Enkonduko al Litio-jonaj Baterioj
Funkcia Principo de Litio-jonaj Baterioj
Litio-jona baterio ĉefe konsistas el pozitiva elektrodo, negativa elektrodo, elektrolito kiu kondukas litiajn jonojn, kajapartigilokaj envolvaĵo kiuj apartigas la pozitivajn kaj negativajn elektrodojn. La pozitiva elektrodmaterialo estas ĝenerale kunmetaĵo kiu permesas la reigeblan enmeton kaj eltiron de litiojonoj, kiel ekzemple litia kobaltoksido (LiCoO₂), litia nikela rusto (LiNiO₂), litia manganoksido (LiMn₂O₄), aŭ ternaraj materialoj. (LiCoₓNiᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂). La elektrolito estas kunmetita de litiosaloj (oftaj litiosaloj inkludas LiClO₄, LiPF₆, LiBF₄, LiBOB, ktp.) solvita en specifa solvilo (ĉefe miksaĵo de etilenkarbonato (EC), dietilkarbonato (DEC), dimetilkarbonato (DMC), propilenkarbonato (PC), ktp., en certa proporcio. La apartigmaterialo estas ĝenerale poliolefina rezino, ofte uzante unutavolajn aŭ plurtavolajn polipropilenon (PP) kaj polietilenajn (PE) mikroporajn membranojn, kiel ekzemple la Celgard 2300 apartigilo. La negativa elektrodo tipe uzas materialojn kapablajn je litiinterkalado, kiel ekzemple naftokolao, pura grafito, kaj tavoligita grafito miksita karbono. La reago en litia-jona baterio uzanta karbonon (C₆) kiel negativan elektrodon kaj transirmetaloksidon LiMeO₂ kiel pozitivan elektrodon estas kiel sekvas.
Dum ŝarĝo:
Dum elfluo:
Dum ŝargado, litiojonoj estas liberigitaj de la pozitiva elektrodo kaj enmetitaj en la negativan elektrodon; dum malŝarĝado, litiojonoj estas liberigitaj de la negativa elektrodo kaj enmetitaj en la pozitivan elektrodon. Alivorte, dum ŝarĝo kaj malŝarĝo, litiojonoj moviĝas tien kaj reen inter la pozitivaj kaj negativaj elektrodoj, tre kiel balancseĝo. Tial, litio-jonaj baterioj ankaŭ estas nomitaj "baterioj de balancseĝoj". Ilia funkcia principo povas esti ilustrita per Figuro 1.1.
Sub normalaj ŝarĝaj kaj malŝarĝaj kondiĉoj, la enmeto kaj eltiro de litiaj jonoj inter tavoligitaj karbonaj materialoj kaj oksidaj partikloj aŭ inter tavoloj en litiaj-jonaj kuirilaroj ĝenerale nur kaŭzas ŝanĝojn en la intertavola interspaco kaj ne difektas la kristalan strukturon. Dum ŝargo kaj malŝarĝo, la kemiaj strukturoj de la pozitivaj kaj negativaj elektrodaj materialoj restas esence senŝanĝaj. Tial, el la perspektivo de la reigebleco de la ŝargo-malŝarĝa reago, la enmeto kaj eltiro de litiojonoj en la bateriaj materialoj estas ideala reagprocezo. Surbaze de ĉi tiuj karakterizaĵoj, litio-jonaj kuirilaroj estas pli bonaj en rendimento ol nikel-kadmio kaj nikelo-metalhidridaj baterioj.
Klasifiko de baterio de litio-jono
Litio-jonaj kuirilaroj povas esti klasifikitaj laŭ la katoda materialo uzata, aspekto kaj grandeco, ĉela produktadmetodo, pakaĵspeco kaj aplikaj trajtoj.
Surbaze de la katoda materialo uzata, litio-jonaj baterioj povas esti dividitaj en litiajn kobaltajn oksidajn bateriojn, litiajn manganoksidajn bateriojn, ternarajn litiajn bateriojn kaj litiajn ferfosfatajn bateriojn.
Litiaj kobaltaj oksidaj kuirilaroj havas nominalan tension de 3.7V kaj funkcian tensiointervalon de 2.4~4.2V. Litiaj kobaltaj oksidaj kuirilaroj havas stabilan strukturon, altan specifan kapaciton kaj elstaran ĝeneralan rendimenton, sed ilia sekureco estas malbona kaj ilia kosto estas alta, ĉefe uzataj en malgrandaj kaj mezgrandaj-ĉeloj. En la lastaj jaroj, alt-tensiaj litio-kobaltaj oksidaj materialoj estis evoluigitaj, kiuj povas pliigi la supran limtension de la baterio al 4.3V aŭ 4.35V, tiel efike plibonigante la baterian kapaciton kaj energian densecon. Nuntempe, litiaj kobaltoksidaj kuirilaroj havas la plej altan volumetran energidenson, atingante 550Wh/kg, igante ilin la sola elekto por funkciigi altkvalitajn poŝtelefonojn kaj aliajn elektronikajn produktojn.
Litio-manganoksido (MMANO) baterioj havas nominalan tension de 3.8V kaj funkciigan tensiointervalon de 2.5V ĝis 4.2V. Superŝarĝa protektotensio estas 4.28V ± 0.025V, kaj super-protekta tensio estas 2.5V ± 0.1V. MMANO-kuirilaroj estas malmultekostaj-kaj havas bonan sekurecon. Tamen, la litia manganoksida materialo mem estas relative malstabila kaj inklina al putriĝo, produktante gason kaj ŝveliĝon. Ĝia ciklovivo malpliiĝas relative rapide, ĝia vivdaŭro estas relative mallonga, kaj ĝia alt-temperatura rendimento estas malbona. Ĝi estas ĉefe uzata en malalt-kostaj, mez-al-grandaj-ĉeloj por fabrikado de potencaj baterioj.
Ternaraj litio-jonaj (TLC) baterioj havas nominalan tension de 3.6V kaj funkcian tensiointervalon de 2.75V ĝis 4.2V. Superŝarga protektotensio estas 4.28V ± 0.025V, kaj super-protekta tensio estas 2.75V ± 0.1V. TLC-kuirilaroj havas bonan ĝeneralan rendimenton, estas pli malmultekostaj ol litia kobalta rusto (LCO), kaj ofertas plibonigitan sekurecon. Ili povas esti uzataj en potencaj kuirilaroj, kaj ilia merkatparto en la katoda materiala merkato pliiĝas jaron post jaro. Malgrandaj litio-jonaj kuirilaroj uzantaj ternaraj litio-materialoj estas iom post iom akceptataj de la merkato. Ternaraj materialoj ankaŭ povas esti miksitaj kun litia kobalta rusto kaj litia manganoksido por uzo en ŝtalo-enfermitaj, aluminio-enfermitaj, saketoj, polimeroj, kaj cilindraj litio-jonaj baterioj, kiuj povas signife redukti la kostojn de la baterioj kaj plibonigi ĝeneralan rendimenton. Nuntempe, ternaraj materialaj baterioj povas atingi energian densecon de 180 Wh/kg (26650 ŝtalaj-enfermitaj kuirilaroj povas atingi kapaciton de 4600 mAh/kg kun pezo de 90g), proponante klaran avantaĝon en kostefikeco.
Litio ferfosfato (LFP) kuirilaroj havas nominalan tension de 3.2V kaj funkcia tensio gamo de 2.5~3.75V. Superŝarga protekta tensio estas 3.75V±0.025V, kaj super-protekta tensio estas 2.5V±0.1V. La plej granda avantaĝo de LFP-kuirilaroj estas la stabileco kaj ne-malkomponaĵo de la pozitiva elektrodmaterialo, donante al ili senekzemplan sekurecon kompare kun aliaj pozitivaj elektrodmaterialaj sistemoj. LFP-kuirilaroj havas longan ciklovivon, abundas je resursoj kaj estas ekologiemaj. Tamen ili havas malaltan malŝarĝan platformon kaj malbonan malalt-temperaturan rendimenton.
Surbaze de aspekto kaj grandeco, litio-jonaj baterioj povas esti dividitaj en cilindrajn bateriojn kaj prismatajn bateriojn ktp.
Surbaze de ĉelproduktadmetodo, litio-jonaj baterioj povas esti dividitaj en vundbateriojn (cilindraj vundoj kaj plataj vundoj), stakitaj baterioj ktp.
Surbaze de pakaĵmateriala tipo, litio-jonaj baterioj povas esti dividitaj en ŝtalaj-enfermitaj baterioj, aluminio-enfermitaj baterioj, plastaj-enfermitaj baterioj, molaj-pakaj baterioj ktp.
Surbaze de aplikaĵaj karakterizaĵoj, litio-jonaj baterioj povas esti dividitaj en alt-temperaturajn bateriojn, malalt-temperaturajn bateriojn, potencajn kuirilarojn kaj kapacitajn bateriojn ktp.
Surbaze de siaj aplikaĵaj areoj, litio-jonaj baterioj povas esti klasifikitaj kiel: rezervaj kuirilaroj, potencaj kuirilaroj kaj energistokaj kuirilaroj.
Aplikoj de Litio-jonaj Baterioj
Oni povas diri, ke ekde la invento de la baterio, neniu alia bateria produkto estis uzata tiel rapide kaj vaste kiel la litia-jona baterio. De la horloĝa elektroprovizo por komputilaj CPUoj ĝis la grandaj litio-jonaj baterioj uzataj en aŭtoj kaj submarŝipoj, la kapacitdiferenco estas pli ol 10 milionoj da fojoj. Ili havas larĝajn aplikojn en ĉiutaga vivo, medicina ekipaĵo, elektraj veturiloj, energi-stokaj centraloj, aerospaco kaj militistaro.
Post pli ol 10 jaroj da popularigo, litio-jonaj baterioj fariĝis la sola elektra sistemo vaste uzata en ciferecaj produktoj kiel poŝtelefonoj kaj tekkomputiloj. Pro sia alta specifa energio, ili ankaŭ estas vaste uzataj en elektraj iloj, elektraj bicikloj, elektraj busoj, vento- kaj suna energio stokado centraloj, moveblaj komunikaj bazstacioj, minindustriaj lampaj elektroprovizoj, minindustriaj savaj kapsula elektroprovizoj, militistaj individuaj soldataj elektroprovizoj, radioj, satelitaj baterioj kaj multaj aliaj aplikoj. Laŭ statistiko, en 2011, la merkata grandeco de la ĉina litia bateriindustrio atingis 39,7 miliardojn da juanoj, jare-sur-kresko de 43%, kaj la jara produktado de litiaj baterioj atingis 2,97 miliardojn da unuoj, jare-kresko de-286%. La industrio de litio-baterio fariĝis grava industria direkto de la nacia ekonomio²¹.
