¿Cómo funciona la batería de iones de litio?

El material del cátodo de una batería de iones de litio generalmente consiste en un compuesto activo de litio y el ánodo es un carbono de una estructura molecular especial. El componente principal del material de electrodo positivo común es LiCoO2. Durante la carga, el potencial aplicado a los dos polos de la batería obliga al compuesto del electrodo positivo a liberar iones de litio y está incrustado en el carbono en el que las moléculas del electrodo negativo están dispuestas en una estructura de hoja. Durante la descarga, los iones de litio se precipitan del carbono de la estructura de la hoja y se recombinan con el compuesto del electrodo positivo. El movimiento de los iones de litio produce una corriente.

Aunque el principio de una reacción química es muy simple, en la producción industrial real, existen muchos problemas prácticos a considerar: el material del electrodo positivo necesita aditivos para mantener la actividad de carga y descarga múltiple, y el material del electrodo negativo debe diseñarse a nivel de estructura molecular. Contiene más iones de litio; el electrolito que se llena entre los electrodos positivo y negativo, además de mantener la estabilidad, también debe tener una buena conductividad y reducir la resistencia interna de la batería.

Aunque las baterías de iones de litio rara vez tienen el efecto memoria de las baterías de níquel-cadmio, el efecto memoria se cristaliza y la reacción es casi inexistente en las baterías de iones de litio. Sin embargo, la capacidad de las baterías de iones de litio seguirá disminuyendo después de repetidas cargas y descargas, y las razones son complejas y variadas. Desde la perspectiva del nivel molecular, la estructura que contiene iones de litio en el ánodo y el cátodo se colapsará gradualmente y se bloqueará. Desde el punto de vista químico, es la pasivación activa de los materiales positivos y negativos, se producen reacciones secundarias estables para generar otros compuestos. Las condiciones físicas, como el desprendimiento gradual del material del ánodo, eventualmente reducen la cantidad de iones de litio en la batería que pueden moverse libremente durante la carga y descarga.

La sobrecarga y la descarga excesiva causarán daños permanentes a los electrodos positivo y negativo de las baterías de iones de litio. Desde una perspectiva molecular, se puede entender intuitivamente que una descarga excesiva hará que el carbono del ánodo libere excesivamente iones de litio, provocando el colapso de la estructura laminar. La sobrecarga difícilmente conectará demasiado litio en la estructura de carbono negativa, y algunos de los iones de litio ya no se liberarán. Esta es la razón por la que las baterías de iones de litio suelen estar equipadas con un circuito de control de carga y descarga.

La temperatura inadecuada provocará que otras reacciones químicas dentro de la batería de iones de litio formen compuestos que no queremos ver, por lo que existen separadores protectores de temperatura controlada o aditivos de electrolitos entre los electrodos positivos y negativos de muchas baterías de iones de litio. Cuando la temperatura de la batería aumenta hasta cierto punto, la membrana compuesta se cierra o el electrolito se desnaturaliza, y la resistencia interna de la batería aumenta hasta que se rompe el circuito y la batería ya no se calienta para garantizar que el La temperatura de carga de la batería es normal.

¿Pueden la carga y descarga profundas aumentar la capacidad real de las baterías de iones de litio? El experto me dijo claramente que esto no tiene sentido. Incluso dijeron que la llamada "activación" de las tres primeras cargas completas y descarga también es innecesaria. Sin embargo, ¿por qué tanta gente cambia la capacidad indicada en la Información de la batería después de una carga profunda? Se mencionará más adelante.

Las baterías de iones de litio generalmente tienen un chip de administración y un chip de control de carga. El chip de gestión tiene una serie de registros, que contienen valores como capacidad, temperatura, ID, estado de carga y una serie de descargas. Estos valores cambiarán gradualmente durante el uso. Personalmente, creo que la función principal del "uso debe cargarse y descargarse completamente una vez al mes" en las instrucciones de uso debe ser corregir los valores incorrectos en estos registros, para que el control de carga de la batería y la capacidad nominal coincidan con la situación real. de la batería.

El chip de control de carga controla principalmente el proceso de carga de la batería. El proceso de carga de la batería de iones de litio se divide en dos etapas, la fase de carga rápida de corriente constante (cuando el indicador de la batería es amarillo) y la fase de disminución de la corriente de voltaje constante (la luz indicadora de la batería parpadea en verde. Durante la fase de carga rápida de corriente constante , el voltaje de la batería aumenta gradualmente. El voltaje estándar de la batería se transfiere a la etapa de voltaje constante debajo del chip de control, el voltaje ya no aumenta para garantizar que no se sobrecargue, y la corriente disminuye gradualmente a cero a medida que el la energía de la batería aumenta y la carga finalmente se completa.

El chip de estadísticas de electricidad puede calcular la potencia de la batería registrando la curva de descarga (voltaje, corriente, tiempo), que es el wh. el valor que leemos en Información de la batería. La batería de iones de litio cambiará su curva de descarga después de un uso repetido. Si el chip no tiene la posibilidad de volver a leer la curva de descarga completa, la potencia calculada no es precisa. Así que necesitamos cargar el chip a fondo para calibrar la batería.

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