Einführung in das Prinzip, die Leistung und die Anwendung von Lithiumbatterien

Eine Lithiumbatterie ist eine Art Batterie, die ein Lithiummetall oder eine Lithiumlegierung als negatives Elektrodenmaterial und eine nichtwässrige Elektrolytlösung verwendet. Die früheste Lithiumbatterie stammte aus dem großen Erfinder Edison unter Verwendung der folgenden Reaktion: li + mno2 = limno2 Die Reaktion ist eine Redoxreaktion, Entladung. Aufgrund der sehr aktiven chemischen Eigenschaften von Lithiummetall sind die Verarbeitung, Lagerung und Verwendung von Lithiummetall sehr anspruchsvoll in der Umwelt. Daher wurden Lithiumbatterien seit langem nicht mehr verwendet. Jetzt sind Lithiumbatterien zum Mainstream geworden.

Lithiumbatteriematerial

Die Lithium -Batterie -Anodenmaterialien sind grob in die folgenden Typen unterteilt:

Das erste ist Kohlenstoffanodenmaterial:

Gegenwärtig sind die für Lithiumionenbatterien verwendeten Anodenmaterialien im Grunde genommen Kohlenstoffmaterialien wie künstliches Graphit, natürlicher Graphit, Mesokohlenstoffmikrokugeln, Erdölkoks, Kohlenstofffasern, Pyrolyseharzkohlenstoff und dergleichen.

Das zweite ist Zinnbasis-Anodenmaterial:

Anodenmaterialien auf Zinnbasis können in Zinnoxide und Verbundoxide auf Zinnbasis eingeteilt werden. Oxid bezieht sich auf ein Oxid verschiedener Valenzmetalldocken. Derzeit gibt es keine kommerziellen Produkte.

Der dritte Typ ist ein lithiumhaltiges Übergangsmetallnitrid-Anodenmaterial, und es gibt derzeit keine kommerziellen Produkte.

Der vierte Typ ist Leichtmetallanodenmaterial:

Dazu gehören Alloys, Legierungen mit Basis von Zinnbasis, Aluminiumbasis, Aluminium-Legierungen, Wismut-Legierungen, Legierungen auf Wismut, Legierungen auf Aluminium, Legierungen auf der Basis von Magnesium und andere Legierungen, es gibt derzeit keine kommerziellen Produkte.

Der fünfte Typ ist ein Anodenmaterial im Nano-Maßstab: Kohlenstoffnanoröhren, Nano-Alloy-Materialien.

Das sechste Nanomaterial ist Nano-Oxid-Material: Derzeit haben Hefei Xiangzheng Chemical Technology Co., Ltd., basierend auf der neuesten Entwicklung der Marktentwicklung der neuen Energieindustrie von Lithiumbatterien im Jahr 2009 haben viele Unternehmen begonnen, Nano-Titanoxid und Nano zu verwenden Siliziumoxid, um den traditionellen Graphit-, Zinnoxid- und Kohlenstoffnanoröhren zu erweitern, erhöhen die Ladungs- und Entladungsmenge und die Anzahl der Ladungs- und Entladungszyklen von Lithiumbatterien erheblich.

Die Hauptvorteile von Lithium-Ionen-Batterien

1. Das Energieverhältnis ist relativ hoch. Mit hoher Speicherergiedichte erreichte es 460-600WH/kg, was etwa 6-7 Mal Bleibatterie entspricht.

2, lange Lebensdauer, die Lebensdauer kann mehr als 6 Jahre erreichen, Lithium -Eisenphosphat ist die positive Batterie 1C (100% DOD) Ladung und Entladung. Es gibt Aufzeichnungen, die 10.000 Mal verwendet werden können.

3 Die Nennspannung ist hoch (die einzelne Arbeitsspannung beträgt 3,7 V oder 3,2 V), was der Serienspannung von 3 Nickel-Cadmium- oder Nickel-Wasserstoff-wiederaufladbarer Batterien entspricht, was für die Bildung eines Batteriepacks bequem ist.

4, mit hoher Leistungskapazität, die Lithium-Eisen-Phosphat-Lithium-Ionen-Batterie für Elektrofahrzeuge 15-30 ° C Ladung und Entladungskapazität erzielen kann, leicht zu starten, um die Beschleunigung mit hoher Intensität zu starten.

5, die Selbstentladungsrate ist sehr niedrig, was einer der herausragendsten Vorteile der Batterie ist, kann derzeit in der Regel 1% / Monat oder weniger, weniger als 1 /20 Nickel-Wasserstoff-Batterie betragen.

6, geringes Gewicht, das Gewicht des gleichen Volumens beträgt etwa 1/5-6 Blei-Säure-Produkte;

7, hohe Temperatur und niedrige Anpassungsfähigkeit können in der Umgebung von -20 ° C -60 ° C nach dem Verarbeitungsprozess in -45 ° C verwendet werden.

8. Grüner und Umweltschutz, unabhängig davon, ob es erzeugt, verwendet oder verschrottet wird, enthält keine giftigen und schädlichen Schwermetallelemente und Substanzen wie Blei, Quecksilber und Cadmium.

9. Die Produktion verbraucht im Grunde kein Wasser, was für China, dem Wasser fehlt, sehr vorteilhaft ist.

Spezifische Energie bezieht sich auf die Energie pro Gewicht des Einheitseinheit oder das Einheitsvolumen. Die spezifische Energie wird in WH/kg oder wh/l ausgedrückt. WH ist die Energieeinheit, w ist Watt, H ist Stunde; KG ist Kilogramm (Gewichtseinheit) und L ist Liter (Volumeneinheit).

Nachteile von Lithiumbatterien

1. Lithium -Primärbatterien sind in schlechter Sicherheit und es besteht die Gefahr der Explosion.

2. Die Lithium -Ionen -Batterie von Lithium -Kobaltoxid kann bei einem großen Strom nicht entladen, und die Sicherheit ist schlecht.

3, Lithium-Ionen-Batterien müssen die Linie schützen, um zu verhindern, dass die Batterie überladen und entladen wird.

4. hohe Produktionsanforderungen und hohe Kosten.

Merkmale der Lithiumbatterie

1, hohe Energiedichte

Das Gewicht einer Lithium-Ionen-Batterie beträgt die Hälfte einer Nickel-Cadmium- oder Nickel-Wasserstoff-Batterie der gleichen Kapazität, und das Volumen beträgt 20-30% des Nickel-Cadmiums und 35-50% des Nickelhydrogens.

2, Hochspannung

Eine Lithium-Ionen-Batteriezelle arbeitet bei 3,7 V (Durchschnitt), was drei Nickel-Cadmium- oder Nickel-Hydrogen-Batterien entspricht, die in Reihe angeschlossen sind.

3, keine Umweltverschmutzung

Lithium-Ionen-Batterien enthalten keine schädlichen Metallsubstanzen wie Cadmium, Blei und Quecksilber.

4, kein Metall -Lithium

Lithium-Ionen-Batterien enthalten kein Lithiummetall und unterliegen daher nicht den Einschränkungen, die durch Flugzeuge im Verbot des Tragens von Lithiumbatterien in Passagierflugzeugen auferlegt werden.

5, Lebensdauer mit hohem Zyklus

Unter normalen Bedingungen können der Ladungs- und Entladungszyklus einer Lithiumionenbatterie das 500 -fache überschreiten, und Lithium -Eisenphosphat (im Folgenden als Ferrophosphor) können das 2000 -fache erreichen.

6, kein Gedächtniseffekt

Der Speichereffekt bezieht sich auf das Phänomen, dass die Kapazität der Batterie während des Ladungs- und Entlastungszyklus der Nickel-Cadmium-Batterie abnimmt. Lithium-Ionen-Batterien haben diesen Effekt nicht.

7, schnelles Laden

Unter Verwendung eines konstanten Strömungsspannungsladegeräts mit einer Nennspannung von 4,2 V kann die Lithium-Ionen-Batterie in 1,5-2,5 Stunden vollständig aufgeladen werden. und die neu entwickelte Ferrophosphor -Lithiumbatterie kann in 35 Minuten vollständig aufgeladen werden.

Anwendung von Lithiumbatterien

Mit der Entwicklung der Mikroelektronik -Technologie im 20. Jahrhundert nimmt die Anzahl der miniaturisierten Geräte zu und hohe Anforderungen an Stromversorgungen. Lithiumbatterien sind in eine groß angelegte praktische Bühne eingetreten.

Der früheste aufgetragene Lithium -Primärbatterie wurde in Herzschrittmachern verwendet. Da die Selbstentladungsrate der Lithium-Sub-Batterie extrem niedrig ist, ist die Entladungsspannung sehr sanft. Es ermöglicht es, den Herzschrittmacher für lange Zeit in den menschlichen Körper zu implantieren.

Lithium-manganische Batterien haben im Allgemeinen eine nominale Spannung über 3,0 Volt und eignen sich besser für die Verwendung integrierter Schaltkreisversorgungen und sind in Computern, Taschenrechnern und Uhren häufig verwendet.

Heutzutage werden Lithium-Ionen-Batterien in Mobiltelefonen, Notebook-Computern, Elektrowerkzeugen, Elektrofahrzeugen, Backup-Stromversorgungen, Navigationslichtern und kleinen Haushaltsgeräten häufig eingesetzt. Es kann gesagt werden, dass es die größte Anwendungsgruppe ist.

Entwicklungsaussichten von Lithiumbatterien

Lithiumbatterien werden häufig in Energiespeicheranlagen wie Wasserkraft, Feuerkraft, Windkraft und Solarkraftwerken , ununterbrochen und viele andere Felder.

Lithium-Ionen-Batterien wurden aufgrund ihrer einzigartigen Leistungsvorteile häufig in tragbaren Geräten wie Laptops, Camcorder und Mobilfunkkommunikation eingesetzt. Die derzeit entwickelte Lithium-Ionen-Batterie mit großer Kapazität wurde in Elektrofahrzeugen untersucht und wird voraussichtlich im 21. Jahrhundert zu einer der Hauptstromquellen für Elektrofahrzeuge werden und in Satelliten, Luft- und Raumfahrt und Energiespeicher eingesetzt werden. Mit dem Energiemangel und dem Druck auf den Umweltschutz der Welt. Die Lithiumbatterie ist in der Branche der Elektrofahrzeuge inzwischen weit verbreitet, insbesondere in der Entstehung von Lithium -Eisen -Phosphat -Batterie, die die Entwicklung und Anwendung der Lithiumbatterieindustrie fördert.