مقدمة للمعرفة الأساسية لخلايا بطارية الليثيوم

1 ، تكوين خلايا بطارية الليثيوم

1. مادة الإلكترود الإيجابية: مركبات الليثيوم مثل أكسيد الكوبالت الليثيوم (LICOO ₂) ، وأكسيد المنغنيز الليثيوم (LIMN ₂ o ₄) ، فوسفات الحديد الليثيوم (Lifepo ₄) ، والمواد الثلاثية (Linixcoymnzo ₂) تستخدم بشكل شائع. مواد الإلكترود الإيجابية المختلفة لها خصائص أداء مختلفة. على سبيل المثال ، يحتوي أكسيد الكوبالت الليثيوم على كثافة عالية للطاقة ولكن منخفضة نسبيًا ، في حين أن فوسفات الحديد الليثيوم له أمان مرتفع وعمر طويل ولكن كثافة طاقة منخفضة نسبيًا.

2. مادة القطب السلبي: مصنوع عمومًا من مواد الكربون مثل الجرافيت ، تتمثل وظيفتها في تخزين أيونات الليثيوم أثناء شحن أيونات الليثيوم أثناء التفريغ. تشمل مواد القطب السلبي أيضًا المجهرية الكربونية للمرحلة المتوسطة ، وتيطنة الليثيوم ، إلخ.

3. الحجاب الحاجز: فيلم بوليمر مسامي يعمل على عزل الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية ، ويمنع الدوائر القصيرة ، ويسمح لتمرير أيونات الليثيوم. عادة ما تكون مادة الحجاب الحاجز غشاءًا مساميًا للبولي أوليفين.

4. المنحل بالكهرباء: يتكون بشكل أساسي من أملاح الليثيوم (مثل ليثيوم سداسي فلوروفوسفات الشفاه) والمذيبات العضوية ، المسؤولة عن إجراء أيونات الليثيوم بين الأقطاب الإيجابية والسلبية. يمكن أن يكون المنحل بالكهرباء سائلًا أو هلامًا.

5. شل: يمكن تصنيع قذيفة البطارية من الفولاذ أو الألمنيوم أو الحديد المطلي بالنيكل أو الألومنيوم البلاستيكي. تتضمن القشرة أيضًا غطاء للبطارية ، والتي تعمل كمنفذ للأقطاب الإيجابية والسلبية.

 

2 ، مبدأ العمل لخلايا بطارية الليثيوم

أثناء الشحن ، يتم إطلاق أيونات الليثيوم من مادة القطب الإيجابي ، تمر عبر المنحل بالكهرباء من خلال الفاصل ، وتضمينها في مادة القطب السلبي ؛ أثناء التفريغ ، يتم إطلاق أيونات الليثيوم من مادة القطب السلبي ، تمر عبر المنحل بالكهرباء من خلال الفاصل ، والعودة إلى مادة القطب الإيجابي ، مما يولد التيار في هذه العملية.

 

3 ، تصنيف خلايا بطارية الليثيوم

 

1. مصنفة حسب المظهر: بطارية ليثيوم مربعة ، بطارية ليثيوم أسطواني ، بطارية ليثيوم حزمة ناعمة ؛

2. تصنيفها بواسطة مواد الاستعانة بمصادر خارجية: بطاريات ليثيوم قذيفة الألومنيوم ، وبطاريات ليثيوم قذيفة الصلب ، وبطاريات حزمة ناعمة ؛

3. مصنفة بواسطة مادة كهربائية موجبة: أكسيد الكوبالت الليثيوم (LICOO2) ، أكسيد المنغنيز الليثيوم (LIMN2O4) ، الليثيوم الثلاثي (Linixcoymnzo2) ، فوسفات الحديد الليثيوم (LIFEPO4) ؛

4. مصنفة حسب حالة المنحل بالكهرباء: بطاريات ليثيوم أيون (LIB) وبطاريات البوليمر (PLB) ؛

5. مصنفة حسب الغرض: البطاريات العادية وبطاريات الطاقة.

6. تصنيف حسب خصائص الأداء: بطاريات عالية السعة ، بطاريات عالية المعدل ، بطاريات عالية الحرارة ، بطاريات درجات الحرارة المنخفضة ، إلخ

 

4 ، خصائص خلايا بطارية الليثيوم

1. كثافة الطاقة العالية: يمكن لخلايا بطارية الليثيوم تخزين المزيد من الطاقة ، مما يسمح لبطاريات الليثيوم بالحصول على إنتاج طاقة أعلى من الأنواع الأخرى من البطاريات في نفس الحجم أو الوزن.

2. حياة دورة طويلة: بعد دورات الشحن والتفريغ المتعددة ، لا يزال بإمكانه الحفاظ على أداء جيد ، ويصل عمومًا إلى مئات أو حتى آلاف الدورات.

3. معدل التفريغ الذاتي المنخفض: عندما لا تكون قيد الاستخدام ، تكون سرعة التفريغ الذاتي بطيئة ويمكن أن تحافظ على الطاقة لفترة طويلة.

4. حماية البيئة: لا تحتوي على معادن ثقيلة مثل الزئبق والكادميوم ، وهي صديقة للبيئة نسبيًا.

 

5 ، شرح المصطلحات المشتركة

1. السعة

يشير إلى كمية الكهرباء التي يمكن الحصول عليها من الليثيوم في بطارية في ظل ظروف تصريف معينة. صيغة سعة البطارية هي q=i * t ، تقاس في coulombs. يتم تحديد وحدة سعة البطارية على أنها AH (Ampere Hour) أو Mah (Milliampere Hour) ، مما يعني أنه يمكن تفريغ بطارية 1AH لمدة ساعة واحدة مع تيار 1A عند الشحن بالكامل.

في السابق ، كانت بطارية هواتف نوكيا القديمة (مثل BL -5 c) عادة 500 مللي أمبير في الساعة. في الوقت الحاضر ، تكون بطارية الهواتف الذكية 800-1900 MAH ، وعادة ما تكون الدراجات الكهربائية 10-20 AH ، وعادة ما تكون السيارات الكهربائية 20-200 AH.

2. معدل الشحن/معدل التفريغ

يمثل كمية التيار المستخدمة للشحن والتفريغ ، وعادة ما يتم حسابها كمضاعف للسعة الاسمية للبطارية ، والتي يشار إليها عادة بعدة درجات مئوية. للحصول على بطارية بسعة 15 0 0mah ، يتم تحديد 1C كـ 1500mAh. إذا تم تفريغها في 2C ، يتم تفريغها بتيار 3000 مللي أمبير ، ويتم شحنه وتفريغه عند 0.1C ، يتم شحنه وتفريغه بتيار 150mA.

3. الجهد (OCV: جهد الدائرة المفتوحة)

يشير الجهد للبطارية عمومًا إلى الجهد الاسمي (المعروف أيضًا باسم الجهد المصنف) لبطارية الليثيوم. يبلغ الجهد الاسمي لبطارية الليثيوم العادية 3.7 فولت بشكل عام ، ونشير أيضًا إلى هضبة الجهد الخاصة بها على أنها 3.7 فولت.

عندما تبلغ سعة البطارية 20 ~ 80 ٪ ، يتم تركيز الجهد عند حوالي 3.7 فولت (3.6 ~ 3.9V) ، وإذا كانت السعة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا ، فإن الجهد يتغير بشكل كبير.

4. الطاقة/الطاقة

الطاقة (هـ) التي يمكن أن تحررها البطارية عند تصريفها إلى معيار معين يتم قياسها في WH (ساعات Watt) أو KWH (كيلووات ساعات) ، مع 1KWH =1 kwh.

E=u*i*t ، كما أنه يساوي ضرب جهد البطارية بواسطة سعة البطارية

صيغة الطاقة هي ، p=u*i=e/t ، تشير إلى مقدار الطاقة التي يمكن إصدارها لكل وحدة زمنية. الوحدة هي W (Watts) أو KW (كيلووات). عادةً ما تكون بطارية بسعة 1500 مللي أمبير في الساعة جهدًا رمزيًا تبلغ 3.7 فولت ، وهي تقابل طاقة 5.55WH.

5. المقاومة

نظرًا لحقيقة أن الشحن والتفريغ لا يمكن أن يكون مكافئًا لمصدر الطاقة المثالي ، هناك مقاومة داخلية معينة. تستهلك المقاومة الداخلية الطاقة ، بالطبع ، كلما كانت المقاومة الداخلية أصغر ، كان ذلك أفضل.

وحدة المقاومة الداخلية للبطارية هي milliohms (M ω).

تتألف المقاومة الداخلية للبطارية النموذجية من مقاومة أوم ومقاومة الاستقطاب ، ويتأثر حجم المقاومة الداخلية بالمواد وعملية التصنيع وهيكل البطارية.

6. حياة دورة

يُطلق على شحن البطارية وتفريغها مرة واحدة دورة ، وعمر الدورة مؤشر مهم لقياس أداء عمر البطارية.

ينص معيار IEC على أن بطاريات الليثيوم للهاتف المحمول يجب تفريغها من {{0}}. بعد 500 دورة ، يجب الحفاظ على سعة البطارية بنسبة 60 ٪ أو أكثر من السعة الأولية. وهذا يعني أن دورة دورة بطاريات الليثيوم هي 500 مرة.

وفقًا للمعايير الوطنية ، بعد عمر الدورة 300 مرة ، يجب الحفاظ على السعة بنسبة 70 ٪ من السعة الأولية. إذا كانت سعة البطارية أقل من 60 ٪ من السعة الأولية ، فإنها تعتبر عمومًا إلغاء.

7. عمق التفريغ (DOD)

تم تعريفها على أنها النسبة المئوية للسعة التي تصدرها البطارية إلى السعة المقدرة.

كلما كان عمق تصريف بطاريات الليثيوم ، أقصر عمر البطارية.

8. قطع الجهد

ينقسم جهد الإنهاء إلى جهد جهد إنهاء الشحن وتفريغ الجهد ، مما يعني الجهد الذي لا يمكن للبطارية أن تستمر في الشحن أو التفريغ. الاستمرار في شحن أو التفريغ في جهد الإنهاء له تأثير كبير على عمر البطارية.

الجهد النهائي لإنهاء الشحن لبطاريات الليثيوم عمومًا 4.2 فولت ، وجهد إنهاء التفريغ هو 3. 0 v.

يحظر بشكل صارم الشحن العميق أو تفريغ بطاريات الليثيوم خارج جهد الإنهاء.

9. معدل التفريغ الذاتي

المعدل الذي تنخفض فيه سعة البطارية أثناء التخزين ، معبراً عنه كنسبة مئوية من انخفاض السعة لكل وحدة زمنية.

معدل التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم النموذجية هو 2 ٪ إلى 9 ٪ في الشهر.

10. سوك (حالة تهمة)

يشير إلى النسبة المئوية لطاقة البطارية المتبقية إلى إجمالي كمية الطاقة التي يمكن تفريغها ، بدءًا من 0 إلى 100 ٪. تعكس مستوى البطارية المتبقي.

 

6 ، اتفاقية التسمية للبطاريات

لدى الشركات المصنعة المختلفة اتفاقيات تسمية مختلفة ، لكن البطاريات العالمية جميعها تتبع معيارًا موحدًا ، ويمكن تحديد حجم البطارية باسمها.

وفقًا لـ IEC 61960 ، فإن قواعد البطاريات الأسطوانية والمربعة هي كما يلي:

1. بطارية أسطواني

3 رسائل تليها 5 أرقام.

ثلاث أحرف ، تمثل الحرف الأول مادة القطب السلبي ، ويمثل وجود أيونات الليثيوم المدمجة ، ويمثل L القطب المعدني للليثيوم أو سبيكة الليثيوم ؛ تمثل الحرف الثاني مادة القطب الإيجابي ، ويمثل C الكوبالت ، ويمثل N النيكل ، ويمثل M المنغنيز ، ويمثل V vanadium ؛ الحرف الثالث ، ص ، يمثل شكل أسطواني.

5 أرقام ، تمثل أول رقمين قطرًا ويمثل آخر 3 الأرقام الارتفاع ، كل ذلك بالملليمترات.

2. بطارية مربعة

3 رسائل تليها 6 أرقام.

ثلاث أحرف ، تمثل الحرف الأول مادة القطب السلبي ، ويمثل وجود أيونات الليثيوم المدمجة ، ويمثل L القطب المعدني للليثيوم أو سبيكة الليثيوم ؛ تمثل الحرف الثاني مادة القطب الإيجابي ، ويمثل C الكوبالت ، ويمثل N النيكل ، ويمثل M المنغنيز ، ويمثل V vanadium ؛ الحرف الثالث P يمثل مربع.

6 أرقام ، يمثل الأرقام الأولى 2 سمكًا ، ويمثل الرقمان الأوسطان عرضًا ، ويمثل آخر 2 الرقمين الارتفاع (الطول) ، وكلها بالملليمترات.

على سبيل المثال ، ICR 18650 هي بطارية أسطوانية عالمية يبلغ قطرها 18 ملم وارتفاع 65 مم ؛ ICP 053353 عبارة عن بطارية مربعة بسمك 5 مم ، وعرض 33 مم ، وارتفاع (طول) 53 مم.