מבוא לידע בסיסי של תאי סוללות ליתיום

1, הרכב תאי סוללות ליתיום

1ו חומר אלקטרודה חיובי: תרכובות ליתיום כמו תחמוצת ליתיום קובלט (LICOO ₂), תחמוצת ליתיום מנגן (LIMN ₂ O ₄), פוספט ליתיום ברזל (LIFEPO ₄) וחומרים טרנריים (Linixcoymnzo ₂) משמשים באופן נפוץ. לחומרי אלקטרודה חיוביים שונים יש מאפייני ביצועים שונים. לדוגמה, תחמוצת ליתיום קובלט בעלת צפיפות אנרגיה גבוהה אך בטיחות נמוכה יחסית, ואילו ליתיום ברזל פוספט יש בטיחות גבוהה ותוחלת חיים ארוכה אך צפיפות אנרגיה נמוכה יחסית.

2ו חומר אלקטרודה שלילי: בדרך כלל עשוי מחומרי פחמן כמו גרפיט, תפקידו לאחסן יוני ליתיום במהלך טעינה ושחרור יוני ליתיום במהלך הפריקה. חומרי אלקטרודה שליליים כוללים גם מיקרוספרות פחמן שלב ביניים, ליתיום טיטנאט וכו '.

3ו דיאפרגמה: סרט פולימר נקבובי המשמש לבידוד אלקטרודות חיוביות ושליליות, מונע מעגלים קצרים ומאפשר ליוני ליתיום לעבור. החומר של הסרעפת הוא בדרך כלל קרום נקבובי פוליולפין.

4ו אלקטרוליט: המורכב בעיקר ממלחי ליתיום (כמו ליתיום hexafluorophosphate Lipf ₆) וממסים אורגניים, האחראים לניהול יוני ליתיום בין האלקטרודות החיוביות והשליליות. האלקטרוליט יכול להיות נוזלי או ג'ל.

5ו מעטפת: מעטפת הסוללה יכולה להיות עשויה מפלדה, אלומיניום, ברזל מצופה ניקל או סרט אלומיניום-פלסטיק. הקליפה כוללת גם כובע לסוללה המשמשת כמוצא לאלקטרודות החיוביות והשליליות.

 

2, העיקרון העובד של תאי סוללות ליתיום

במהלך הטעינה משתחררים יוני ליתיום מחומר האלקטרודה החיובי, עוברים דרך האלקטרוליט דרך המפריד ומוטמעים בחומר האלקטרודה השלילי; במהלך הפריקה, יוני ליתיום משתחררים מחומר האלקטרודה השלילי, עוברים דרך האלקטרוליט דרך המפריד וחוזרים לחומר האלקטרודה החיובי, ומייצרים זרם בתהליך זה.

 

3, סיווג תאי סוללות ליתיום

 

1ו מסווג לפי מראה: סוללת ליתיום מרובעת, סוללת ליתיום גלילית, סוללת ליתיום אריזה רכה;

2ו מסווג על ידי חומרי מיקור חוץ: סוללות ליתיום אלומיניום מעטפת אלומיניום, סוללות ליתיום מעטפת פלדה וסוללות אריזה רכות;

3ו מסווג על ידי חומר אלקטרודה חיובי: תחמוצת ליתיום קובלט (LICOO2), תחמוצת ליתיום מנגן (LIMN2O4), ליתיום טרנרי (linixcoymnzo2), פוספט ליתיום ברזל (LifePO4);

4ו מסווג על ידי מצב אלקטרוליט: סוללות ליתיום-יון (LIB) וסוללות פולימריות (PLB);

5ו מסווג לפי מטרה: סוללות רגילות וסוללות כוח.

6ו מסווג לפי מאפייני ביצועים: סוללות בעלות קיבולת גבוהה, סוללות קצב גבוה, סוללות בטמפרטורה גבוהה, סוללות בטמפרטורה נמוכה וכו '

 

4, מאפייני תאי סוללות ליתיום

1. צפיפות אנרגיה גבוהה: תאי סוללות ליתיום יכולים לאחסן יותר אנרגיה, ומאפשרים לסוללות ליתיום פלט אנרגיה גבוה יותר מאשר סוגים אחרים של סוללות באותו נפח או משקל זהה.

2. חיי מחזור ארוכים: לאחר מחזורי מטען ופריקה מרובים, הם עדיין יכולים לשמור על ביצועים טובים, ובדרך כלל להגיע למאות או אפילו אלפי מחזורים.

3. קצב פריקה עצמית נמוכה: כאשר אינו בשימוש, מהירות הפריקה העצמית היא איטית ויכולה לשמור על כוח למשך זמן רב.

4. הגנה על הסביבה: היא אינה מכילה מתכות כבדות כמו כספית וקדמיום, והיא ידידותית יחסית לסביבה.

 

5, הסבר על מונחים נפוצים

1. קיבולת

מתייחס לכמות החשמל שניתן להשיג מליתיום בסוללה בתנאי פריקה מסוימים. הנוסחה לקיבולת הסוללה היא q=i * t, נמדד בקולומבים. יחידת הקיבולת של סוללה מוגדרת כ- AH (Ampere Hour) או MAH (שעת מיליאמפרה), מה שאומר שניתן לשחרר סוללת 1AH למשך שעה עם זרם של 1A כאשר הוא טעון במלואו.

בעבר, הסוללה של הטלפונים הישנים של נוקיה (כמו BL -5 C) הייתה בדרך כלל 500mAh. בימינו, סוללת הסמארטפונים היא 800-1900 mah, אופניים חשמליים הם בדרך כלל 10-20 AH, ומכוניות חשמליות הן בדרך כלל 20-200 AH.

2. קצב מטען/קצב פריקה

זה מייצג את כמות הזרם המשמש לטעינה ופריקה, המחושבת בדרך כלל כמכפיל של הקיבולת הנומינלית של הסוללה, המכונה בדרך כלל מספר מעלות צלזיוס. עבור סוללה עם קיבולת של 15 0 0mah, 1C מוגדר כ- 1500mAh. אם הוא משוחרר ב- 2C, הוא משוחרר עם זרם של 3000mA, והוא טעון ומוזרם ב- 0.1C, הוא טעון ומוזרם בזרם של 150mA.

3. מתח (OCV: מתח מעגל פתוח)

מתח הסוללה מתייחס בדרך כלל למתח הנומינלי (המכונה גם המתח המדורג) של סוללת ליתיום. המתח הנומינלי של סוללת ליתיום רגילה הוא בדרך כלל 3.7 וולט, ואנחנו מתייחסים גם לרמת המתח שלה כ- 3.7V.

כאשר לסוללה יש קיבולת של 20 ~ 80%, המתח מרוכז בסביבות 3.7 וולט (3.6 ~ 3.9 וולט), ואם הקיבולת גבוהה מדי או נמוכה מדי, המתח משתנה מאוד.

4. אנרגיה/כוח

האנרגיה (ה) שסוללה יכולה לשחרר בעת משוחררת בסטנדרט מסוים נמדדת ב- WH (שעות וואט) או קוט"ש (שעות קילוואט), עם 1 קוט"ש =1 קוט"ש.

E=u*i*t, זה גם שווה להכפלת מתח הסוללה על ידי קיבולת הסוללה

הנוסחה לכוח היא, p=u*i=e/t, מציין את כמות האנרגיה שניתן לשחרר בכל זמן יחידה. היחידה היא W (וואטס) או KW (קילוואט). לסוללה עם קיבולת של 1500mAh בדרך כלל יש מתח נומינלי של 3.7 וולט, המתאים לאנרגיה של 5.55 וואט.

5. התנגדות

בשל העובדה כי טעינה ושחרור לא יכולים להיות שקולים למקור כוח אידיאלי, קיימת התנגדות פנימית מסוימת. התנגדות פנימית צורכת אנרגיה, כמובן, ככל שההתנגדות הפנימית קטנה יותר, כך ייטב.

יחידת ההתנגדות הפנימית של הסוללה היא Milliohms (M ω).

ההתנגדות הפנימית של סוללה טיפוסית מורכבת מהתנגדות אוהם ועמידות בפני קיטוב, ועוצמת ההתנגדות הפנימית מושפעת מחומר, תהליך הייצור ומבנה הסוללה.

6. חיי מחזור

טעינה ופריקה של סוללה פעם נקראת מחזור, וחיי המחזור הם מחוון חשוב למדידת ביצועי חיי הסוללה.

תקן IEC קובע כי יש לשחרר סוללות ליתיום טלפוניות ניידות מ- {{0}}. 2C עד 3.0 וולט ונטען מ- 1C ל- 4.2V. לאחר 500 מחזורים, יש לשמור על קיבולת הסוללה על 60% או יותר מהקיבולת הראשונית. כלומר, חיי המחזור של סוללות ליתיום הם 500 פעמים.

על פי התקן הלאומי, לאחר חיי מחזור של 300 פעמים, יש לשמור על הקיבולת על 70% מהיכולת הראשונית. אם קיבולת הסוללה היא פחות מ- 60% מהקיבולת הראשונית, היא בדרך כלל נחשבת להיגרד.

7. עומק השחרור (DOD)

מוגדר כאחוז הקיבולת ששוחרר על ידי הסוללה לקיבולת המדורגת.

ככל שעומק הפריקה של סוללות ליתיום עמוקות יותר, חיי הסוללה קצרים יותר.

8. חתוך מתח

מתח הסיום מחולק למתח סיום טעינה ומתח סיום פריקה, שמשמעותו המתח בו הסוללה לא יכולה להמשיך להטעין או לפרוק. המשך להטעין או פריקה במתח הסיום משפיע משמעותית על אורך החיים של הסוללה.

מתח סיום הטעינה של סוללות ליתיום הוא בדרך כלל 4.2 וולט, ומתח הפסקת הפרשות הוא 3. 0 v.

טעינה עמוקה או פריקה של סוללות ליתיום מעבר למתח הסיום אסורה בהחלט.

9. קצב פריקה עצמית

הקצב בו קיבולת הסוללה פוחתת במהלך האחסון, המתבטאת כאחוז מהירידה בקיבולת ליחידת זמן.

קצב הפריקה העצמית של סוללת ליתיום טיפוסית הוא 2% עד 9% לחודש.

10. SOC (מצב תשלום)

מתייחס לאחוז כוח הסוללה שנותר לכמות ההספק הכוללת שניתן לשחרר, נע בין 0 ל 100%. משקפים את רמת הסוללה שנותרה.

 

6, שמות כנס לסוללות

ליצרנים שונים יש מוסכמות שמות שונות, אך סוללות אוניברסליות עוקבות אחר תקן אחיד, וגודל הסוללה יכול להיקבע לפי שמו.

על פי IEC 61960, הכללים לסוללות גליליות ומרובעות הם כדלקמן:

1. סוללה גלילית

3 אותיות ואחריהן 5 מספרים.

שלוש אותיות, האות הראשונה מייצגת את חומר האלקטרודה השלילי, אני מייצג את נוכחותם של יוני ליתיום מובנים, ו- L מייצג את האלקטרודה ליתיום מתכת או סגסוגת ליתיום; האות השנייה מייצגת את חומר האלקטרודה החיובי, C מייצג את קובלט, N מייצג ניקל, M מייצג מנגן ו- V מייצג את ונדיום; האות השלישית, R, מייצגת צורה גלילית.

5 ספרות, שתי הספרות הראשונות מייצגות קוטר ושלוש הספרות האחרונות מייצגות גובה, והכל במילימטרים.

2. סוללה מרובעת

3 אותיות ואחריהן 6 מספרים.

שלוש אותיות, האות הראשונה מייצגת את חומר האלקטרודה השלילי, אני מייצג את נוכחותם של יוני ליתיום מובנים, ו- L מייצג את האלקטרודה ליתיום מתכת או סגסוגת ליתיום; האות השנייה מייצגת את חומר האלקטרודה החיובי, C מייצג את קובלט, N מייצג ניקל, M מייצג מנגן ו- V מייצג את ונדיום; האות השלישית P מייצגת ריבוע.

6 ספרות, שתי הספרות הראשונות מייצגות עובי, 2 הספרות האמצעיות מייצגות רוחב, ושתי הספרות האחרונות מייצגות גובה (אורך), והכל במילימטרים.

לדוגמה, ICR 18650 הוא סוללה גלילית אוניברסלית בקוטר 18 מ"מ וגובה של 65 מ"מ; ICP 053353 הוא סוללה מרובעת בעובי 5 מ"מ, רוחב של 33 מ"מ וגובה (אורך) של 53 מ"מ.