - crynodiad o ïonau lithiwm yn y carbon electrod negatif.
Pan fydd y crynodiad ïon lithiwm yn yr hydoddiant ac yn yr electrod carbon electrod negyddol yn agos, mae potensial electrod yr electrod negyddol yn cyfateb i'r potensial lleihau safonol E gradd. Yn gyffredinol, mae'r crynodiad ïon lithiwm yn yr electrolyte yn sefydlog, felly bydd newidiadau mewn crynodiad ïon lithiwm yn yr electrod carbon negyddol yn achosi newidiadau yn y potensial electrod negyddol. Ar hyn o bryd nid oes dull cyffredinol i gyfrifo union botensial ecwilibriwm Li/C₆ gyda gwerthoedd x amrywiol. Yn gyffredinol fe'i pennir yn arbrofol. Mae arbrofion yn dangos bod potensial delithiation defnyddiau seiliedig ar graffit yn gyffredinol amrywio rhwng 0–0.4 V (vs. Li/Li⁺), gan eu gwneud yn ddeunyddiau electrod negyddol cymharol addas ar gyfer cymwysiadau. Mae Ffigur 1.2 yn dangos cromlin nodweddiadol gwefr-rhyddhau electrod negatif graffit.
Ar gyfer deunydd electrod positif LiCoO₂, adwaith un cyfnod yw'r broses intercalation/deintercalation lithiwm. Wrth i'r crynodiad ïon lithiwm yn y deunydd electrod positif newid, mae potensial yr electrod positif hefyd yn newid. O ystyried y crynodiad ïon lithiwm yn yr electrolyte yw 1 mol/L, ar gyfer yr adwaith yn Hafaliad (1.1), y potensial electrod positif E yw
E=E radd + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO₂)/C(LiCoO₂)] (1.9)
lle
E gradd - potensial electrod safonol;
C(LiCoO₂) - crynodiad o LiCoO₂ yn y deunydd electrod positif;
C(Li⁺,CoO₂) - crynodiad o Li⁺ a CoO₂ yn y deunydd electrod positif;
Wrth i ïonau lithiwm gael eu tynnu, mae'r potensial electrod positif yn dangos tuedd ar i lawr.
Y broses wefru o ddeunydd ffosffad haearn lithiwm yw'r trawsnewidiad o ffosffad haearn lithiwm i ffosffad haearn ar ôl dadlithiiad.
Yr adwaith yn yr electrod ffosffad haearn lithiwm yw
LiFePO₄ ↔ FePO₄ + Li⁺ + e⁻ (1.10)
Mae ei-broses rhyngosod/dadryngeiddio ïon lithiwm yn adwaith dau gam. Felly, nid yw newidiadau mewn crynodiad ïon lithiwm yn y deunydd electrod positif yn effeithio ar newid posibl yr electrod positif. Ei botensial ecwilibriwm yw
E=E radd + 0.02567 · ln[C(FePO₄)/C(LiFePO₄)] (1.11)
Crynodiad solidau pur yw 1. Yn seiliedig ar ei baramedrau thermodynamig, y potensial ecwilibriwm damcaniaethol yw 3.4 V.
Dangosir cromlin nodweddiadol gwefr-rhyddhau nodweddiadol deunydd ffosffad haearn lithiwm yn Ffigur 1.3.
Nodweddion Perfformiad Batris Lithiwm-ion
O gymharu â batris eraill, mae gan fatris ïon lithiwm y nodweddion canlynol sy'n cael eu cydnabod yn eang gan ddosbarthwyr batri ion lithiwm a chleientiaid diwydiannol:
Dwysedd ynni uchel.Mae dwysedd egni batris ïon lithiwm-yn cyrraedd 100 W·h/kg a 200 W·h/L neu fwy. Mae batris ïon lithiwm catod teiran diweddar wedi cyflawni egni màs penodol o 200 W·h/kg. Gan ddefnyddio deunyddiau anod sy'n seiliedig ar nicel silicon uchel a deunyddiau catod cyfoethog o lithiwm, disgwylir i'r egni màs-benodol gyrraedd 400 W·h/kg a'r dwysedd egni cyfeintiol 900 W·h/L, sy'n llawer uwch na'r batris traddodiadol. Felly, defnyddir batris ïon lithiwm yn eang mewn cynhyrchion electronig cludadwy a cherbydau trydan.
Foltedd cylched agored uchel.Oherwydd y defnydd o doddyddion organig nad ydynt yn-ddyfrllyd, mae foltedd sengl y gell yn cyrraedd 3.6–3.8 V, sydd 2–3 gwaith yn fwy na batris cadmiwm nicel, hydrid metel neu nicel. Gall defnyddio deunyddiau catod foltedd uchel yn effeithiol gynyddu foltedd gweithredu un gell i 4.5–5 V, sef un o'r rhesymau pwysig dros ddwysedd ynni uchel batris ïon lithiwm.
Yn gallu codi tâl a rhyddhau cyfradd uchel.Er enghraifft, gall yr holl fatris ïon lithiwm cyflwr solid sy'n defnyddio electrolytau polymer gyflawni cyfraddau gollwng uwchlaw 10C gyda diogelwch da; batris ïon lithiwm sy'n defnyddio ffosffad haearn lithiwm gan fod y catod yn gallu rhyddhau 100C.
Cyfradd hunan-ollwng isel-.Ar dymheredd ystafell, mae'r gyfradd hunan-ollwng misol o fatris ïon lithiwm yn gyffredinol yn llai na 10%, yn is na batris hydrid metel nicel (15%) a hanner y batris cadmiwm nicel. Yn gyffredinol, mae cyfradd hunan-ollwng batris ffosffad haearn lithiwm yn llai na 3%.
Yn gyfeillgar i'r amgylchedd,yn cynnwys dim plwm, cadmiwm, mercwri, neu sylweddau niweidiol eraill, ac nad yw'n llygru'r amgylchedd.
Dim effaith cof.Mae effaith cof yn cyfeirio at y ffenomen lle mae cynhwysedd y batri yn lleihau pan gaiff ei ailwefru cyn ei ollwng yn llawn neu ei ddefnyddio cyn ei wefru'n llawn (nid pydredd cynhwysedd yw effaith cof). Nid yw batris ïon lithiwm yn cael unrhyw effaith cof.
Diogelwch da.Yn gyffredinol, mae batris ïon lithiwm yn defnyddio deunyddiau carbon fel yr electrod negyddol, sydd â photensial electrod yn agos at lithiwm metelaidd. Gall ïonau lithiwm intercalate a deintercalate cildroadwy mewn carbon, gan leihau'n fawr y tebygolrwydd o dyddodiad metel lithiwm a gwella diogelwch batri yn sylweddol. Yn y blynyddoedd diwethaf, mae ychwanegion gwrth-fflam, gwahanyddion gwrth-fflam, dyfeisiau PTC (cyfernod tymheredd positif), falfiau atal ffrwydrad, systemau rheoli batris, a thechnolegau eraill wedi sicrhau diogelwch uchel iawn batris ïon lithiwm.
Bywyd beicio hir.Yn gyffredinol, mae bywyd beicio batris ïon lithiwm yn fwy na 500 o gylchoedd. Yn gyffredinol, mae bywyd beicio batris ffosffad haearn lithiwm yn 2000-3000 o gylchoedd. Pan gaiff ei gydweddu â systemau deunydd anod â gallu beicio uchel (fel titanate lithiwm), gellir cyflawni mwy na 10,000 o gylchoedd. Mae hyn yn golygu mai batris ffosffad haearn lithiwm yw'r dewis gorau ar gyfer systemau batri storio ynni a phrosiectau ESS ar raddfa fawr.
