Mit der breiten Anwendung und Popularisierung digitaler elektronischer Produkte und neuer Energieprodukte hat die Lithium-Ionen-Batterieindustrie eine rasante Entwicklung erreicht. Es hat sich ein industrielles Kettensystem mit hoher Spezialisierung und klarer Arbeitsteilung gebildet. Nach mehr als zehn Jahren Produktentwicklung wächst der weltweite Markt für Lithium-Ionen-Batterien.
Was ist eine Lithiumbatterie?
Lithiumbatterien sind die Hauptbatterien, die in tragbaren Unterhaltungselektronikgeräten und Elektrofahrzeugen verwendet werden.
Zusammensetzung der Lithiumbatteriestruktur
Die Batterie besteht hauptsächlich aus positiven und negativen Elektroden, Elektrolyten, Separatoren und einem Gehäuse.
Positive Elektrode—Es wird eine Kohlenstoffelektrode verwendet, die Lithiumionen absorbieren kann. Beim Entladen verwandelt sich Lithium in Lithium-Ionen, die die Anode der Batterie verlassen und die Kathode der Lithium-Ionen-Batterie erreichen.
Negative Elektrode–Materialien wählen interkalierbare Lithiumverbindungen, deren Potential so nahe wie möglich an Lithiumpotentialen liegt, wie z. B. verschiedene Kohlenstoffmaterialien, einschließlich natürlichem Graphit, synthetischem Graphit, Kohlefaser, kleinem kugelförmigem Mesophasenkohlenstoff usw. und Metalloxiden.
Elektrolyt — Ein gemischtes Lösungsmittelsystem mit Alkylcarbonaten wie LiPF6-Ethylencarbonat, Propylencarbonat und niedrigviskosem Diethylcarbonat.
Membran — Mikroporöse Polyenmembranen wie PE, PP oder ihre Verbundmembran, hauptsächlich der dreischichtige PP/PE/PP-Separator, hat nicht nur einen niedrigen Schmelzpunkt, sondern auch eine hohe Durchstoßfestigkeit, die eine Rolle bei der Wärmeversicherung spielt.
Schale— aus Stahl oder Aluminium, die Deckelbaugruppe, hat die Funktion, explosionsgeschützt und stromlos zu sein.
Produktklassifizierung für Lithiumbatterien
Lithiumbatterien lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Lithium-Metall-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien.
Lithium-Metall-Batterie: Eine Lithium-Metall-Batterie ist im Allgemeinen eine Batterie, die Mangandioxid als positives Elektrodenmaterial, metallisches Lithium oder sein Legierungsmetall als negatives Elektrodenmaterial verwendet und eine nichtwässrige Elektrolytlösung verwendet.
Lithium-Ionen-Akku: Lithium-Ionen-Batterien verwenden im Allgemeinen Metalloxide aus Lithiumlegierungen als positive Elektrodenmaterialien, Graphit als negative Elektrodenmaterialien und nichtwässrige Elektrolyte.
Sind Lithium-Ionen-Akkus recycelbar?
Ein Lithium-Ionen-Akku ist ein Akku, der die reversible Reduktion von Lithium-Ionen zur Energiespeicherung nutzt.
Wie werden Lithium-Ionen-Batterien hergestellt?
Verschiedene Lithium-Ionen-Batterien unterscheiden sich in Chemie, Leistung, Kosten und Sicherheitsmerkmalen. Die meisten kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien verwenden Interkalationsverbindungen als aktive Materialien. Die Anode bzw. negative Elektrode ist meist Graphit, zunehmend werden aber auch Silizium-Kohlenstoff-Materialien verwendet.
Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien haben die Vorteile, relativ leicht zu sein, eine große Speicherkapazität zu haben und keinen Memory-Effekt zu haben. Sie sind weit verbreitet - viele elektronische Geräte verwenden jetzt Lithium-Ionen-Batterien als Host-Stromversorgung, obwohl ihre Preise relativ hoch sind.
Die Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus ist sehr hoch, ihre Speicherkapazität beträgt das 1.5- bis 2-fache von Nickel-Metallhydrid-Akkus gleichen Gewichts und ihre Selbstentladung ist gering. Zudem haben Lithium-Ionen-Akkus keinen „Memory-Effekt“, und die Vorteile, keine Schadstoffe zu enthalten, sind ebenfalls entscheidende Gründe für ihre weite Verbreitung.
Lange Lebensdauer:
Der Lithium-Ionen-Akku wird mit einer Rate von 1 C geladen und entladen, und seine Zykluslebensdauer ist höher als oder gleich 500 Mal, und die Kapazität beim 500. Mal übersteigt den Nennkupferstrahl um 70 %. Aber selbst wenn die Blei-Säure-Batterie bei 0.5 C entladen und bei 0.15 C geladen wird, sollte ihre Zykluslebensdauer kleiner oder gleich 350 Mal sein und ihre Kapazität sollte kleiner oder gleich 60 % sein. Gute Entladeleistung bei niedrigen Temperaturen: Lithium-Ionen-Batterien können bei -25 Grad normal arbeiten und ihre Kapazität kann 70 % der Nennkapazität erreichen, während Blei-Säure-Batterien bei -50 Grad und bei 10 % der Kapazität erreichen können -25 Grad. Es kann nicht normal funktionieren.
Starke Ladungshaltefähigkeit:
Nachdem ein vollständig aufgeladener Lithium-Ionen-Akkupack zwei Monate lang platziert wurde, beträgt seine Kapazität mindestens 80 %, während die eines Blei-Säure-Akkus nur 40 % bis 50 % der Nennkapazität beträgt, nachdem er zwei Monate lang platziert wurde Monate. Starke Kontinuitätsfähigkeit, da das Gewicht des Lithium-Ionen-Akkupacks nur 30 % des Blei-Säure-Akkus beträgt, sodass die Lithium-Ionen-Batterie bei gleicher Spannung und Kapazität eine starke Kontinuitätsfähigkeit hat.
Hohe Energie:
Da das Volumen von Lithium-Ionen-Batterien nur 30 % des Volumens von Blei-Säure-Batterien beträgt, ist die Energiereserve von Lithium-Ionen-Batterien bei gleichem Platzbedarf größer als die von Blei-Säure-Batterien.
Darüber hinaus ist zu beachten, dass das Äußere von Lithium-Batterien im Allgemeinen mit englischer 7.2-V-Lithium-Ionen-Batterie oder 7.2-V-Lithium-Sekundärbatterie (Lithium-Sekundärbatterie), 7.2-V-Lithium-Ionen-Akku (wiederaufladbare Lithiumbatterie) gekennzeichnet ist, so dass Benutzer müssen Seien Sie vorsichtig beim Kauf von wiederaufladbaren Batterien. Beachten Sie die Markierungen auf der Oberfläche des wiederaufladbaren Batterieblocks, um zu vermeiden, dass die wiederaufladbaren Nickel-Cadmium- und Nickel-Wasserstoff-Batterien mit Lithium-Batterien verwechselt werden, da Sie den Typ der wiederaufladbaren Batterien nicht klar sehen können. Kein Memory-Effekt erleichtert Mobiltelefonbenutzern erheblich. Nutzer müssen nicht bei jedem Ladevorgang entladen und wieder aufladen, sondern können ihr Handy jederzeit nach Belieben aufladen.
Lithium-Ionen-Akkus Nachteil
Der Nachteil von Lithiumbatterien besteht darin, dass sie relativ teuer sind und derzeit noch nicht weit verbreitet sind. Sie werden hauptsächlich in Handheld-Computern, PDAs, Kommunikationsgeräten, Digitalkameras, Kommunikationssatelliten, Marschflugkörpern, Raketen, Geräten usw. verwendet. Mit der Entwicklung der Technologie, der Verbesserung der Technologie und der Erhöhung des Produktionsvolumens stieg der Preis für Lithiumbatterien werden immer wieder sinken, und ihre Verwendung wird häufiger werden.
So lagern Sie Lithium-Ionen-Akkus, wenn sie nicht verwendet werden?
Lithium-Primärbatterien haben eine sehr geringe Selbstentladung und können 3 Jahre gelagert werden. Unter gekühlten Bedingungen gelagert wird die Wirkung besser sein. Es ist eine gute Möglichkeit, Lithium-Primärbatterien in Niedertemperaturbereichen zu lagern. Lithium-Ionen-Akkus können aufgrund ihrer geringen Selbstentladung etwa ein halbes Jahr bei 20°C gelagert werden und einen Großteil der Speicherkapazität zurückgewinnen. Das Phänomen der Selbstentladung existiert in Lithiumbatterien. Wenn die Batteriespannung längere Zeit unter 3.6 V gespeichert wird, führt dies zu einer Tiefentladung der wiederaufladbaren Batterie und zerstört die interne Struktur der wiederaufladbaren Batterie, wodurch die Batterielebensdauer verkürzt wird. Daher sollten Lithiumbatterien bei Langzeitlagerung alle 3 bis 6 Monate aufgeladen werden; Das heißt, das Aufladen auf eine Spannung von 3.8 bis 3.9 V (die beste Lagerspannung von Lithiumbatterien beträgt etwa 3.85 V) ist angemessen und nicht zum vollständigen Aufladen geeignet.
Wie funktionieren Lithium-Ionen-Akkus?
Das Arbeitsprinzip eines Lithium-Ionen-Akkus bezieht sich auf sein Lade- und Entladeprinzip. Neben Lithium-Ionen-Batterien gibt es verschiedene Arten von Batterien, und das grundlegende Funktionsprinzip, wie Batterien Strom erzeugen, ist dasselbe.
Eine Batterie hat eine positive Elektrode (positive Elektrode) und eine negative Elektrode (negative Elektrode) aus Metallmaterialien, und eine Substanz (Elektrolyt), die Elektrizität durch Ionen leitet, ist zwischen die positive und die negative Elektrode gefüllt. Die Metallelektrode wird durch den Elektrolyten geschmolzen und in Ionen und Elektronen zerlegt. Die Elektronen bewegen sich von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode, um Strom zu erzeugen, und zu diesem Zeitpunkt wird Elektrizität erzeugt. Die Sekundärbatterie wird geladen, bevor die Batterie verwendet wird, und Elektronen werden im Voraus in der negativen Elektrode gespeichert. Wenn die Batterie verwendet wird, bewegen sich die gespeicherten Elektronen zur positiven Elektrode, um Strom zu erzeugen.
Lithium-Ionen-Batterien verwenden vorab lithiumhaltige Metallverbindungen auf der positiven Elektrode, und auf der negativen Elektrode wird Kohlenstoff (Graphit) verwendet, der Lithium aufnehmen und speichern kann. Durch eine solche Struktur kann Strom erzeugt werden, ohne dass die Elektroden wie bei herkömmlichen Batterien durch Elektrolyt schmelzen, was die Alterung der Batterie selbst verlangsamt, mehr Strom speichert und die Anzahl der Lade- und Entladezeiten erhöht. Darüber hinaus ist Lithium eine minimale und leichte Substanz, sodass Batterien verschiedene Vorteile wie geringe Größe und geringes Gewicht haben können.
Welche Arten von Lithiumbatterien gibt es?
Kobaltbasierte Lithium-Ionen-Batterien
Für die positive Elektrode wurde Lithiumcobaltat verwendet. Lithiumkobaltat ist relativ einfach zu synthetisieren und zu verwenden, daher ist die früheste Massenproduktion von Lithium-Ionen-Batterien Lithiumkobaltat. Da Kobalt jedoch ein seltenes Metall und teuer ist, wird es kaum in Autoteilen verwendet.
Vorteile – Weit verbreitet als Standardbatterie für Li-Ion.
Nachteile – Teuer, nicht für den Einsatz im Fahrzeug verwendet.
Mangan-Lithium-Ionen-Akku
Für die positive Elektrode wurde Lithiummanganoxid verwendet. Der Vorteil ist, dass die Spannung ähnlich der von kobaltbasierten Lithium-Ionen-Batterien sein kann und die Herstellungskosten niedrig sind. Der Nachteil ist, dass Mangan beim Laden und Entladen in den Elektrolyten schmelzen kann, was die Lebensdauer der Batterie verkürzt.
Vorteile– Hohe Sicherheit, schnelles Laden und schnelles Entladen.
Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterie
Für die positive Elektrode wird Lithiumeisenphosphat verwendet. Der Vorteil der Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterie besteht darin, dass es schwierig ist, die interne Heizstruktur zu beschädigen, eine hohe Sicherheit aufweist und Eisen als Rohmaterial verwendet, sodass die Herstellungskosten niedriger sind als die der Batterie auf Manganbasis. Aber die Spannung ist niedriger als bei anderen Li-Ionen-Batterien.
Vorteile – Kostengünstig und lange Zyklenlebensdauer (Alterung durch Laden und Entladen), Kalenderlebensdauer (Alterung durch Lagerung).
Nachteile – Niedrigere Spannung als andere Li-Ionen-Akkus.
Ternäre Lithium-Ionen-Batterie
Die ternäre Lithium-Ionen-Batterie besteht aus drei Materialien, Kobalt, Nickel und Mangan, um die verwendete Kobaltmenge zu reduzieren. Derzeit haben die meisten ternären Lithium-Ionen-Batterien einen hohen Nickelanteil. Obwohl die Spannung etwas niedriger ist als die von Kobalt- und Manganbasis, kann sie die Herstellungskosten senken. Trotzdem sind jedoch die Synthese und Herstellung jedes Materials kompliziert, die Stabilität ist gering und es gibt immer noch Probleme, die als funktionelle Materialien gelöst werden müssen.
Vorteile – Ziemlich hohe Spannung, lange Lebensdauer.
Wofür werden Lithiumbatterien verwendet?
Die ersten kommerzialisierten Lithium-Ionen-Batterien für Haushaltsgeräte wurden in der ersten Hälfte der 1990er Jahre in Videokameras verwendet, um deren Anforderungen an geringe Größe und geringes Gewicht zu erfüllen. Danach wurde es kontinuierlich in Mobiltelefonen verwendet, die damals schnell populär wurden, und die Marktnachfrage stieg sofort. Heutzutage sind Lithium-Ionen-Batterien in verschiedenen Bereichen unseres Lebens weit verbreitet, z. B. in Smartphones, Laptops, Elektrofahrzeugen, Elektrofahrrädern und anderen Bereichen.
Wählen Sie den richtigen Hersteller von Lithiumbatterien
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