La Batterie D'Ion De Lithium

Le travail pionnier avec la batterie de lithium a commencé dans 1912 sous G.N. Lewis mais ce n'était pas jusqu'au début des années 70 que les premières batteries non-rechargeables de lithium sont devenues disponibles dans le commerce. Les tentatives de développer les batteries rechargeables de lithium ont suivi dans les années 80, mais ont échoué en raison des problèmes de sûreté.

Le lithium est le plus léger de tous les métaux, a le plus grand potentiel électrochimique et fournit la plus grande densité d'énergie par poids. Les batteries rechargeables à l'aide des anodes en métal de lithium (électrodes négatives) sont capables de fournir la capacité à haute tension et excellente, ayant pour résultat une densité extraordinaire d'énergie élevée.

Après beaucoup de recherche sur les batteries rechargeables de lithium pendant les années 80, on l'a constaté que le cycle cause des changements sur l'électrode de lithium. Ces transformations, qui font partie d'usage normal et larme, réduisent la stabilité thermique, causant des états thermiques potentiels d'emballement. Quand ceci se produit, la température de cellules approche rapidement le point de fusion du lithium, ayant comme conséquence une réaction violente appelée ‘la mise à l'air libre avec la flamme’. Une grande quantité de batteries rechargeables de lithium envoyées au Japon a dû être rappelée en 1991 après qu'une batterie dans les gaz flamboyants libérés d'un mobilophone et les brûlures infligées à un visage’de la personne s.

En raison de l'instabilité inhérente du métal de lithium, particulièrement pendant le remplissage, la recherche a décalé à une batterie non métallique de lithium en utilisant des ions de lithium. Bien que légèrement inférieur dans la densité d'énergie que le métal de lithium, l'Li-ion est sûr, si certaines précautions sont rencontrées en chargeant et en déchargeant. En 1991, Sony Corporation a commercialisé la première batterie d'Li-ion. D'autres fabricants ont suivi le mouvement. Aujourd'hui, l'Li-ion est la croissance la plus rapide et la plupart de chimie prometteuse de batterie.

La densité d'énergie de l'Li-ion est en général deux fois celle du NiCd standard. Les améliorations en matériaux actifs d'électrode ont le potentiel d'augmenter la densité d'énergie de près de trois fois qui du NiCd. En plus de la capacité élevée, les caractéristiques de charge sont raisonnablement bonnes et se comportent pareillement au NiCd en termes de caractéristiques de décharge (forme semblable de profil de décharge, mais en termes de tension différente). La courbe plate de décharge offre l'utilisation efficace de la puissance stockée dans un spectre souhaitable de tension.

L'Li-ion est une basse batterie d'entretien, un avantage que la plupart des autres chimies ne peuvent pas réclamer. Il n'y a aucune mémoire et aucun cycle programmé n'est exigé pour prolonger la vie’de la batterie s. En outre, le art de l'auto-portrait-discharge est moins que la moitié comparée à NiCd et à NiMH, faisant l'Li-ion bien adapté aux applications modernes de mesure de carburant.

La tension élevée de cellules de l'Li-ion permet la fabrication des paquets de batterie se composant de seulement une cellule. Plusieurs de mobilophones’d'aujourd'hui s fonctionnent sur une cellule, un avantage qui simplifie la conception de batterie. Les tensions d'alimentation des applications électroniques s'étaient dirigées plus bas, qui exige alternativement peu de cellules par paquet de batterie. Pour maintenir la même puissance, cependant, des courants plus élevés sont nécessaires. Ceci souligne l'importance de la résistance très basse de cellules pour permettre l'écoulement sans restriction du courant.

Les variations de chimie — pendant des années récentes, plusieurs types de batteries d'Li-ion ont émergé avec seulement une chose en commun — le mot de ralliement 'lithium '. Bien que de façon saisissante semblable sur l'extérieur, les batteries lithium-basées peuvent changer considérablement.

La version’originale de Sony s de l'Li-ion a employé le coke, un produit de charbon, comme électrode négative. Depuis 1997, la plupart des Li-ions (Sony y compris’s) ont décalé au graphite. Cette électrode fournit une courbe plus plate de tension de décharge que le coke et offre une courbure pointue de genou à l'fin de la décharge. En conséquence, le système de graphite fournit l'énergie stockée en devant seulement décharger à 3.0V/cell, tandis que la version de coke doit être déchargée à 2.5V pour obtenir le temps d'exécution semblable. En outre, la version de graphite est capable de fournir un courant dérivé plus élevé et demeure plus fraîche pendant la charge et la décharge que la version de coke.

Pour l'électrode positive, deux chimies distinctes ont émergé. Elles sont cobalt et spinelle (également connus sous le nom de manganèse). Considérant que le cobalt a été en service plus long, le spinelle est en soi plus sûr et plus pardonnant si maltraité. Les petits paquets à spinelle prismatiques pour les mobilophones peuvent seulement inclure un fusible et une sonde de température thermiques. En plus des économies sur un circuit simplifié de protection, la matière première première coûtée pour le spinelle est inférieure à celle du cobalt. Comme différence, le spinelle offre une densité légèrement inférieure d'énergie, souffre la perte de capacité aux températures au-dessus de 40°C et d'âges plus vite que le cobalt.

Basé sur les cellules actuelles de la génération 18650. La densité d'énergie tend à être inférieure pour les cellules prismatiques.

Le choix des métaux, les produits chimiques et les additifs aident à équilibrer la différence critique entre la densité d'énergie élevée, le moment d'entreposage prolongé, la vie prolongée de cycle et la sûreté. Des densités d'énergie élevée peuvent être réalisées avec la facilité relative. Par exemple, ajouter plus de nickel au lieu de cobalt augmente l'estimation d'ampere/hours et abaisse la fabrication coûtée mais des marques la cellule moins sûre. Tandis qu'une compagnie de démarrage peut se concentrer sur la densité d'énergie élevée pour gagner l'acceptation sur le marché rapide, la sûreté, la vie de cycle et les capacités de mémoire peuvent être compromises. Les fabricants honorables, tels que Sony, Panasonic, Sanyo, énergie de Moli et Polystor placent l'importance élevée sur la sûreté. Les autorités de normalisation s'assurent que seulement des batteries sûres sont vendues au public.

les cellules d'Li-ion causent moins de mal une fois débarassées que le fil ou les batteries cadmium-basées. Parmi la famille d'Li-ion, le spinelle est le plus amical en termes de disposition.

En dépit de ses avantages globaux, l'Li-ion a également ses inconvénients. Il est fragile et exige d'un circuit de protection de maintenir l'exploitation sûre. Construit dans chaque paquet, le circuit de protection limite la tension maximale de chaque cellule pendant la charge et empêche la tension de cellules de se laisser tomber trop bas sur la décharge. En outre, la charge et le courant dérivé maximum est limité et la température de cellules est surveillée pour empêcher des extrémités de la température. Avec ces précautions en place, on élimine presque entièrement la possibilité d'occurrence métallique d'électrodéposition de lithium due à la surcharge.

Le vieillissement est un souci avec la plupart des batteries d'Li-ion. Pour des raisons inconnues, les fabricants de batterie sont silencieux au sujet de cette issue. De la détérioration de capacité est apparente après un an, que la batterie soit en service ou pas. Sur deux ou peut-être trois ans, la batterie échoue fréquemment. Il devrait mentionner que d'autres chimies ont également des effets dégénératifs relatifs à l'âge. Cela vaut particulièrement pour le NiMH si exposé aux températures ambiantes élevées.

Le stockage de la batterie dans un endroit frais ralentit le processus de vieillissement de l'Li-ion (et d'autres chimies). Les fabricants recommandent les températures de stockage de 15°C (59°F). En outre, la batterie devrait seulement être partiellement chargée quand dans le stockage.

Le stockage prolongé n'est pas recommandé pour des batteries d'Li-ion. Au lieu de cela, des paquets devraient être tournés. L'acheteur devrait se rendre compte de la date de fabrication où achetant une batterie d'Li-ion de rechange. Malheureusement, cette information est souvent codée dans un numéro de série chiffré et est seulement disponible au fabricant.

Les fabricants améliorent constamment la chimie de la batterie d'Li-ion. Semestriellement, une combinaison chimique nouvelle et augmentée est essayée. Avec un tel progrès rapide, il devient difficile d'évaluer à quel point les âges révisés de batterie et comment il exécute après entreposage à long terme.

L'analyse du coût — la batterie lithium-basée la plus économique en termes de rapport d'coût-à-énergie est un paquet en utilisant la cellule 18650 cylindrique. Cette batterie est quelque peu encombrante mais appropriée aux applications portatives telles que le calcul mobile. Si un paquet plus mince est exigé (diluant que 18 millimètres), la cellule prismatique d'Li-ion est le meilleur choix. Il y a peu ou pas de gain dans la densité d'énergie par poids et taille au-dessus des 18650, toutefois le coût est davantage que le double.

Si une géométrie ultra-mince est nécessaire (moins de 4 millimètres), le meilleur choix est polymère d'Li-ion. C'est l'option la plus chère en termes de coût énergetique. Le polymère d'Li-ion n'offre pas à excédent appréciable de gains d'énergie les systèmes conventionnels d'Li-ion, ni il assortit la longévité de la cellule 18560.

Avantages et limitations des batteries d'Li-ion

Avantages

Potentiel de densité d'énergie — élevée pour pourtant capacités plus élevées. art de l'auto-portrait-discharge relativement bas — art de l'auto-portrait-discharge est moins que la moitié cela de NiCd et de NiMH.

Le bas entretien — aucune décharge périodique est nécessaire ; aucune mémoire.

Les limitations exige la tension et — le courant de limites de circuit de protection de circuit de protection. La batterie est sûre si non provoquée.

Sujet au vieillissement, même si pas en service — stockant la batterie dans un endroit frais et à 40 pour cent état-de-chargez réduit l'effet de vieillissement. Modérez le courant dérivé.

Sujet aux règlements de transport — l'expédition de plus grandes quantités de batteries d'Li-ion peut être sujette à la commande de normalisation. Cette restriction ne s'applique pas à personnel porter-sur des batteries.

Cher de fabriquer — environ 40 pour cent plus de haut en coût que NiCd. De meilleurs techniques de fabrication et remplacement des métaux rares avec des solutions de rechange plus à prix réduit réduiront probablement le prix.

Les changements pas entièrement — mûrs des combinaisons en métal et de produit chimique affectent des résultats d'essai de batterie, particulièrement avec quelques méthodes rapides d'essai.

Attention : les batteries d'Li-ion ont une densité d'énergie élevée. Précaution d'exercice en manipulant et en examinant. Pas le court circuit, surcharge, écrasement, baisse, mutiler, pénétrer, appliquer la polarité renversée, l'exposer à la haute température ou la démonter. Utilisez seulement la batterie d'Li-ion avec le circuit indiqué de protection. La température de carter élevée résultant de l'abus de la cellule a pu causer des dommages physiques. L'électrolyte est fortement inflammable. La rupture peut causer la mise à l'air libre avec la flamme.

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