Die Lithium-Ionenbatterie

Pionierarbeit mit der Lithiumbatterie fing in 1912 unter G.N. Lewis an, aber es war nicht bis die frühen siebziger Jahre, daß die ersten nicht-nachladbaren Lithiumbatterien im Handel erhältlich wurden. Versuche, nachladbare Lithiumbatterien zu entwickeln folgten in die achtziger Jahre, aber verließen wegen der Sicherheit Probleme.

Lithium ist aller Metalle das hellste, hat das größte elektrochemische Potential und liefert die größte Energiedichte pro Gewicht. Die nachladbaren Batterien, die Lithiummetallanoden verwenden (negative Elektroden) sind zum Zur Verfügung stellen der Hochspannungs- und ausgezeichneten Kapazität fähig, und das resultiert in einer außerordentlichen Dichte der hohen Energie.

Nach vieler Forschung auf nachladbaren Lithiumbatterien während der achtziger Jahre, wurde es gefunden, daß das Radfahren Änderungen auf der Lithiumelektrode verursacht. Diese Umwandlungen, die ein Teil normale Abnutzung und Riß sind, verringern die Wärmebeständigkeit und verursachen mögliche thermische Durchgehenzustände. Wenn dieses auftritt, nähert resultiert sich die Zelle Temperatur schnell dem Schmelzpunkt des Lithiums, und das in einer heftigen Reaktion, die Venting ‘mit Flamme genannt wird’. Eine große Quantität nachladbare Lithiumbatterien, die nach Japan geschickt wurden, mußte 1991 nachdem eine Batterie in freigegebenen lodernden Gasen eines beweglichen Telefons und in zugefügten Bränden zu einem Gesicht der Person’s zurückgerufen werden.

Wegen der zugehörigen Instabilität des Lithiummetalls, besonders während der Aufladung, verschob sich Forschung auf eine nicht-metallische Lithiumbatterie mit Lithiumionen. Obgleich etwas niedrig in der Energiedichte als Lithiummetall, ist das Li-Ion sicher, vorausgesetzt bestimmte Vorkehrungen bei der Aufladung und der Entladung getroffen werden. 1991 brachte Sony Corporation die erste Li-Ionbatterie in den Handel. Andere Hersteller folgten Klage. Heute ist das Li-Ion das schnellste Wachsen und die meiste vielversprechende Batteriechemie.

Die Energiedichte des Li-Ions ist gewöhnlich zweimal die des StandardniCd. Verbesserungen Elektrode in den aktiven Materialien haben das Potential der Erhöhung der Energiedichte nah an dreimal, die vom NiCd. Zusätzlich zur hohen Kapazität sind die Last Eigenschaften recht gut und benehmen sich ähnlich zum NiCd in Entladung Eigenschaften (ähnliche Form des Entladung Profils, aber unterschiedlicher Spannung ausgedrückt). Die flache Entladung Kurve bietet wirkungsvolle Anwendung der gespeicherten Energie in einem wünschenswerten Spannung Spektrum an.

Das Li-Ion ist eine niedrige Wartung Batterie, ein Vorteil, den die meiste andere Chemie nicht behaupten kann. Es gibt kein Gedächtnis und kein zeitlich geplantes Radfahren wird angefordert, um das Leben der Batterie’s auszudehnen. Zusätzlich ist bildet die Selbstentladung kleiner als die Hälfte, die mit NiCd und NiMH verglichen wird und das Li-Ion, das gut für moderne Kraftstoffanzeigeanwendungen entsprochen wird.

Die hohe Zelle Spannung des Li-Ions erlaubt die Herstellung der Batteriesätze, die aus nur einer Zelle bestehen. Viele von beweglichen’Telefonen des heutigen Tages s laufen auf eine Einzelzelle, ein Vorteil, der Batteriedesign vereinfacht. Versorgungsmaterial-Spannungen der elektronischen Anwendungen sind niedriger vorangegangen, das der Reihe nach wenige Zellen pro Batteriesatz erfordert. Um die gleiche Energie beizubehalten jedoch sind höhere Ströme erforderlich. Dieses hebt den Wert des sehr niedrigen Zelle Widerstandes hervor, um uneingeschränkten Fluß des Stromes zu erlauben.

Chemieveränderungen — während der neuen Jahre, einige Arten Li-Ionbatterien sind mit nur einer Sache im Common das — Stichwort ' Lithium ' aufgetaucht. Obgleich auffallend ähnlich auf der Außenseite, können Lithium-gegründete Batterien weit sich verändern.

Sony’s ursprüngliche Version des Li-Ions benutzte Koks, ein Produkt der Kohle, als die negative Elektrode. Seit 1997 die meisten Li-Ionen (einschließlich Sony’S) haben sich auf Graphit verschoben. Diese Elektrode liefert eine flachere Entladung Spannung Kurve als Koks und bietet eine scharfe Knieschlaufe am Ende der Entladung an. Infolgedessen liefert das Graphitsystem die gespeicherte Energie, durch zu 3.0V/cell entladen nur müssen, während die Koksversion zu 2.5V entladen werden muß, um ähnliche Laufzeit zu erhalten. Zusätzlich ist- die Graphitversion zum Liefern eines höheren Entladungsstroms fähig und bleibt während der Aufladung und der Entladung als die Koksversion kühler.

Für die positive Elektrode ist zwei eindeutige Chemie aufgetaucht. Sie sind Kobalt und Spinel (alias Mangan). Während Kobalt im längeren Gebrauch gewesen ist, ist Spinel und verzeihend in sich selbst sicherer, wenn es mißbraucht wird. Kleine prismatische spinel Sätze für bewegliche Telefone können eine thermische Sicherung und einen Temperaturfühler nur mit einschließen. Zusätzlich zu den Kostensparungen auf einem vereinfachten Schutzstromkreis, ist der Rohstoff, der für Spinel gekostet wird, niedriger als der von Kobalt. Als Kompromiß bietet Spinel eine etwas niedrigere Energiedichte an, erleidet Kapazität Verlust bei den Temperaturen über 40°C und Alter schneller als Kobalt.

Gegründet auf anwesenden Erzeugung 18650 Zellen. Die Energiedichte neigt, für prismatische Zellen niedriger zu sein.

Die Wahl der Metalle, die Chemikalien und die Zusätze helfen, den kritischen Kompromiß zwischen Dichte der hohen Energie, Zeit der langen Lagerung, ausgedehntem Zyklusleben und Sicherheit auszugleichen. Dichten der hohen Energie können mit relativer Mühelosigkeit erzielt werden. Z.B. erhöht das Hinzufügen mehr Nickels anstatt des Kobalt die ampere/hours Bewertung und senkt die Herstellung, die aber gekostet werden, die Marken die sichere Zelle weniger. Während eine Start-upfirma auf Dichte der hohen Energie konzentrieren kann, um schnelle Marktannahme zu gewinnen, können Sicherheit, das Zyklusleben und die Speicherfähigkeiten verglichen werden. Hochwertige Hersteller, wie Sony, Panasonic, Sanyo, Moli Energie und Polystor setzen hohen Wert auf Sicherheit. Aufsichtsbehörden versichern, daß nur sichere Batterien an die Öffentlichkeit verkauft werden.

Li-Ionzellen verursachen weniger Schaden, wenn sie entledigt werden als Leitung oder Kadmium-gegründete Batterien. Unter der Li-Ionfamilie ist der Spinel in Beseitigung ausgedrückt das freundlichste.

Trotz seiner gesamten Vorteile hat Li-Ion auch seine Beeinträchtigungen. Es ist zerbrechlich und erfordert einen Schutzstromkreis, sicheren Betrieb beizubehalten. Errichtet in jeden Satz, begrenzt der Schutzstromkreis die Höchstspannung jeder Zelle während der Aufladung und verhindert die Zelle Spannung an auf Entladung zu niedrig fallen. Zusätzlich ist die maximale Aufladung und der Entladungsstrom begrenzt und die Zelle Temperatur wird überwacht, um Temperaturübermaße zu verhindern. Mit diesen Vorkehrungen im Platz, wird die Möglichkeit des metallischen Lithiumüberzugauftretens wegen der Überbeladung praktisch beseitigt.

Altern ist ein Interesse auf die meisten Li-Ionbatterien. Aus unbekannten Gründen sind Batteriehersteller über diese Ausgabe leise. Etwas Kapazität Verschlechterung ist nach einem Jahr wahrnehmbar, ob die Batterie im Gebrauch oder nicht ist. Über zwei oder möglicherweise drei Jahren fällt die Batterie häufig aus. Es sollte erwähnt werden, daß andere Chemie auch altersgebundene degenerative Effekte hat. Dies gilt für das NiMH besonders, wenn es hohen umgebenden Temperaturen herausgestellt wird.

Die Speicherung der Batterie in einem kühlen Platz verlangsamt den Alternprozeß des Li-Ions (und anderer Chemie). Hersteller empfehlen Speichertemperaturen von 15°C (59°F). Zusätzlich sollte die Batterie nur teilweise aufgeladen werden wenn in der Ablage.

Ausgedehnte Ablage wird nicht für Li-Ionbatterien empfohlen. Stattdessen sollten Sätze gedreht werden. Der Kunde sollte das Herstellung Datum berücksichtigen, wenn er eine Wiedereinbau Li-Ionbatterie kauft. Leider werden diese Informationen häufig in einer verschlüsselten Seriennummer kodiert und sind für den Hersteller nur vorhanden.

Hersteller verbessern ständig die Chemie der Li-Ionbatterie. Alle sechs Monate wird eine neue und erhöhte chemische Kombination versucht. Mit solchem schnellem Fortschritt wird es schwierig, festzusetzen, wie gut das korrigierte Batteriealter und wie es nach langfristiger Lagerung durchführt.

Kostenanalyse — die ökonomischste Lithium-gegründete Batterie in Kosten-zu-Energie Verhältnis ausgedrückt ist ein Satz mit der zylinderförmigen Zelle 18650. Diese Batterie ist für bewegliche Anwendungen wie bewegliches Rechnen ein wenig umfangreich aber verwendbar. Wenn ein dünnerer Satz (Verdünner als 18 Millimeter) angefordert wird, ist die prismatische Li-Ionzelle die beste Wahl. Es gibt wenig oder keinen Gewinn in der Energiedichte pro Gewicht und Größe über den 18650, gleichwohl die Kosten mehr als Doppeltes sind.

Wenn eine ultra-dünne Geometrie (weniger als 4 Millimeter) erforderlich ist, ist die beste Wahl Li-Ionpolymer-Plastik. Dieses ist die kostspieligste Wahl in Energiekosten ausgedrückt. Das Li-Ionpolymer-Plastik bietet beträchtlichem Energiegewinnüberschuß herkömmliche Li-Ionsysteme nicht an, noch bringt es die Haltbarkeit der Zelle 18560 zusammen.

Vorteile und Beschränkungen der Li-Ionbatterien

Vorteile

Dichte- Potential der hohen — Energie für dennoch höhere Kapazitäten. Verhältnismäßig niedrige Selbstentladung- — Selbstentladung ist kleiner als Hälfte das von NiCd und von NiMH.

Niedrige Wartung — keine periodische Entladung ist erforderlich; kein Gedächtnis.

Beschränkungen erfordert Schutzstromkreis- — Schutzstromkreisbegrenzungen Spannung und Strom. Batterie ist sicher, wenn sie nicht erregt wird.

Abhängig von Altern selbst wenn nicht im Gebrauch, der — die Batterie in einem kühlen Platz und bei 40 Prozent speichert, Zustand-von-aufladen Sie, verringert den Alterneffekt. Moderieren Sie Entladungsstrom.

Abhängig von Transportregelungen — kann Versand der größeren Quantitäten Li-Ionbatterien abhängig von Kontrolle durch eine Aufsichtsbehörde sein. Diese Beschränkung trifft nicht auf persönliches tragen-auf Batterien zu.

Kostspielig, ungefähr — 40 Prozent höher in den Kosten als NiCd herzustellen. Bessere Produktionstechniken und Wiedereinbau der seltenen Metalle mit Alternativen der niedrigeren Kosten verringern wahrscheinlich den Preis.

Nicht völlig fällige — Änderungen in den Metall- und Chemikaliekombinationen beeinflussen Batterietestergebnisse, besonders mit einigen schnellen Testmethoden.

Vorsicht: Li-Ionbatterien haben eine Dichte der hohen Energie. Übung Vorkehrung bei der Behandlung und der Prüfung. Nicht Kurzschluß, Überbeladung, Zerstampfung, Tropfen, zu verstümmeln, einzudringen, Rückpolarität anzuwenden, Hochtemperatur herauszustellen oder auseinanderzubauen. Benutzen Sie nur die Li-Ionbatterie mit dem gekennzeichneten Schutzstromkreis. Die hohe Gehäusetemperatur, die aus Mißbrauch der Zelle resultiert, konnte körperliche Verletzung verursachen. Der Elektrolyt ist in hohem Grade feuergefährlich. Abbruch kann Venting mit Flamme verursachen.

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