Cómo funcionan las baterías de iones de litio

La batería de litio "es un tipo de batería con metal de litio o aleación de litio como material de electrodo negativo y solución de electrolito no acuoso. En 1912, las baterías de metal de litio fueron propuestas y estudiadas por primera vez por gilbertn.lewis. En la década de 1970, ms disposham propuso y comenzó para estudiar las baterías de iones de litio. Debido a las características químicas del metal de litio es muy vivo, lo que hace que el procesamiento, la conservación, el uso del metal de litio, el medio ambiente sean requisitos muy altos. Por lo tanto, las baterías de litio no se han utilizado durante mucho tiempo. el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la batería de litio se ha convertido en la corriente principal.

Las baterías de litio se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: baterías de metal de litio y baterías de iones de litio. Las baterías de iones de litio no contienen litio metálico y son recargables. La quinta generación de baterías recargables de metal de litio nació en 1996. Su seguridad, capacidad específica, tasa de autodescarga y relación precio / rendimiento son mejores que las baterías de iones de litio. Debido a sus propios requisitos de alta tecnología, solo unas pocas empresas en unos pocos países ahora en la producción de la batería de metal de litio.

Las baterías de litio se utilizaron por primera vez en marcapasos. La tasa de autodescarga de la batería de litio es muy baja, el voltaje de descarga es suave, por lo que el marcapasos implantado puede funcionar durante mucho tiempo sin recargarse. Las baterías de litio generalmente tienen un voltaje nominal superior a 3,0 voltios, más adecuado para la fuente de alimentación de circuito integrado. Las baterías de dióxido de manganeso se utilizan ampliamente en calculadoras, cámaras digitales y relojes.

Con el fin de desarrollar mejores variedades de rendimiento, se han estudiado varios materiales para producir productos sin precedentes.

En 1992, Sony desarrolló con éxito la batería de iones de litio. Es práctico, por lo que los teléfonos móviles, computadoras portátiles, calculadoras y otros equipos electrónicos portátiles se reducen considerablemente en peso y volumen.

1. En la década de 1970, MS whittingham de exxon utilizó sulfuro de titanio como material de electrodo positivo y metal de litio como material de electrodo negativo para fabricar la primera batería de litio.

2. En 1980, j.godenough descubrió que el óxido de cobalto de litio se podía utilizar como material de ánodo de una batería de iones de litio.

3, 1982, el instituto de tecnología de la Universidad de Illinois (el Instituto de Tecnología de Illinois) RRA garwal y JRS elman encontraron que el ión de litio incrustado tiene las propiedades del grafito, el proceso es rápido y reversible. Al mismo tiempo, las baterías de litio hechas de metal de litio han atraído mucha atención debido a sus posibles peligros para la seguridad. Por eso, la gente intenta fabricar baterías recargables con iones de litio incrustados en grafito. Bell Laboratories fabricó con éxito el primer electrodo de grafito de iones de litio disponible.

4. En 1983, m.hackeray, j.groodenough et al. encontró que la espinela de manganeso era un excelente material de cátodo con bajo precio, estabilidad y excelente desempeño de conducción de electricidad y litio. Su temperatura de descomposición es alta y la oxidación es mucho más baja que el óxido de cobalto de litio, incluso si hay un cortocircuito, sobrecarga, también puede evitar el riesgo de combustión, explosión.

5. En 1989, am thiram y j.groodenough encontraron que la adopción de polos positivos de aniones polimerizados generaría voltajes más altos.

6. En 1991, SONY lanzó la primera batería comercial de iones de litio. Luego, las baterías de iones de litio revolucionaron la electrónica de consumo.

7. En 1996, Padhi y Goodenough descubrieron que los fosfatos con estructura de peridotita, como el fosfato de hierro y litio (LiFePO4), son superiores a los materiales de ánodos tradicionales y se han convertido en los principales materiales de ánodos.

Con el amplio uso de productos digitales como teléfonos móviles, computadoras portátiles y otros productos, las baterías de iones de litio se han utilizado ampliamente en dichos productos con un rendimiento excelente y, gradualmente, en otros productos en el campo de la aplicación. En 1998, el instituto de investigación de energía tianjin comenzó a producir comercialmente baterías de iones de litio. Las baterías de iones de litio también se conocen como baterías de litio, pero no son lo mismo. Las baterías de iones de litio se han generalizado.

Batería de iones de litio con material de carbono como polo negativo, con compuestos de litio como polo positivo, no hay litio metálico, solo iones de litio. La batería de iones de litio es el término general de la batería con un compuesto incrustado de iones de litio como material de electrodo positivo. El proceso de carga y descarga de la batería de iones de litio es el proceso de incrustación y desembebido de iones de litio. En el proceso de incrustación y desbloqueo de iones de litio, se acompaña de incrustación y desbloqueo de electrones equivalentes con iones de litio (el polo positivo se denota convencionalmente por incrustación o desbloqueo, mientras que el polo negativo se denota por inserción o desbloqueo). En el proceso de carga y descarga, los iones de litio se insertan / eliminan y se insertan / eliminan entre los polos positivo y negativo, lo que se denomina vívidamente "batería de mecedora".

Las baterías de iones de litio tienen una alta densidad de energía y un alto voltaje de salida promedio. La autodescarga es pequeña, menos del 10% por mes. No hay efecto memoria. Amplio rango de temperatura de trabajo para - 20 ℃ ~ 60 ℃. Excelente rendimiento de ciclo, carga y descarga rápidas, eficiencia de carga de hasta el 100% y gran potencia de salida. Larga vida útil. No hay contaminación ambiental y se llama batería verde.

Mecanismo de acción

La batería de iones de litio toma el material de carbono como polo negativo, toma el compuesto de litio como polo positivo, no tiene la existencia de litio metálico, solo tiene el ión de litio, esta es la batería de iones de litio. La batería de iones de litio es el término general de la batería con un compuesto incrustado de iones de litio como material de electrodo positivo. El proceso de carga y descarga de la batería de iones de litio es el proceso de incrustación y desembebido de iones de litio. En el proceso de incrustación y desbloqueo de iones de litio, se acompaña de incrustación y desbloqueo de electrones equivalentes con iones de litio (el polo positivo se denota convencionalmente por incrustación o desbloqueo, mientras que el polo negativo se denota por inserción o desbloqueo). En el proceso de carga y descarga, los iones de litio se insertan / eliminan y se insertan / eliminan entre los polos positivo y negativo, lo que se denomina vívidamente "batería de mecedora".

Cuando la batería está cargada, se forman iones de litio en el electrodo positivo de la batería y los iones de litio generados se mueven al electrodo negativo a través del electrolito. Como carbono negativo, tiene una estructura laminar y muchos microporos. Los iones de litio que llegan al electrodo negativo se incrustan en los microporos de la capa de carbono. Cuantos más iones de litio incorporados, mayor será la capacidad de carga. De manera similar, cuando la batería se descarga (el proceso mediante el cual usamos la batería), los iones de litio incrustados en la capa de carbono negativa escapan y regresan al electrodo positivo. Cuanto más iones de litio cargados positivamente, mayor es la capacidad de descarga.

Generalmente, la corriente de carga de la batería de litio se establece entre 0,2c y 1C. Cuanto mayor sea la corriente, más rápida será la carga y mayor será el calor de la batería. Además, se carga demasiada corriente, la capacidad no está llena, porque la reacción electroquímica interna de la batería necesita tiempo. Al igual que cuando se sirve cerveza, si se vierte demasiado rápido se producirá espuma, pero descontento.

Precauciones de uso (descarga)

Para las baterías, el uso normal es el proceso de descarga. La descarga de la batería de litio debe prestar atención a:

Primero, la corriente de descarga no debe ser demasiado grande. Una corriente excesiva provocará calor dentro de la batería, lo que puede provocar daños permanentes. Teléfono móvil, esto no es un problema, no se puede considerar.

Como puede verse en la figura de la derecha, cuanto mayor es la corriente de descarga, menor es la capacidad de descarga y más rápida es la caída de voltaje.

En segundo lugar, ¡nunca más de descarga! El almacenamiento interno de energía eléctrica en una batería de litio se basa en la electroquímica, que es un cambio químico reversible. Una descarga excesiva dará lugar a una reacción irreversible de este cambio químico. Por lo tanto, la batería de litio tiene más miedo a la descarga excesiva. Afortunadamente, la batería dentro del teléfono se ha instalado con un circuito de protección, el voltaje no es lo suficientemente bajo como para dañar la batería, el circuito de protección funcionará y dejará de descargarse.

Batería de iones de litio: es una batería secundaria (batería recargable), que se basa principalmente en iones de litio para moverse entre los polos positivo y negativo para funcionar. Durante la carga y descarga, Li + está incrustado y desconectado hacia adelante y hacia atrás entre los dos electrodos. Durante la carga, Li + se desconecta del polo positivo y se incrusta en el polo negativo a través del electrolito. La descarga es lo contrario.

Las baterías de litio se dividen en baterías de litio y baterías de iones de litio. Los teléfonos móviles y las computadoras portátiles utilizan baterías de iones de litio, comúnmente conocidas como baterías de iones de litio. Las baterías generalmente utilizan materiales que contienen litio como electrodos, que es el representante de las baterías modernas de alto rendimiento. Las verdaderas baterías de litio rara vez se utilizan en la electrónica diaria porque son peligrosas.

Las baterías de iones de litio fueron desarrolladas por primera vez en 1990 por SONY de Japón. Los iones de litio están incrustados en carbono (coque de petróleo y grafito) para formar un electrodo negativo. Se utilizan comúnmente materiales de ánodo como LixCoO2, LixNiO2 y LixMnO4, y electrolitos como LiPF6 + carbonato de dietileno (EC) + carbonato de dimetilo (DMC).

El coque de petróleo y el grafito como materiales de electrodo negativo no son tóxicos y los recursos son suficientes. El ion de litio incrustado en carbono supera la alta actividad del litio y resuelve los problemas de seguridad existentes en las baterías de litio tradicionales. El electrodo positivo LixCoO2 puede alcanzar un nivel más alto en el rendimiento de carga y descarga y vida útil, lo que reduce el costo. Se espera que las baterías de iones de litio tengan un gran mercado en el siglo XXI.

Durante la carga y descarga de baterías secundarias de iones de litio, la ecuación es LiCoO2 + C = li1-xcoo2 + LixC [1].

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