Con l'ampia applicazione e divulgazione dei prodotti elettronici digitali e dei nuovi prodotti energetici, l'industria delle batterie agli ioni di litio ha raggiunto un rapido sviluppo. Ha formato un sistema di filiere industriali ad alta specializzazione e con una chiara divisione del lavoro. Dopo più di dieci anni di prodotto, la batteria globale agli ioni di litio Il mercato delle batterie agli ioni di litio è in aumento.
Cos'è una batteria al litio?
Le batterie al litio sono la batteria principale utilizzata nell'elettronica di consumo portatile e nei veicoli elettrici.
Composizione della struttura della batteria al litio
La batteria comprende principalmente elettrodi positivi e negativi, elettroliti, separatori e un involucro.
Elettrodo positivo—Viene utilizzato un elettrodo di carbonio in grado di assorbire gli ioni di litio. Quando si scarica, il litio si trasforma in ioni di litio, che lasciano l'anodo della batteria e raggiungono il catodo della batteria agli ioni di litio.
Elettrodo negativo–i materiali scelgono composti di litio intercalabili il cui potenziale è il più vicino possibile ai potenziali di litio, come vari materiali di carbonio tra cui grafite naturale, grafite sintetica, fibra di carbonio, carbonio sferico mesofase piccolo, ecc., e ossidi di metallo.
elettrolito — Un sistema di solventi misti con carbonati alchilici come carbonato di etilene LiPF6, carbonato di propilene e dietilcarbonato a bassa viscosità.
Diaframma — Le membrane microporose in polietilene come PE, PP o la loro membrana composita, principalmente il separatore a tre strati PP/PE/PP, non solo ha un basso punto di fusione ma ha anche un'elevata resistenza alla perforazione, che svolge un ruolo di assicurazione termica.
Conchiglia— realizzato in acciaio o alluminio, il gruppo coperchio, ha la funzione di essere antideflagrante e di spegnimento.
Classificazione dei prodotti per batterie al litio
Le batterie al litio possono essere suddivise approssimativamente in due categorie: batterie al litio-metallo e batterie agli ioni di litio.
Batteria al litio metallico: La batteria al litio metallico è generalmente una batteria che utilizza il biossido di manganese come materiale dell'elettrodo positivo, il litio metallico o la sua lega metallica come materiale dell'elettrodo negativo e utilizza una soluzione elettrolitica non acquosa.
Agli ioni di litio: Le batterie agli ioni di litio utilizzano generalmente ossidi metallici in lega di litio come materiali per elettrodi positivi, grafite come materiali per elettrodi negativi ed elettroliti non acquosi.
Le batterie agli ioni di litio sono riciclabili?
Una batteria agli ioni di litio è una batteria ricaricabile che utilizza la riduzione reversibile degli ioni di litio per immagazzinare energia.
Come sono fatte le batterie agli ioni di litio?
Diverse batterie agli ioni di litio variano in chimica, prestazioni, costi e caratteristiche di sicurezza. La maggior parte delle batterie agli ioni di litio commerciali utilizza composti di intercalazione come materiali attivi. L'anodo o l'elettrodo negativo è solitamente di grafite, sebbene siano sempre più utilizzati anche materiali silicio-carbonio.
Vantaggi delle batterie agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio hanno il vantaggio di essere relativamente leggere, di avere una grande capacità di accumulo e di non avere effetto memoria. Sono ampiamente utilizzati: molti dispositivi elettronici ora utilizzano batterie agli ioni di litio come alimentatore host, anche se i loro prezzi sono relativamente alti.
La densità energetica delle batterie agli ioni di litio è molto elevata, la sua capacità di accumulo è 1.5 ~ 2 volte superiore a quella delle batterie al nichel-metallo idruro dello stesso peso e ha una scarsa velocità di autoscarica. Inoltre, le batterie agli ioni di litio non hanno “effetto memoria”, e anche i vantaggi di non contenere sostanze tossiche sono ragioni determinanti per il loro uso diffuso.
Lunga durata del ciclo:
La batteria agli ioni di litio viene caricata e scaricata a una velocità di 1C e la sua durata del ciclo è superiore o uguale a 500 volte e la capacità alla 500a volta supera il raggio di rame nominale del 70%. Tuttavia, anche se la batteria al piombo viene scaricata a 0.5 C e caricata a 0.15 C, il suo ciclo di vita dovrebbe essere inferiore o uguale a 350 volte e la sua capacità dovrebbe essere inferiore o uguale al 60%. Buone prestazioni di scarica a bassa temperatura: le batterie agli ioni di litio possono funzionare normalmente a -25 gradi e la loro capacità può raggiungere il 70% della capacità nominale, mentre le batterie al piombo possono raggiungere il 50% della capacità a -10 gradi e a -25 gradi. Non può funzionare normalmente.
Forte capacità di ritenzione della carica:
Dopo che una batteria agli ioni di litio completamente carica è stata posizionata per due mesi, la sua capacità è superiore o uguale all'80%, mentre quella di una batteria al piombo è solo il 40%-50% della capacità nominale dopo essere stata posizionata per due mesi. Forte capacità di continuazione, poiché il peso del pacco batteria agli ioni di litio è solo il 30% della batteria al piombo, quindi a parità di tensione e capacità, la batteria agli ioni di litio ha una forte capacità di continuazione.
Alta energia:
Poiché il volume delle batterie agli ioni di litio è solo il 30% di quello delle batterie al piombo, la riserva di energia delle batterie agli ioni di litio è maggiore di quella delle batterie al piombo quando si utilizza lo stesso spazio.
Inoltre, va notato che l'esterno delle batterie al litio è generalmente contrassegnato con batteria agli ioni di litio inglese da 7.2 V o batteria secondaria al litio da 7.2 V (batteria secondaria al litio), batteria ricaricabile agli ioni di litio da 7.2 V (batteria al litio ricaricabile), quindi gli utenti devono fare attenzione quando si acquistano batterie ricaricabili. Vedere i segni sulla superficie del blocco della batteria ricaricabile per evitare di confondere le batterie ricaricabili al nichel-cadmio e al nichel-idrogeno per le batterie al litio perché non si vede chiaramente il tipo di batterie ricaricabili. Nessun effetto memoria facilita notevolmente gli utenti di telefoni cellulari. Gli utenti non hanno bisogno di scaricare e ricaricare ogni volta che caricano, ma possono anche caricare i loro telefoni cellulari in qualsiasi momento a loro piacimento.
Svantaggio delle batterie agli ioni di litio
Lo svantaggio delle batterie al litio è che sono relativamente costose e non sono ampiamente utilizzate in questa fase. Sono utilizzati principalmente in computer palmari, PDA, apparecchiature di comunicazione, fotocamere digitali, satelliti di comunicazione, missili da crociera, missili, apparecchiature, ecc. Con lo sviluppo della tecnologia, il miglioramento della tecnologia e l'aumento del volume di produzione, il prezzo delle batterie al litio cadranno ancora e ancora e il loro uso diventerà più comune.
Come conservare le batterie agli ioni di litio quando non vengono utilizzate?
Le batterie primarie al litio hanno un'autoscarica molto bassa e possono essere conservate per 3 anni. Conservato in condizioni refrigerate, l'effetto sarà migliore. È un buon modo per conservare le batterie primarie al litio in aree a bassa temperatura. Le batterie agli ioni di litio possono essere conservate per circa sei mesi a 20°C a causa del loro basso tasso di autoscarica e la maggior parte della capacità di accumulo può essere recuperata. Il fenomeno dell'autoscarica esiste nelle batterie al litio. Se la tensione della batteria viene conservata al di sotto di 3.6 V per lungo tempo, causerà uno scaricamento eccessivo della batteria ricaricabile e distruggerà la struttura interna della batteria ricaricabile, riducendo la durata della batteria. Pertanto, la conservazione a lungo termine delle batterie al litio deve essere ricaricata ogni 3-6 mesi; ovvero, la ricarica a una tensione compresa tra 3.8 e 3.9 V (la migliore tensione di accumulo delle batterie al litio è di circa 3.85 V) è appropriata e non è adatta per la ricarica completa.
Come funzionano le batterie agli ioni di litio?
Il principio di funzionamento di una batteria agli ioni di litio si riferisce al suo principio di carica e scarica. Esistono vari tipi di batterie oltre agli ioni di litio e il principio di funzionamento di base del modo in cui le batterie generano elettricità è lo stesso.
Una batteria ha un elettrodo positivo (elettrodo positivo) e un elettrodo negativo (elettrodo negativo) fatti di materiali metallici, e una sostanza (elettrolita) che conduce l'elettricità attraverso gli ioni è riempita tra gli elettrodi positivi e negativi. L'elettrodo metallico viene fuso dall'elettrolita e diviso in ioni ed elettroni. Gli elettroni si spostano dall'elettrodo negativo all'elettrodo positivo per generare corrente e in questo momento viene generata elettricità. La batteria secondaria viene caricata prima che la batteria venga utilizzata e gli elettroni vengono immagazzinati in anticipo nell'elettrodo negativo. Quando la batteria viene utilizzata, gli elettroni immagazzinati si spostano verso l'elettrodo positivo per generare elettricità.
Le batterie agli ioni di litio utilizzano in anticipo composti metallici contenenti litio sull'elettrodo positivo e il carbonio (grafite) che può assorbire e immagazzinare il litio viene utilizzato sull'elettrodo negativo. Attraverso una tale struttura è possibile generare elettricità senza fondere gli elettrodi con l'elettrolita come nelle batterie tradizionali, rallentando l'invecchiamento della batteria stessa, immagazzinando più elettricità e aumentando il numero di tempi di carica e scarica. Inoltre, il litio è una sostanza minima e leggera, quindi le batterie possono avere diversi vantaggi come dimensioni ridotte e leggerezza.
Quali sono i tipi di batterie al litio?
Batterie agli ioni di litio a base di cobalto
Il cobalto di litio è stato utilizzato per l'elettrodo positivo. Il cobalto di litio è relativamente facile da sintetizzare e utilizzare, quindi la prima produzione di massa di batterie agli ioni di litio è il cobalto di litio. Ma poiché il cobalto è un metallo raro e costoso, è poco utilizzato nei ricambi auto.
Vantaggi – Ampiamente adottata come batteria standard per Li-ion.
Svantaggi - Costoso, non utilizzato per l'uso a bordo del veicolo.
Batteria agli ioni di litio al manganese
L'ossido di manganese di litio è stato utilizzato per l'elettrodo positivo. Il vantaggio è che la tensione può essere simile a quella delle batterie agli ioni di litio a base di cobalto e il costo di produzione è basso. Lo svantaggio è che il manganese può sciogliersi nell'elettrolito durante la carica e la scarica, accorciando la durata della batteria.
Vantaggi– Elevata sicurezza, ricarica rapida e scarica rapida.
Batteria agli ioni di litio al fosfato di ferro
Il fosfato di ferro e litio viene utilizzato per l'elettrodo positivo. Il vantaggio della batteria agli ioni di litio al fosfato di ferro è che è difficile danneggiare la struttura di riscaldamento interna, ha un'elevata sicurezza e utilizza il ferro come materia prima, quindi il costo di produzione è inferiore a quello della batteria a base di manganese. Ma la tensione è inferiore rispetto ad altre batterie agli ioni di litio.
Vantaggi – Ciclo di vita economico e lungo (invecchiamento dovuto a carica e scarica), durata del calendario (invecchiamento dovuto a scaffalature).
Svantaggi – Tensione inferiore rispetto ad altre batterie agli ioni di litio.
Batteria ternaria agli ioni di litio
La batteria ternaria agli ioni di litio è composta da tre materiali, cobalto, nichel e manganese, per ridurre la quantità di cobalto utilizzata. Attualmente, la maggior parte delle batterie ternarie agli ioni di litio ha un'alta percentuale di nichel. Sebbene la tensione sia leggermente inferiore a quella del cobalto e del manganese, può ridurre i costi di produzione. Tuttavia, nonostante ciò, la sintesi e la preparazione di ogni materiale sono complicate, la stabilità è bassa e ci sono ancora problemi da risolvere come materiali funzionali.
Vantaggi – Tensione abbastanza alta, ciclo di vita lungo.
A cosa servono le batterie al litio？
Le prime batterie agli ioni di litio commercializzate per elettrodomestici nella prima metà degli anni '1990 sono state utilizzate nelle videocamere per soddisfare le loro esigenze di piccole dimensioni e leggerezza. Successivamente, è stato continuamente utilizzato nei telefoni cellulari che sono stati rapidamente resi popolari e la domanda del mercato è aumentata all'istante. Al giorno d'oggi, le batterie agli ioni di litio sono state ampiamente utilizzate in varie scene della nostra vita, come smartphone, computer portatili, veicoli elettrici, biciclette elettriche e altri campi.
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