De Lithium Ion batterij

Pioneer werken met de lithium batterij begon in 1912 onder GN Lewis maar het was pas in de vroege jaren 1970 dat de eerste niet-oplaadbare lithium batterijen op de markt beschikbaar. Pogingen om de ontwikkeling van oplaadbare lithium batterijen volgde in de jaren 1980, maar slaagde er niet om veiligheidsredenen problemen.

Lithium is de lichtste van alle metalen, heeft de grootste elektrochemische potentieel en biedt de grootste energie-dichtheid per gewicht. Oplaadbare batterijen met lithium metaal anodes (negatieve elektroden) zijn in staat om zowel hoog voltage en een uitstekende capaciteit, wat resulteert in een buitengewone hoge energiedichtheid.

Na veel onderzoek op oplaadbare lithium batterijen tijdens de jaren 1980, werd vastgesteld dat fietsen veroorzaakt veranderingen op de lithium-elektrode. Deze transformaties, die deel uitmaken van normale slijtage, vermindering van de thermische stabiliteit, waardoor potentiële thermische weggelopen voorwaarden. Wanneer dit gebeurt, de cel temperatuur benaderingen snel het smeltpunt van lithium, wat resulteert in een heftige reactie genaamd 'ventilatie met vlam'. Een grote hoeveelheid van oplaadbare lithium-batterijen naar Japan moest worden herinnerd in 1991 na een batterij in een mobiele telefoon uitgebracht brandende gassen en toegebracht brandwonden aan het gezicht van een persoon.

Vanwege de inherente instabiliteit van lithium metaal, vooral tijdens het opladen, onderzoek verschoven naar een niet-metalen lithium batterij met behulp van lithium-ionen. Hoewel iets lager in energie dichtheid dan met lithium-metaal, is de Li-ion veilig, mits aan bepaalde voorzorgsmaatregelen getroffen te worden voldaan bij het laden en ontladen. In 1991 heeft de Sony Corporation gecommercialiseerd de eerste Li-ion batterij. Andere fabrikanten volgden. Vandaag, de Li-ion is de snelst groeiende en meest veelbelovende batterij chemie.

De energie-dichtheid van de Li-ion is meestal het dubbele van de standaard NiCd. Verbeteringen in de elektrode actieve materialen hebben de potentie van het verhogen van de energie-dichtheid van bijna drie maal die van de NiCd. Naast de hoge capaciteit, zijn de kenmerken van de lading redelijk goed en gedragen zich op dezelfde wijze als de NiCd-in termen van kwijting kenmerken (soortgelijke vorm van kwijting profiel, maar verschillende voltage). De vlakke kwijting curve biedt effectieve benutting van de opgeslagen energie in een gewenste spanning spectrum.

De Li-ion is een weinig onderhoud batterij, een voordeel dat de meeste andere chemische industrieën geen aanspraak kan maken. Er is geen geheugen en geen geregelde fiets nodig is te verlengen de levensduur van de batterij. Bovendien is de zelfontlading is minder dan de helft in vergelijking met NiCd-en NiMH, waardoor de Li-ion goed geschikt voor moderne toepassingen brandstofmeter.

De hoge spanning van cell Li-ion kan de productie van batterijen, bestaande uit slechts een cel. Veel van de mobiele telefoons van vandaag draaien op een enkele cel, een voordeel dat de batterij ontwerp vereenvoudigt. Voedingsspanningen van elektronische aanvragen zijn post lager, hetgeen op zijn beurt minder cellen per batterij. Om hetzelfde vermogen, maar hogere stromen nodig zijn. Dit benadrukt het belang van zeer lage weerstand cel om onbeperkte stroom van stroom.

Chemie variaties - Tijdens de afgelopen jaren hebben verschillende types van Li-ion batterijen kwam met slechts een ding gemeen - het motto 'lithium'. Hoewel opvallend vergelijkbaar aan de buitenkant, op basis van lithium-batterijen sterk kunnen variëren.

Sony's originele versie van de Li-ion gebruikt cokes, een product van steenkool, als de negatieve elektrode. Sinds 1997 zijn de meeste Li-ionen (met inbegrip van Sony's) zijn verschoven naar grafiet. Deze elektrode geeft een vlakkere curve kwijting spanning dan cokes en biedt een scherpe bocht knie aan het einde van kwijting. Als gevolg daarvan de grafiet systeem levert de opgeslagen energie slechts hoeven te verlenen van kwijting aan 3.0V/cell, terwijl de coke versie moet worden geloosd, 2.5V soortgelijke runtime te krijgen. Bovendien is het grafiet versie staat het leveren van een hogere ontlaadstroom en blijft koeler tijdens het laden en ontladen dan de coke versie.

Voor de positieve elektrode, hebben twee verschillende chemische industrieën ontstaan. Ze zijn kobalt en spinel (ook bekend als mangaan). Overwegende dat kobalt in gebruik is langer, is spinel inherent veiliger en meer vergevingsgezind als misbruikt. Kleine prismatische spinel verpakkingen voor mobiele telefoons mogen alleen onder een thermische zekering en temperatuur sensor. Naast de kostenbesparingen op een vereenvoudigde bescherming circuit, de grondstof kosten voor spinel is lager dan die van kobalt. Als een trade-off, spinel biedt een iets lagere energie dichtheid, capaciteit lijdt verlies bij temperaturen boven 40 ° C en leeftijden sneller dan kobalt.

Gebaseerd op de huidige generatie 18.650 cellen. De energie dichtheid meestal lager voor prismatische cellen.

De keuze van de metalen, chemicaliën en additieven te helpen de balans van de kritische trade-off tussen hoge energiedichtheid, lange bewaartijd, verlengde levensduur en veiligheid. Hoge energie dichtheid kan worden bereikt met relatief gemak. Bijvoorbeeld, het toevoegen van meer nikkel in plaats van kobalt verhoogt de ampère / uur rating en verlaagt de productiekosten, maar maakt de cel minder veilig. Terwijl een startende onderneming kan richten op hoge energiedichtheid snelle acceptatie door de markt, veiligheid, levensduur krijgen en de opslag capaciteit kan worden aangetast. Gerenommeerde fabrikanten, zoals Sony, Panasonic, Sanyo, Moli Energie en Polystor plaats groot belang voor de veiligheid. Regelgevende instanties verzekeren dat alleen veilige batterijen worden verkocht aan het publiek.

Li-ion cellen minder schadelijk zijn toen verwijderd dan lood of op basis van cadmium-batterijen. Onder de Li-ion familie, de spinel is de vriendelijkste in termen van verwijdering.

Ondanks de algemene voordelen, Li-ion heeft ook zijn nadelen. Het is kwetsbaar en vereist een bescherming circuit om een veilige werking te handhaven. Gebouwd in elke verpakking, de bescherming circuit beperkt de maximale spanning van elke cel tijdens het laden en voorkomt dat de cel spanning van vallen te laag over de kwijting. Bovendien is de maximale heffing en ontlaadstroom beperkt en de cel temperatuur wordt gecontroleerd om extreme temperaturen te voorkomen. Met deze voorzorgsmaatregelen in de plaats, de mogelijkheid van metallisch lithium plating voorkomende gevolg van meerkosten is vrijwel uitgesloten.

Veroudering is een probleem met de meeste Li-ion batterijen. Om onbekende redenen zijn batterij fabrikanten zwijgen over deze kwestie. Sommige capaciteit verslechtering is merkbaar na een jaar, of de batterij in gebruik is of niet. Meer dan twee of misschien drie jaar, de batterij niet vaak. Het moet worden opgemerkt dat andere chemische industrieën ook leeftijd-gerelateerde degeneratieve effecten. Dit geldt met name voor de NiMH indien blootgesteld aan hoge omgevingstemperaturen.

Opslaan van de batterij op een koele plaats vertraagt het verouderingsproces van de Li-ion (en andere chemische industrieën). Fabrikanten adviseren opslag temperaturen van 15 ° C (59 ° F). Daarnaast moet de batterij slechts gedeeltelijk worden gebracht wanneer in opslag.

Uitgebreide opslag wordt niet aanbevolen voor Li-ion batterijen. In plaats daarvan moeten verpakkingen worden gedraaid. De koper dient zich bewust te worden van de fabricage-datum bij de aankoop van een vervangende Li-ion batterij. Helaas is deze informatie vaak gecodeerd in een versleuteld serienummer en is alleen beschikbaar voor de fabrikant.

Fabrikanten zijn voortdurend verbeteren van de chemie van de Li-ion batterij. Om de zes maanden, een nieuwe en verbeterde chemische combinatie is geprobeerd. Met zulke snelle vooruitgang, wordt het moeilijk om te beoordelen hoe goed de herziene batterij leeftijden en hoe zij presteert na langdurige opslag.

Kostenanalyse - De meest economische basis van lithium-batterij in termen van kosten-to-energy ratio is een pakket met behulp van de cilindervormige 18.650 cel. Deze accu is nogal omvangrijk, maar geschikt voor draagbare toepassingen zoals mobiele computing. Als een slanker pakket is vereist (dunner dan 18 mm), de prismatische Li-ion cel is de beste keuze. Er is weinig of geen winst in energie-dichtheid per gewicht en grootte over de 18.650, maar de kosten meer dan het dubbele.

Als een ultra-slanke geometrie nodig is (minder dan 4 mm), de beste keuze is Li-ion-polymeer. Dit is de duurste optie in termen van energie kosten. De Li-ion-polymeer biedt geen merkbare energiewinst ten opzichte van conventionele Li-ion-systemen, evenmin overeen met de duurzaamheid van de 18.560 cel.

Voordelen en beperkingen van Li-ion batterijen

Voordelen

Hoge energie dichtheid - potentieel voor nog hogere capaciteit. Relatief lage zelfontlading - zelfontlading is minder dan de helft van NiCd-en NiMH.

Low Maintenance - geen periodieke lozing nodig is, geen geheugen.

Beperkingen Vereist bescherming circuit - bescherming circuit grenzen spanning en stroom. Batterij is veilig, zo niet uitgelokt.

Onder voorbehoud van veroudering, zelfs als ze niet in gebruik - het opslaan van de batterij in een koele plaats en op 40 procent van state-of-charge veroudering vermindert het effect. Matige ontlaadstroom.

Onder voorbehoud van transport regelgeving - verzending van grotere hoeveelheden van Li-ion batterijen kunnen worden onderworpen aan regulering. Deze beperking is niet van toepassing op de persoonlijke hand-batterijen.

Duur om te produceren - ongeveer 40 procent hoger in de kosten dan NiCd. Betere fabricagetechnieken en vervanging van zeldzame metalen met lagere kosten alternatieven zal waarschijnlijk de prijs verlagen.

Niet volledig volwassen - veranderingen in de metaal-en chemische combinaties beïnvloeden batterij testresultaten, met name met een aantal snelle testmethoden.

Let op: Li-ion-batterijen hebben een hoge energiedichtheid. Oefening voorzorg bij het hanteren en testen. Niet kortsluiting, overbelasting, pletten, daling, verminken, penetreren, toepassing omgekeerde polariteit, blootgesteld aan hoge temperaturen of te demonteren. Gebruik alleen de Li-ion batterij met de bescherming van de aangewezen route. Hoge temperatuur geval als gevolg van misbruik van de cel zou kunnen leiden tot lichamelijk letsel. Het elektrolyt is zeer ontvlambaar. Rupture kan ontluchting met vlam.

een artikel afkomstig van Prof ILGA Jurkelo

Disclaimer: Onze website is niet verantwoordelijk voor de informatie in dit artikel. In dit artikel wordt op geen enkele manier de standpunten, meningen, gedachten of overtuigingen van de artikelen directory personeel.
Vertaling aankondiging: Het artikel "De Lithium Ion Battery" werd vertaald met behulp van een geautomatiseerde vertaling dienst. Onze excuses voor eventuele vertaalfouten die heeft plaatsgevonden. Dank u voor uw begrip.