Lityum pil, negatif elektrot malzemesi olarak lityum metali veya lityum alaşımını kullanan ve sulu olmayan bir elektrolit çözeltisi kullanan bir pil türüdür.Sunulan ilk lityum pil, büyük mucit Edison'dan geldi.
Lityum Piller – Lityum Piller
lityum pil
Lityum pil, negatif elektrot malzemesi olarak lityum metali veya lityum alaşımını kullanan ve sulu olmayan bir elektrolit çözeltisi kullanan bir pil türüdür.Sunulan ilk lityum pil, büyük mucit Edison'dan geldi.
Lityum metalinin kimyasal özellikleri çok aktif olduğundan, lityum metalinin işlenmesi, depolanması ve uygulanması çok yüksek çevresel gereksinimlere sahiptir.Bu nedenle lityum piller uzun süredir kullanılmamaktadır.
Yirminci yüzyılda mikroelektronik teknolojisinin gelişmesiyle birlikte minyatür cihazların sayısı her geçen gün artıyor, bu da güç kaynağına yönelik yüksek gereksinimleri ortaya çıkarıyor.Lityum piller daha sonra büyük ölçekli bir pratik aşamaya girdi.
İlk kez kalp pillerinde kullanıldı.Lityum pillerin kendi kendine deşarj oranı son derece düşük olduğundan deşarj voltajı yüksektir.Kalp pilinin uzun süre insan vücuduna yerleştirilmesini mümkün kılar.
Lityum piller genellikle 3,0 volttan daha yüksek bir nominal gerilime sahiptir ve entegre devre güç kaynakları için daha uygundur.Manganez dioksit piller bilgisayarlarda, hesap makinelerinde, kameralarda ve saatlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Daha iyi performansa sahip çeşitler geliştirmek için çeşitli materyaller üzerinde çalışılmaktadır.Ve daha önce hiç olmadığı gibi ürünler yapın.Örneğin lityum sülfür dioksit piller ve lityum tionil klorür piller oldukça farklıdır.Pozitif aktif maddeleri aynı zamanda elektrolit için bir çözücüdür.Bu yapı yalnızca sulu olmayan elektrokimyasal sistemlerde mevcuttur.Bu nedenle, lityum pillerin incelenmesi, sulu olmayan sistemlerin elektrokimyasal teorisinin gelişimini de desteklemiştir.Çeşitli susuz solventlerin kullanımının yanı sıra polimer ince film piller üzerine de araştırmalar yürütülmektedir.
1992 yılında Sony, lityum iyon pilleri başarıyla geliştirdi.Pratik uygulaması, cep telefonu ve dizüstü bilgisayar gibi taşınabilir elektronik cihazların ağırlığını ve hacmini büyük ölçüde azaltır.Kullanım süresi büyük ölçüde uzar.Lityum-iyon piller, nikel-krom pillerle karşılaştırıldığında ağır metal krom içermediğinden çevre kirliliği büyük ölçüde azalır.
1. Lityum iyon pil
Lityum-iyon piller artık iki kategoriye ayrılıyor: sıvı lityum-iyon piller (LIB'ler) ve polimer lityum-iyon piller (PLB'ler).Bunlar arasında sıvı lityum iyon pil, Li + ara bileşiğinin pozitif ve negatif elektrotlar olduğu ikincil pili ifade eder.Pozitif elektrot, lityum bileşiği LiCoO2 veya LiMn2O4'ü seçer ve negatif elektrot, lityum-karbon ara katman bileşiğini seçer.Lityum-iyon piller, yüksek çalışma voltajı, küçük boyutu, hafifliği, yüksek enerjisi, hafıza etkisi olmaması, kirlilik olmaması, kendi kendine deşarjının düşük olması ve uzun çevrim ömrü nedeniyle 21. yüzyıldaki gelişim için ideal bir itici güçtür.
2. Lityum-iyon pil gelişiminin kısa tarihi
Lityum piller ve lityum iyon piller, 20. yüzyılda başarıyla geliştirilen yeni yüksek enerjili pillerdir.Bu pilin negatif elektrotu metal lityum, pozitif elektrotu ise MnO2, SOCL2, (CFx)n vb.'dir. 1970'lerde pratik kullanıma girmiştir.Yüksek enerjisi, yüksek akü voltajı, geniş çalışma sıcaklığı aralığı ve uzun saklama ömrü nedeniyle cep telefonları, taşınabilir bilgisayarlar, video kameralar, kameralar vb. gibi askeri ve sivil küçük elektrikli cihazlarda kısmen yaygın olarak kullanılmaktadır. geleneksel pillerin değiştirilmesi..
3. Lityum-iyon pillerin gelişme beklentileri
Lityum-iyon piller, benzersiz işlevsel avantajları nedeniyle dizüstü bilgisayarlar, video kameralar ve mobil iletişim gibi taşınabilir cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.Geliştirilen büyük kapasiteli lityum iyon pil, elektrikli araçlarda deneniyor ve 21. yüzyılda elektrikli araçların temel güç kaynaklarından biri haline geleceği, uydularda, havacılıkta ve enerji depolamada kullanılacağı tahmin ediliyor. .
4. Pilin temel işlevi
(1) Akünün açık devre voltajı
(2) Pilin iç direnci
(3) Pilin çalışma voltajı
(4) Şarj voltajı
Şarj voltajı, ikincil pil şarj edilirken harici güç kaynağı tarafından pilin her iki ucuna uygulanan voltajı ifade eder.Temel şarj yöntemleri arasında sabit akım şarjı ve sabit voltaj şarjı bulunur.Genellikle sabit akım şarjı kullanılır ve özelliği, şarj işlemi sırasında şarj akımının stabil olmasıdır.Şarj işlemi ilerledikçe aktif malzeme geri kazanılır, elektrot reaksiyon alanı sürekli olarak azaltılır ve motorun polarizasyonu kademeli olarak artar.
(5) Pil kapasitesi
Pil kapasitesi, genellikle C ile ifade edilen, pilden elde edilen elektrik miktarını ifade eder ve birimi genellikle Ah veya mAh ile ifade edilir.Kapasite, pilin elektrik performansının önemli bir hedefidir.Pilin kapasitesi genellikle teorik kapasiteye, pratik kapasiteye ve nominal kapasiteye bölünür.
Pil kapasitesi elektrotların kapasitesine göre belirlenir.Elektrotların kapasiteleri eşit değilse, pilin kapasitesi daha küçük kapasiteli elektroda bağlıdır, ancak bu hiçbir şekilde pozitif ve negatif elektrotların kapasitelerinin toplamı değildir.
(6) Pilin depolama işlevi ve ömrü
Kimyasal güç kaynaklarının en önemli özelliklerinden biri, kullanıldığında elektrik enerjisi açığa çıkarabilmesi, kullanılmadığında ise elektrik enerjisini depolayabilmesidir.Sözde depolama işlevi, ikincil pilin şarjını sürdürme yeteneğidir.
İkincil aküyle ilgili olarak servis ömrü, akü performansını ölçmek için önemli bir parametredir.İkincil pil bir kez şarj edilir ve boşaltılır; buna döngü (veya döngü) adı verilir.Belirli bir şarj ve deşarj kriteri altında, batarya kapasitesi belirli bir değere ulaşmadan önce bataryanın dayanabileceği şarj ve deşarj sürelerinin sayısına ikincil bataryanın çalışma döngüsü denir.Lityum-iyon piller mükemmel depolama performansına ve uzun çevrim ömrüne sahiptir.
Lityum Piller – Özellikler
A. Yüksek enerji yoğunluğu
Lityum-iyon pilin ağırlığı, aynı kapasitedeki nikel-kadmiyum veya nikel-hidrojen pilin yarısı kadardır ve hacim, nikel-kadmiyumun %40-50'si ve nikel-hidrojen pilin %20-30'udur. .
B. Yüksek Gerilim
Tek bir lityum iyon pilin çalışma voltajı 3,7 V'tur (ortalama değer), bu da seri bağlı üç nikel-kadmiyum veya nikel-metal hidrit pilin eşdeğeridir.
C. Kirlilik yok
Lityum iyon piller kadmiyum, kurşun ve cıva gibi zararlı metaller içermez.
D. Metalik lityum içermez
Lityum-iyon piller metalik lityum içermez ve bu nedenle lityum pillerin yolcu uçaklarında taşınmasının yasaklanması gibi düzenlemelere tabi değildir.
E. Yüksek çevrim ömrü
Normal koşullar altında lityum iyon piller 500'den fazla şarj-deşarj döngüsüne sahip olabilir.
F. Hafıza etkisi yok
Hafıza etkisi, şarj ve deşarj döngüsü sırasında nikel-kadmiyum pilin kapasitesinin azalması olgusunu ifade eder.Lityum-iyon pillerin bu etkisi yoktur.
G. Hızlı şarj
Nominal gerilimi 4,2V olan sabit akım ve sabit voltajlı bir şarj cihazının kullanılması, lityum iyon pili bir ila iki saat içinde tamamen şarj edebilir.
Lityum Pil – Lityum Pilin Prensibi ve Yapısı
1. Lityum iyon pilin yapısı ve çalışma prensibi: Lityum iyon pil olarak adlandırılan pil, lityum iyonlarını pozitif ve negatif elektrotlar olarak tersine çevrilebilir şekilde bir araya getirebilen ve deinterkalasyon yapabilen iki bileşikten oluşan ikincil bir pili ifade eder.İnsanlar, pilin şarj ve deşarj işlemini tamamlamak için lityum iyonlarının pozitif ve negatif elektrotlar arasında aktarılmasına dayanan benzersiz bir mekanizmaya sahip bu lityum iyon pili, genellikle "lityum pil" olarak bilinen "sallanan sandalye pili" olarak adlandırıyor. .Örnek olarak LiCoO2'yi ele alalım: (1) Pil şarj edildiğinde, lityum iyonları pozitif elektrottan çıkarılır ve negatif elektrotta birleştirilir ve deşarj sırasında bunun tersi de geçerlidir.Bu, montajdan önce bir elektrotun lityum ara katman halinde olmasını gerektirir.Genel olarak, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4 gibi pozitif elektrot olarak lityuma göre 3V'den daha büyük bir potansiyele sahip ve havada stabil olan bir lityum interkalasyon geçiş metali oksit seçilir.(2) Negatif elektrot olan malzemeler için, potansiyeli lityum potansiyeline mümkün olduğu kadar yakın olan, aralanabilir lityum bileşiklerini seçin.Örneğin, çeşitli karbon malzemeleri arasında doğal grafit, sentetik grafit, karbon fiber, orta faz küresel karbon vb. ve SnO, SnO2, Kalay kompozit oksit SnBxPyOz (x=0,4~0,6, y=0,6~0,4, z= dahil olmak üzere) metal oksitler bulunur. (2+3x+5y)/2) vb.
lityum pil
2. Pil genel olarak şunları içerir: pozitif, negatif, elektrolit, ayırıcı, pozitif uç, negatif plaka, merkezi terminal, yalıtım malzemesi (yalıtkan), emniyet valfi (emniyet havalandırması), sızdırmazlık halkası (conta), PTC (pozitif sıcaklık kontrol terminali), pil kutusu.Genel olarak insanlar pozitif elektrot, negatif elektrot ve elektrolit hakkında daha fazla endişe duyarlar.
lityum pil
Lityum-iyon pil yapısı karşılaştırması
Farklı katot malzemelerine göre demir lityum, kobalt lityum, manganez lityum vb. olarak ayrılır;
Şekil sınıflandırmasına göre genellikle silindirik ve kareye ayrılır ve polimer lityum iyonları da herhangi bir şekle dönüştürülebilir;
Lityum-iyon pillerde kullanılan farklı elektrolit malzemelerine göre, lityum-iyon piller iki kategoriye ayrılabilir: sıvı lityum-iyon piller (LIB) ve katı hal lityum-iyon piller.PLIB) bir tür katı hal lityum iyon pildir.
elektrolit
Kabuk/Paket Bariyeri Akım Alıcı
Sıvı lityum iyon pil Sıvı paslanmaz çelik, alüminyum 25 μPE bakır folyo ve alüminyum folyo polimer lityum iyon pil, bariyersiz koloidal polimer alüminyum/PP kompozit film veya tek μPE bakır folyo ve alüminyum folyo
Lityum Piller – Lityum İyon Pillerin İşlevi
1. Yüksek enerji yoğunluğu
Aynı kapasitedeki NI/CD veya NI/MH pillerle karşılaştırıldığında, lityum iyon piller ağırlık bakımından daha hafiftir ve hacim özgül enerjileri bu iki tür pillere göre 1,5 ila 2 kat daha fazladır.
2. Yüksek voltaj
Lityum-iyon piller, NI/CD veya NI/MH pillerin voltajının üç katı olan 3,7V kadar yüksek terminal voltajlarına ulaşmak için yüksek derecede elektronegatif element içeren lityum elektrotlar kullanır.
3. Kirletici olmayan, çevre dostu
4. Uzun çevrim ömrü
Ömrü 500 katı aşıyor
5. Yüksek yük kapasitesi
Lityum-iyon piller büyük bir akımla sürekli olarak deşarj edilebildiğinden bu pil kamera ve dizüstü bilgisayar gibi yüksek güçlü cihazlarda kullanılabilir.
6. Mükemmel güvenlik
Mükemmel anot malzemelerinin kullanılması nedeniyle, pil şarjı sırasında lityum dendrit büyümesi sorununun üstesinden gelinir ve bu da lityum iyon pillerin güvenliğini büyük ölçüde artırır.Aynı zamanda kullanım sırasında akünün güvenliğini sağlamak için özel kurtarılabilir aksesuarlar seçilmiştir.
Lityum pil – Lityum iyon pil şarj yöntemi
Yöntem 1. Lityum-iyon pil fabrikadan çıkmadan önce, üretici aktivasyon işlemini gerçekleştirmiş ve önceden şarj etmiştir, böylece lityum-iyon pilin artık gücü vardır ve lityum-iyon pil ayarlama süresine göre şarj edilir.Bu alışma süresinin tamamıyla 3 ila 5 kez yapılması gerekmektedir.Deşarj.
Yöntem 2. Şarj etmeden önce lityum iyon pilin özel olarak boşaltılmasına gerek yoktur.Yanlış deşarj aküye zarar verecektir.Şarj ederken yavaş şarjı kullanmayı ve hızlı şarjı azaltmayı deneyin;süre 24 saati geçmemelidir.Pil ancak üç ila beş tam şarj ve deşarj döngüsünden geçtikten sonra dahili kimyasalları optimum kullanım için tamamen "etkinleştirilecektir".
Yöntem 3. Lütfen orijinal şarj cihazını veya tanınmış markanın şarj cihazını kullanın.Lityum piller için, lityum pillere yönelik özel bir şarj cihazı kullanın ve talimatları izleyin.Aksi takdirde pil zarar görebilir ve hatta riske girebilir.
Yöntem 4. Yeni satın alınan pil lityum iyondur, bu nedenle ilk 3 ila 5 kez şarj etmeye genellikle ayarlama süresi denir ve lityum iyonların aktivitesinin tamamen etkinleştirildiğinden emin olmak için 14 saatten fazla şarj edilmelidir.Lityum-iyon pillerin hafıza etkisi yoktur ancak güçlü bir eylemsizliği vardır.Gelecekteki uygulamalarda en iyi performansı sağlamak için bunların tamamen etkinleştirilmesi gerekir.
Yöntem 5. Lityum iyon pilin özel bir şarj cihazı kullanması gerekir, aksi takdirde doyma durumuna ulaşamayabilir ve işlevini etkilemeyebilir.Şarj ettikten sonra, 12 saatten fazla şarj cihazında tutmaktan kaçının ve uzun süre kullanılmadığında pili mobil elektronik üründen ayırın.
Lityum pil – kullanın
Yirminci yüzyılda mikroelektronik teknolojisinin gelişmesiyle birlikte minyatür cihazların sayısı her geçen gün artıyor, bu da güç kaynağına yönelik yüksek gereksinimleri ortaya çıkarıyor.Lityum piller daha sonra büyük ölçekli bir pratik aşamaya girdi.
İlk kez kalp pillerinde kullanıldı.Lityum pillerin kendi kendine deşarj oranı son derece düşük olduğundan deşarj voltajı yüksektir.Kalp pilinin uzun süre insan vücuduna yerleştirilmesini mümkün kılar.
Lityum piller genellikle 3,0 volttan daha yüksek bir nominal gerilime sahiptir ve entegre devre güç kaynakları için daha uygundur.Manganez dioksit piller bilgisayarlarda, hesap makinelerinde, kameralarda ve saatlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Uygulama örneği
1. Pil takımı onarımları için yedek olarak çok sayıda pil takımı vardır: dizüstü bilgisayarlarda kullanılanlar gibi.Onarım sonrasında bu pil paketi hasar gördüğünde yalnızca bireysel pillerde sorun yaşandığı tespit edildi.Uygun bir tek hücreli lityum pil ile değiştirilebilir.
2. Yüksek parlaklıkta minyatür bir meşale yapmak Yazar bir keresinde, kullanımı kolay, kompakt ve güzel bir minyatür meşale yapmak için beyaz süper parlaklığa sahip ışık yayan tüplü tek bir 3.6V1.6AH lityum pil kullanmıştı.Ve geniş pil kapasitesi nedeniyle her gece ortalama yarım saat kullanılabiliyor ve iki aydan fazla süredir şarj edilmeden kullanılıyor.
3. Alternatif 3V güç kaynağı
Çünkü tek hücreli lityum pilin voltajı 3,6V'dur.Bu nedenle, radyo, walkman, kamera vb. gibi küçük ev aletlerine güç sağlamak için iki sıradan pilin yerini yalnızca bir lityum pil alabilir; bu, yalnızca hafif olmakla kalmaz, aynı zamanda uzun süre dayanır.
Lityum-iyon pil anot malzemesi – lityum titanat
2,4V veya 1,9V lityum iyon ikincil piller oluşturmak için lityum manganat, üçlü malzemeler veya lityum demir fosfat ve diğer pozitif malzemelerle birleştirilebilir.Ek olarak, metal lityum veya lityum alaşımlı negatif elektrot ikincil pil ile 1.5V lityum pil oluşturmak için pozitif elektrot olarak da kullanılabilir.
Lityum titanatın yüksek güvenliği, yüksek stabilitesi, uzun ömürlülüğü ve yeşil özellikleri nedeniyle.Lityum titanat malzemesinin 2-3 yıl içinde yeni nesil lityum iyon pillerin negatif elektrot malzemesi haline geleceği ve yeni elektrikli araçlarda, elektrikli motosikletlerde ve yüksek güvenlik, yüksek stabilite ve uzun çevrim gerektiren araçlarda yaygın olarak kullanılacağı öngörülebilir.uygulama alanı.Lityum titanat pilin çalışma voltajı 2,4V, en yüksek voltaj 3,0V ve şarj akımı 2C'ye kadardır.
Lityum titanat pil bileşimi
Pozitif elektrot: lityum demir fosfat, lityum manganat veya üçlü malzeme, lityum nikel manganat.
Negatif elektrot: lityum titanat malzemesi.
Bariyer: Negatif elektrot olarak karbon içeren mevcut lityum pil bariyeri.
Elektrolit: Negatif elektrot olarak karbon içeren lityum pil elektroliti.
Pil kutusu: Negatif elektrot olarak karbon içeren lityum pil kutusu.
Lityum titanat pillerin avantajları: yakıtlı araçların yerine elektrikli araçların seçilmesi, kentsel çevre kirliliğini çözmek için en iyi seçimdir.Bunlar arasında lityum iyon güç pilleri araştırmacıların yoğun ilgisini çekmiştir.Elektrikli araçların yerleşik lityum iyon güç pillerine yönelik gereksinimlerini karşılamak için, araştırma ve geliştirme Yüksek güvenlik, iyi oran performansı ve uzun ömürlülük içeren negatif malzemeler, sıcak noktalar ve zorluklardır.
Ticari lityum iyon pil negatif elektrotları çoğunlukla karbon malzemeleri kullanır, ancak negatif elektrot olarak karbon kullanan lityum pillerin uygulanmasında hala bazı dezavantajlar vardır:
1. Aşırı şarj sırasında lityum dendritler kolayca çökelir, bu da pilin kısa devre yapmasına neden olur ve lityum pilin güvenlik fonksiyonunu etkiler;
2. SEI filmi oluşturmak kolaydır, bu da düşük başlangıç şarj ve deşarj gücü ve büyük geri dönüşü olmayan kapasite ile sonuçlanır;
3. Yani, karbon malzemelerin platform voltajı düşüktür (metal lityuma yakın) ve elektrolitin ayrışmasına neden olmak kolaydır, bu da güvenlik risklerini beraberinde getirir.
4. Lityum iyon ekleme ve çıkarma sürecinde hacim büyük ölçüde değişir ve döngü stabilitesi zayıftır.
Karbon malzemelerle karşılaştırıldığında spinel tipi Li4Ti5012'nin önemli avantajları vardır:
1. Sıfır gerilimli malzemedir ve iyi sirkülasyon performansına sahiptir;
2. Deşarj voltajı stabildir ve elektrolit ayrışmaz, bu da lityum pillerin güvenlik performansını artırır;
3. Karbon anot malzemeleriyle karşılaştırıldığında lityum titanat, yüksek bir lityum iyon difüzyon katsayısına (2*10-8cm2/s) sahiptir ve yüksek oranda şarj edilebilir ve boşaltılabilir.
4. Lityum titanatın potansiyeli saf metal lityumdan daha yüksektir ve lityum pillerin güvenliğini sağlamak için bir temel sağlayan lityum dendritleri üretmek kolay değildir.
bakım devresi
İki alan etkili transistörden ve özel bir bakım entegre bloğu S-8232'den oluşur.Aşırı şarj kontrol tüpü FET2 ve aşırı deşarj kontrol tüpü FET1 devreye seri olarak bağlanır ve akü voltajı bakım IC'si tarafından izlenir ve kontrol edilir.Akü voltajı 4,2V'a yükseldiğinde aşırı şarj bakım tüpü FET1 kapatılır ve şarj sonlandırılır.Arızayı önlemek için genellikle harici devreye bir gecikme kapasitörü eklenir.Akü boşaldığında akü voltajı 2,55'e düşer.
Gönderim zamanı: Mart-30-2023