Avec la large application et la vulgarisation des produits électroniques numériques et des nouveaux produits énergétiques, l'industrie des batteries lithium-ion a connu un développement rapide. Il a formé un système de chaîne industrielle avec une forte spécialisation et une division claire du travail. Après plus de dix ans de produit, la batterie lithium-ion mondiale Le marché des batteries ioniques est en augmentation.
Qu'est-ce qu'une batterie au lithium ?
Les batteries au lithium sont les principales batteries utilisées dans les appareils électroniques grand public portables et les véhicules électriques.
Composition de la structure de la batterie au lithium
La batterie comprend principalement des électrodes positives et négatives, des électrolytes, des séparateurs et un boîtier.
Électrode positive—Une électrode de carbone capable d'absorber les ions lithium est utilisée. Lors de la décharge, le lithium se transforme en ions lithium, qui quittent l'anode de la batterie et atteignent la cathode de la batterie lithium-ion.
Électrode négative–les matériaux choisissent des composés de lithium intercalables dont le potentiel est aussi proche que possible des potentiels du lithium, tels que divers matériaux carbonés dont le graphite naturel, le graphite synthétique, la fibre de carbone, le carbone mésophasique en petites sphériques, etc., et les oxydes métalliques.
Électrolyte — Un système de solvant mixte avec des carbonates d'alkyle tels que le carbonate d'éthylène LiPF6, le carbonate de propylène et le carbonate de diéthyle à faible viscosité.
Diaphragme — Les membranes microporeuses en polyène telles que le PE, le PP ou leur membrane composite, principalement le séparateur tricouche PP/PE/PP, ont non seulement un point de fusion bas mais aussi une résistance élevée à la perforation, qui joue un rôle d'assurance thermique.
coquillage— en acier ou en aluminium, l'ensemble couvercle a pour fonction d'être antidéflagrant et hors tension.
Classification des produits de batterie au lithium
Les batteries au lithium peuvent être grossièrement divisées en deux catégories : les batteries au lithium-métal et les batteries au lithium-ion.
Batterie au lithium métal: La batterie au lithium métal est généralement une batterie qui utilise du dioxyde de manganèse comme matériau d'électrode positive, du lithium métallique ou son alliage métallique comme matériau d'électrode négative, et utilise une solution d'électrolyte non aqueuse.
Batterie Lithium-ion: Les batteries lithium-ion utilisent généralement des oxydes métalliques d'alliage de lithium comme matériaux d'électrode positive, du graphite comme matériaux d'électrode négative et des électrolytes non aqueux.
Les batteries lithium-ion sont-elles recyclables ?
Une batterie lithium-ion est une batterie rechargeable qui utilise la réduction réversible des ions lithium pour stocker de l'énergie.
Comment sont fabriquées les batteries lithium-ion ?
Les différentes batteries Li-ion varient en termes de chimie, de performances, de coût et de caractéristiques de sécurité. La plupart des batteries lithium-ion commerciales utilisent des composés d'intercalation comme matières actives. L'anode ou l'électrode négative est généralement en graphite, bien que les matériaux silicium-carbone soient également de plus en plus utilisés.
Avantages des batteries au lithium-ion
Les batteries lithium-ion présentent les avantages d'être relativement légères, d'avoir une grande capacité de stockage et de ne pas avoir d'effet mémoire. Ils sont largement utilisés - de nombreux appareils électroniques utilisent désormais des batteries lithium-ion comme source d'alimentation hôte, même si leurs prix sont relativement élevés.
La densité d'énergie des batteries lithium-ion est très élevée, sa capacité de stockage est de 1.5 à 2 fois supérieure à celle des batteries nickel-hydrure métallique de même poids et son faible taux d'autodécharge. De plus, les batteries lithium-ion n'ont pas «d'effet mémoire», et les avantages de ne pas contenir de substances toxiques sont également des raisons cruciales de leur utilisation généralisée.
Longue durée de vie:
La batterie lithium-ion est chargée et déchargée à un taux de 1C, et sa durée de vie est supérieure ou égale à 500 fois, et la capacité à la 500e fois dépasse de 70% le faisceau de cuivre nominal. Cependant, même si la batterie au plomb est déchargée à 0.5 C et chargée à 0.15 C, sa durée de vie doit être inférieure ou égale à 350 fois et sa capacité doit être inférieure ou égale à 60 %. Bonne performance de décharge à basse température : les batteries lithium-ion peuvent fonctionner normalement à -25 degrés, et leur capacité peut atteindre 70 % de la capacité nominale, tandis que les batteries plomb-acide peuvent atteindre 50 % de la capacité à -10 degrés, et à -25 degrés. Il ne peut pas fonctionner normalement.
Forte capacité de rétention de charge :
Après avoir placé une batterie lithium-ion complètement chargée pendant deux mois, sa capacité est supérieure ou égale à 80 %, tandis que celle d'une batterie au plomb n'est que de 40 % à 50 % de la capacité nominale après avoir été placée pendant deux mois. mois. Forte capacité de continuation, puisque le poids de la batterie lithium-ion ne représente que 30% de la batterie au plomb, donc sous la même tension et capacité, la batterie lithium-ion a une forte capacité de continuation.
Haute énergie:
Étant donné que le volume des batteries lithium-ion ne représente que 30% de celui des batteries au plomb, la réserve d'énergie des batteries lithium-ion est supérieure à celle des batteries au plomb lorsqu'elles utilisent le même espace.
En outre, il convient de noter que l'extérieur des batteries au lithium est généralement marqué avec une batterie au lithium-ion anglaise de 7.2 V ou une batterie secondaire au lithium de 7.2 V (batterie secondaire au lithium), une batterie rechargeable au lithium-ion de 7.2 V (batterie au lithium rechargeable), de sorte que les utilisateurs doivent soyez prudent lorsque vous achetez des piles rechargeables. Voir les marques sur la surface du bloc de batterie rechargeable pour éviter de confondre les batteries rechargeables nickel-cadmium et nickel-hydrogène avec des batteries au lithium car vous ne voyez pas clairement le type de batteries rechargeables. L'absence d'effet mémoire facilite grandement les utilisateurs de téléphones mobiles. Les utilisateurs n'ont pas besoin de décharger et de recharger à chaque charge, mais peuvent également recharger leurs téléphones portables à tout moment comme ils le souhaitent.
Inconvénient des batteries au lithium-ion
L'inconvénient des batteries au lithium est qu'elles sont relativement chères et qu'elles sont peu utilisées à ce stade. Ils sont principalement utilisés dans les ordinateurs de poche, les PDA, les équipements de communication, les appareils photo numériques, les satellites de communication, les missiles de croisière, les missiles, les équipements, etc. Avec le développement de la technologie, l'amélioration de la technologie et l'augmentation du volume de production, le prix des batteries au lithium tomberont encore et encore, et leur utilisation deviendra plus courante.
Comment stocker les batteries lithium-ion lorsqu'elles ne sont pas utilisées?
Les batteries primaires au lithium ont une très faible autodécharge et peuvent être stockées pendant 3 ans. Stocké dans des conditions réfrigérées, l'effet sera meilleur. C'est un bon moyen de stocker des batteries primaires au lithium dans des zones à basse température. Les batteries lithium-ion peuvent être stockées pendant environ six mois à 20 °C en raison de leur faible taux d'autodécharge et la majeure partie de la capacité de stockage peut être récupérée. Le phénomène d'autodécharge existe dans les batteries au lithium. Si la tension de la batterie est stockée en dessous de 3.6 V pendant une longue période, cela provoquera une décharge excessive de la batterie rechargeable et détruira la structure interne de la batterie rechargeable, réduisant ainsi la durée de vie de la batterie. Par conséquent, le stockage à long terme des batteries au lithium doit être rechargé tous les 3 à 6 mois ; c'est-à-dire qu'une charge à une tension de 3.8 à 3.9 V (la meilleure tension de stockage des batteries au lithium est d'environ 3.85 V) est appropriée et ne convient pas à une charge complète.
Comment fonctionnent les batteries lithium-ion ?
Le principe de fonctionnement d'une batterie lithium-ion fait référence à son principe de charge et de décharge. Il existe différents types de batteries en plus du lithium-ion, et le principe de fonctionnement de base de la façon dont les batteries génèrent de l'électricité est le même.
Une batterie a une électrode positive (électrode positive) et une électrode négative (électrode négative) constituées de matériaux métalliques, et une substance (électrolyte) qui conduit l'électricité à travers les ions est remplie entre les électrodes positive et négative. L'électrode métallique est fondue par l'électrolyte et divisée en ions et électrons. Les électrons se déplacent de l'électrode négative à l'électrode positive pour générer du courant, et de l'électricité est générée à ce moment. La batterie secondaire est chargée avant que la batterie ne soit utilisée et les électrons sont stockés dans l'électrode négative à l'avance. Lorsque la batterie est utilisée, les électrons stockés se déplacent vers l'électrode positive pour générer de l'électricité.
Les batteries lithium-ion utilisent à l'avance des composés métalliques contenant du lithium sur l'électrode positive, et du carbone (graphite) qui peut absorber et stocker le lithium est utilisé sur l'électrode négative. Grâce à une telle structure, l'électricité peut être générée sans faire fondre les électrodes par l'électrolyte comme dans les batteries traditionnelles, ralentissant le vieillissement de la batterie elle-même, stockant plus d'électricité et augmentant le nombre de temps de charge et de décharge. De plus, le lithium est une substance minimale et légère, de sorte que les batteries peuvent présenter divers avantages tels que la petite taille et la légèreté.
Quels sont les types de piles au lithium ?
Batteries lithium-ion à base de cobalt
Le cobaltate de lithium a été utilisé pour l'électrode positive. Le cobaltate de lithium est relativement facile à synthétiser et à utiliser, de sorte que la première production de masse de batteries lithium-ion est le lithium-cobaltate. Mais parce que le cobalt est un métal rare et cher, il est à peine utilisé dans les pièces automobiles.
Avantages – Largement adopté comme batterie standard pour Li-ion.
Inconvénients - Cher, pas utilisé pour une utilisation dans le véhicule.
Batterie lithium-ion au manganèse
L'oxyde de lithium et de manganèse a été utilisé pour l'électrode positive. L'avantage est que la tension peut être similaire à celle des batteries lithium-ion à base de cobalt et que le coût de fabrication est bon marché. L'inconvénient est que le manganèse peut fondre dans l'électrolyte pendant la charge et la décharge, raccourcissant la durée de vie de la batterie.
Avantages- Haute sécurité, charge rapide et décharge rapide.
Batterie lithium-ion au phosphate de fer
Le phosphate de fer au lithium est utilisé pour l'électrode positive. L'avantage de la batterie lithium-ion au phosphate de fer est qu'il est difficile d'endommager la structure de chauffage interne, a une sécurité élevée et utilise du fer comme matière première, de sorte que le coût de fabrication est inférieur à celui de la batterie à base de manganèse. Mais la tension est inférieure à celle des autres batteries Li-ion.
Avantages – Faible coût et longue durée de vie (vieillissement dû à la charge et à la décharge), durée de vie calendaire (vieillissement dû à la mise en rayon).
Inconvénients – Tension inférieure à celle des autres batteries Li-ion.
Batterie lithium-ion ternaire
La batterie lithium-ion ternaire est composée de trois matériaux, cobalt, nickel et manganèse, pour réduire la quantité de cobalt utilisée. Actuellement, la plupart des batteries lithium-ion ternaires ont une forte proportion de nickel. Bien que la tension soit légèrement inférieure à celle à base de cobalt et à base de manganèse, elle peut réduire les coûts de fabrication. Cependant, malgré cela, la synthèse et la préparation de chaque matériau sont compliquées, la stabilité est faible et il reste encore des problèmes à résoudre en tant que matériaux fonctionnels.
Avantages – Assez haute tension, longue durée de vie.
À quoi servent les batteries au lithium ?
Les premières batteries lithium-ion commercialisées pour les appareils électroménagers dans la première moitié des années 1990 ont été utilisées dans les caméras vidéo pour répondre à leurs besoins de petite taille et de légèreté. Par la suite, il a été continuellement utilisé dans les téléphones mobiles qui ont été rapidement popularisés à l'époque, et la demande du marché a instantanément augmenté. De nos jours, les batteries lithium-ion ont été largement utilisées dans diverses scènes de notre vie, telles que les smartphones, les ordinateurs portables, les véhicules électriques, les vélos électriques et d'autres domaines.
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