باتری لیتیومی: نمای کلی، توضیحات، انواع، تولید کنندگان و بررسی ها. دستگاه، عملکرد و ویژگی های باتری های لیتیوم یونی

در این زمان، باتری‌های لیتیوم یون و باتری‌های لیتیوم پلیمری (لیتیوم پلیمری) رواج دارند.

تفاوت بین آنها در الکترولیت است. در نسخه اول، هلیوم به عنوان آن، در نسخه دوم، یک پلیمر اشباع شده با محلول حاوی لیتیوم استفاده می شود. امروزه با توجه به محبوبیت خودروهای دارای موتور الکتریکی، مسئله یافتن نوع ایده آل باتری لیتیوم یونی که برای چنین وسیله نقلیه ای بهینه باشد، حاد است.

این باتری مانند سایر باتری ها از یک آند (کربن متخلخل) و یک کاتد (لیتیوم)، یک جداکننده جداکننده آنها و یک رسانای الکترولیت تشکیل شده است. فرآیند تخلیه با انتقال یون های "آند" به کاتد از طریق جداکننده و الکترولیت همراه است. جهت آنها در هنگام شارژ برعکس می شود (تصویر زیر).

یون ها در فرآیند تخلیه و شارژ سلول بین الکترودهای دارای بار مخالف در گردش هستند.

باتری های یونی دارای کاتدی هستند که از فلزات مختلف ساخته شده است که تفاوت اصلی آنهاست. سازندگان با استفاده از مواد مختلف برای الکترودها، ویژگی های باتری ها را بهبود می بخشند.

اما، اتفاق می افتد که بهبود برخی از ویژگی ها منجر به زوال شدید در برخی دیگر می شود. به عنوان مثال، با بهینه سازی ظرفیت مورد نیاز برای افزایش زمان سفر، می توانید قدرت، ایمنی را افزایش دهید و تاثیرات زیست محیطی خود را کاهش دهید. در عین حال، می توانید جریان بار را کاهش دهید، هزینه یا اندازه باتری را افزایش دهید.

در جدول می توانید با پارامترهای اصلی انواع باتری های لیتیومی (لیتیوم-منگنز، لیتیوم- کبالت، لیتیوم- فسفات و نیکل- منگنز- کبالت) آشنا شوید:

قوانین برای استفاده کنندگان از حمل و نقل الکتریکی

ظرفیت چنین باتری هایی در طول ذخیره سازی طولانی مدت عملا کاهش نمی یابد. باتری های لیتیوم یونی اگر به مدت 15 سال در دمای 60 درجه نگهداری شوند تنها 23 درصد تخلیه می شوند. به دلیل این ویژگی ها است که به طور گسترده در فناوری های حمل و نقل الکتریکی استفاده می شود.

باتری های لیتیوم یونی برای خودروهای الکتریکی مناسب هستند که دارای سیستم کنترل کاملی در بدنه هستند.

به همین دلیل، کاربران در حین کار قوانین اساسی را فراموش می کنند که می تواند عمر سرویس خود را افزایش دهد:

• باتری باید بلافاصله پس از خرید در فروشگاه کاملاً شارژ شود، زیرا الکترودها در طول فرآیند تولید 50٪ شارژ می شوند. بنابراین، ظرفیت موجود کاهش می یابد، یعنی. زمان کار در صورت عدم شارژ اولیه؛
• برای صرفه جویی در منابع، نباید اجازه داد باتری کاملاً تخلیه شود.
• لازم است پس از هر خروج باتری، حتی اگر شارژ باقی مانده باشد، باتری را شارژ کنید.
• باتری ها را گرم نکنید زیرا دمای بالا به روند پیری کمک می کند. برای استفاده هر چه بیشتر از منبع، لازم است در دمای بهینه که 20-25 درجه است، کار کنید. بنابراین، باتری را نمی توان در نزدیکی منبع گرما ذخیره کرد.
• در هوای سرد، توصیه می شود باتری را در یک کیسه پلاستیکی با قفل خلاء بپیچید تا در دمای 3-4 درجه نگهداری شود، یعنی. در یک اتاق گرم نشده شارژ باید حداقل 50 درصد کامل باشد.
• پس از اینکه باتری در دمای پایین کار کرد، نمی توان آن را بدون نگه داشتن آن برای مدتی در دمای اتاق شارژ کرد، یعنی باید گرم شود.
• باید باتری را با شارژر ارائه شده به همراه کیت شارژ کنید.

PU این باتری ها دارای چندین زیرگونه - لیتیوم - LiFePO4 (آهن - فسفات) با استفاده از کاتد فسفات آهن است. ویژگی های آنها به ما این امکان را می دهد که در مورد باتری ها به عنوان اوج فناوری مورد استفاده برای تولید باتری صحبت کنیم.

مزایای اصلی آنها عبارتند از:

• تعداد چرخه های شارژ-دشارژ که تا لحظه ای که ظرفیت 20٪ کاهش می یابد به 5000 می رسد.
• عمر طولانی؛
• از دست رفته "اثر حافظه"؛
• محدوده دمایی گسترده با عملکرد بدون تغییر (300-700 درجه سانتیگراد)؛
• پایداری شیمیایی و حرارتی که ایمنی را افزایش می دهد.

پر مصرف ترین باتری ها

در میان بسیاری از آنها، رایج ترین باتری های لیتیوم یونی 18650 تولید شده توسط پنج شرکت است: ال جی، سونی، پاناسونیک، سامسونگ، سانیو، که کارخانه های آنها در ژاپن، چین، مالزی و کره جنوبی واقع شده اند. برنامه ریزی شده بود که باتری های لی یون 18650 در لپ تاپ ها استفاده شود. اما به دلیل فرمت موفق، در مدل های رادیویی، خودروهای الکتریکی، فانوس ها و غیره استفاده می شود.

مانند هر محصول باکیفیتی، چنین باتری هایی تقلبی زیادی دارند، بنابراین برای افزایش عمر دستگاه، فقط باید باتری هایی از برندهای معروف خریداری کنید.

باتری های لیتیوم یون محافظت شده و محافظت نشده

همچنین برای باتری های لیتیومی مهم است که آیا آنها محافظت می شوند یا خیر. محدوده عملکرد اولی 4.2-2.5 ولت است (مورد استفاده در دستگاه هایی که برای کار با منابع لیتیوم یون طراحی شده اند): چراغ های LED، لوازم خانگی کم مصرف و غیره.

در ابزار برقی، دوچرخه با موتور الکتریکی، لپ تاپ، تجهیزات ویدئویی و عکس، باتری های محافظت نشده استفاده می شود که توسط کنترل کننده کنترل می شود.

آنچه باید در مورد باتری های لیتیوم یون بدانید؟

اول از همه، محدودیت هایی که در حین کار باید رعایت شود:

• ولتاژ شارژ مجدد (حداکثر) نمی تواند بیشتر از 4.35 ولت باشد.
• حداقل مقدار آن نمی تواند کمتر از 2.3 ولت باشد.
• جریان تخلیه نباید بیش از دو برابر مقدار ظرفیت خازن باشد. اگر مقدار دومی 2200 میلی آمپر باشد، حداکثر جریان 4400 میلی آمپر است.

عملکردهایی که توسط کنترلر انجام می شود

چرا به کنترلر شارژ باتری لیتیوم یونی نیاز دارید؟ چندین عملکرد را انجام می دهد:

• جریانی را تامین می کند که تخلیه خود را جبران می کند. مقدار آن کمتر از حداکثر جریان شارژ، اما بیشتر از جریان خود تخلیه است.
• یک الگوریتم چرخه شارژ / دشارژ کارآمد را برای یک باتری خاص پیاده سازی می کند.
• تفاوت در جریان انرژی را در هنگام شارژ و تامین انرژی مصرف کننده جبران می کند. به عنوان مثال، هنگام شارژ و روشن کردن یک لپ تاپ؛
• دما را در هنگام گرم شدن بیش از حد یا هیپوترمی اندازه گیری می کند و از آسیب به باتری جلوگیری می کند.

یک کنترل کننده شارژ باتری لیتیوم یونی یا به شکل یک ریزمدار تعبیه شده در باتری یا به عنوان یک دستگاه جداگانه ساخته می شود.

برای شارژ باتری ها بهتر است از شارژر استاندارد باتری های لیتیوم یونی 18650 عرضه شده در کیت استفاده کنید. شارژر باتری های لیتیومی 18650 معمولاً دارای نشانگر میزان شارژ است. بیشتر اوقات این یک LED است که زمان شارژ و پایان آن را نشان می دهد.

در دستگاه های پیشرفته تر، می توانید زمان باقی مانده تا پایان شارژ، ولتاژ فعلی نمایشگر را ردیابی کنید. برای یک باتری 18650 با ظرفیت 2200 میلی آمپر، مدت زمان شارژ 2 ساعت است.

اما، مهم است که بدانید چگونه یک باتری لیتیوم یون 18650 را با چه جریانی شارژ کنید. باید نصف ظرفیت اسمی باشد، یعنی اگر 2000 میلی آمپر ساعت باشد، جریان بهینه 1 آمپر است. با شارژ باتری با جریان بالا، تخریب آن به سرعت شروع می شود. هنگام استفاده از جریان کم، زمان بیشتری طول می کشد.

ویدئو: چگونه یک شارژر باتری لیتیوم یونی را با دستان خود شارژ کنید

طرح یک دستگاه برای شارژ باتری

به نظر می رسد این است:

مدار با قابلیت اطمینان و تکرارپذیری متمایز است و قطعات ورودی ارزان و به راحتی در دسترس هستند. برای افزایش عمر باتری، شارژ مناسب باتری های لیتیوم یون مورد نیاز است: تا پایان شارژ، ولتاژ باید کاهش یابد.

پس از اتمام آن، یعنی. هنگامی که جریان به صفر می رسد، شارژ باتری لیتیوم یون باید متوقف شود. مدار فوق این الزامات را برآورده می کند: یک باتری تخلیه شده متصل به شارژر (VD3 روشن می شود) از جریان 300 میلی آمپر استفاده می کند.

روند در حال انجام توسط LED در حال سوختن VD1 نشان داده می شود. کاهش تدریجی جریان به 30 میلی آمپر نشان می دهد که باتری در حال شارژ شدن است. پایان فرآیند توسط چراغ LED روشن VD2 نشان داده می شود.

این مدار از یک تقویت کننده عملیاتی LM358N (می توانید آن را با یک آنالوگ KR1040UD1 یا KR574UD2 که آرایش پین متفاوتی دارد) و همچنین یک ترانزیستور VT1 S8550 9 LED زرد، قرمز و سبز (1.5 ولت) جایگزین کنید.

آیا می توان باتری را احیا کرد؟

پس از چند سال استفاده فعال، باتری ها به طور فاجعه بار ظرفیت خود را از دست می دهند و در هنگام استفاده از دستگاه مورد علاقه شما مشکلاتی ایجاد می کنند. آیا می توان و چگونه می توان باتری لیتیوم یونی را در حالی که کاربر به دنبال جایگزینی آن است بازیابی کرد؟

بازیابی باتری لیتیوم یونی به روش های مختلفی امکان پذیر است.

اگر باتری متورم شده باشد، یعنی. نگه داشتن شارژ متوقف شد، به این معنی که گازها در داخل انباشته شده اند.

سپس به صورت زیر عمل کنید:

• جعبه باتری با دقت از سنسور جدا شده است.
• جداسازی سنسور الکترونیکی؛
• یک کلاه با کنترل الکترونیکی زیر آن پیدا کنید و با سوزن آن را با دقت سوراخ کنید.
• سپس، آنها یک جسم تخت سنگین، بزرگتر از مساحت باتری را پیدا می کنند، که به عنوان پرس استفاده می شود (از معاون و وسایل مشابه استفاده نکنید).
• باتری را روی یک صفحه افقی قرار دهید و با فشار به پایین فشار دهید، به یاد داشته باشید که باتری ممکن است با اعمال نیروی بیش از حد آسیب ببیند. اگر کافی نباشد، ممکن است نتیجه حاصل نشود. این مهم ترین لحظه است.
• باقی مانده است که اپوکسی را روی سوراخ چکه کرده و سنسور را لحیم کنید.

راه های دیگری نیز وجود دارد که می توانید در مورد آنها در اینترنت مطالعه کنید.

می توانید شارژر را در سایت انتخاب کنید http://18650.in.ua/chargers/.

ویدئو: باتری های لیتیوم یون، نکاتی برای استفاده از باتری های لیتیوم یونی

عنصر کلیدی تحرک دستگاه های الکترونیکی باتری قابل شارژ (ACB) است. تقاضاهای رو به رشد برای اطمینان از طولانی ترین استقلال آنها، تحقیقات مستمر در این زمینه را تحریک می کند و منجر به ظهور راه حل های فن آوری جدید می شود.

باتری‌های نیکل-کادمیم (Ni-Cd) و نیکل-فلز هیدرید (Ni-MH) که به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، اکنون یک جایگزین دارند - ابتدا باتری‌های لیتیومی و سپس باتری‌های پیشرفته‌تر لیتیوم یون (Li-ion).

تاریخچه ظهور

اولین چنین باتری ها در دهه 70 ظاهر شد. قرن آخر. آنها بلافاصله به دلیل ویژگی های پیشرفته تر تقاضا را به دست آوردند. آند عناصر از لیتیوم فلزی ساخته شده بود که خواص آن باعث افزایش انرژی ویژه می شد. اینگونه بود که باتری های لیتیومی متولد شدند.

باتری های جدید یک اشکال قابل توجه داشتند - افزایش خطر انفجار و احتراق. دلیل آن در تشکیل یک فیلم لیتیوم بر روی سطح الکترود بود که منجر به نقض ثبات دما شد. در لحظه حداکثر بار، باتری ممکن است منفجر شود.

اصلاح این فناوری منجر به کنار گذاشتن لیتیوم خالص در اجزای باتری به نفع استفاده از یون های دارای بار مثبت آن شده است. باتری لیتیوم یونی راه حل خوبی بود.

این نوع باتری یونی با ایمنی بالاتر مشخص می شود که با کاهش جزئی چگالی انرژی به دست می آید، اما پیشرفت تکنولوژیکی ثابت این امکان را فراهم کرده است که تلفات در این شاخص به حداقل برسد.

دستگاه

معرفی باتری‌های لیتیوم یونی به صنعت لوازم الکترونیکی مصرفی پس از توسعه باتری با کاتد ماده کربنی (گرافیت) و آند اکسید کبالت، پیشرفتی را به دست آورد.

در فرآیند تخلیه باتری، یون‌های لیتیوم از مواد کاتد حذف می‌شوند و در اکسید کبالت الکترود مقابل قرار می‌گیرند؛ هنگام شارژ، فرآیند در جهت مخالف پیش می‌رود. بنابراین، یون های لیتیوم یک جریان الکتریکی ایجاد می کنند و از یک الکترود به الکترود دیگر حرکت می کنند.

باتری های Li-Ion در دو نوع استوانه ای و منشوری تولید می شوند. در یک ساختار استوانه ای، دو نوار از الکترودهای مسطح که توسط یک ماده آغشته به الکترولیت از هم جدا شده اند، رول شده و در یک محفظه فلزی مهر و موم شده قرار می گیرند. مواد کاتد روی فویل آلومینیومی و مواد آند روی فویل مسی رسوب می‌کنند.

طراحی باتری منشوری با چیدن صفحات مستطیلی شکل روی هم به دست می آید. این شکل باتری باعث می شود که چیدمان دستگاه الکترونیکی متراکم تر شود. باتری های منشوری با الکترودهای نورد پیچ ​​خورده به صورت مارپیچ نیز تولید می شوند.

عمر عملیات و خدمات

کارکرد طولانی، کامل و ایمن باتری های لیتیوم یون در صورت رعایت قوانین عملکرد امکان پذیر است، بی توجهی به آنها نه تنها عمر محصول را کوتاه می کند، بلکه می تواند منجر به عواقب منفی شود.

بهره برداری

نیاز کلیدی برای عملکرد باتری های لیتیوم یونی مربوط به دما است - گرمای بیش از حد مجاز نیست. دمای بالا می تواند بیشترین آسیب را به همراه داشته باشد و علت گرمای بیش از حد می تواند هم منبع خارجی و هم حالت های استرس زا شارژ و دشارژ باتری باشد.

به عنوان مثال، گرمایش تا 45 درجه سانتیگراد منجر به کاهش 2 برابری توانایی نگهداری شارژ باتری می شود. هنگامی که دستگاه به مدت طولانی در معرض نور خورشید قرار می گیرد یا هنگام اجرای برنامه های انرژی بر به راحتی به این دما می رسد.

برای بهترین عملکرد باتری در گرمای تابستان، باید از حالت صرفه جویی در انرژی استفاده کنید که در اکثر دستگاه های تلفن همراه موجود است.

دمای پایین نیز بر باتری‌های یونی تأثیر منفی می‌گذارد؛ در دمای کمتر از -4 درجه سانتی‌گراد، باتری دیگر نمی‌تواند انرژی کامل را ارائه دهد.

اما سرما به اندازه دمای بالا برای باتری های لیتیوم یون مضر نیست و اغلب باعث آسیب دائمی نمی شود. با وجود این واقعیت که پس از گرم شدن تا دمای اتاق، خواص کاری باتری به طور کامل احیا می شود، نباید کاهش ظرفیت در سرما را فراموش کنید.

توصیه دیگر برای استفاده از باتری های لیتیوم یونی این است که اجازه تخلیه عمیق آنها را ندهید. بسیاری از باتری های نسل قدیم دارای اثر حافظه بودند که نیاز به تخلیه آن ها به صفر و سپس شارژ کامل داشتند. باتری های لیتیوم یونی این اثر را ندارند و موارد جداگانه تخلیه کامل منجر به عواقب منفی نمی شود، اما تخلیه عمیق مداوم مضر است. توصیه می شود شارژر را زمانی که سطح شارژ 30 درصد است وصل کنید.

طول عمر

عملکرد نادرست باتری های Li-Ion می تواند عمر مفید آنها را 10-12 برابر کاهش دهد. این دوره به طور مستقیم به تعداد چرخه های شارژ بستگی دارد. اعتقاد بر این است که باتری های نوع Li-Ion با در نظر گرفتن تخلیه کامل می توانند از 500 تا 1000 چرخه مقاومت کنند. درصد بیشتری از شارژ باقی مانده قبل از شارژ بعدی به طور قابل توجهی عمر باتری را افزایش می دهد.

از آنجایی که طول عمر باتری لیتیوم یونی تا حد زیادی با شرایط کار تعیین می شود، نمی توان عمر دقیقی برای این باتری ها ارائه داد. به طور متوسط ​​می توان انتظار داشت که یک باتری از این نوع در صورت رعایت مقررات لازم 7 تا 10 سال عمر کند.

فرآیند شارژ

هنگام شارژ، از اتصال بیش از حد طولانی باتری به شارژر خودداری کنید. عملکرد عادی یک باتری لیتیوم یونی با ولتاژی بیش از 3.6 ولت انجام می شود. شارژرها در طول شارژ 4.2 ولت ورودی باتری را تامین می کنند. اگر زمان شارژ بیش از حد باشد، واکنش های الکتروشیمیایی ناخواسته ممکن است در باتری شروع شود که منجر به گرم شدن بیش از حد می شود. با تمام عواقب بعدی

توسعه دهندگان چنین ویژگی را در نظر گرفتند - ایمنی شارژ باتری های لیتیوم یونی مدرن توسط یک دستگاه داخلی مخصوص کنترل می شود که در صورت افزایش ولتاژ از سطح مجاز، فرآیند شارژ را متوقف می کند.

برای باتری های لیتیومی، روش شارژ دو مرحله ای صحیح است. در مرحله اول، باتری باید شارژ شود، جریان شارژ ثابت را فراهم می کند، مرحله دوم باید با ولتاژ ثابت و کاهش تدریجی جریان شارژ انجام شود. چنین الگوریتمی در سخت افزار در اکثر شارژرهای خانگی پیاده سازی می شود.

ذخیره سازی و دفع

باتری لیتیوم یونی را می توان برای مدت طولانی ذخیره کرد، خود تخلیه 10-20٪ در سال است. اما در عین حال، کاهش تدریجی ویژگی های محصول (تخریب) رخ می دهد.

فرآیند بازیافت سلول های لیتیوم یونی باید در شرکت های تخصصی که دارای مجوز مناسب هستند انجام شود. حدود 80 درصد از مواد حاصل از باتری های بازیافتی را می توان در ساخت باتری های جدید مورد استفاده مجدد قرار داد.

ایمنی

یک باتری لیتیوم یون، حتی با اندازه کوچک، مملو از خطر احتراق خود به خودی انفجاری است. این ویژگی این نوع باتری مستلزم رعایت نکات ایمنی در تمامی مراحل از توسعه تا تولید و ذخیره سازی است.

برای بهبود ایمنی باتری های Li-Ion در حین ساخت، یک برد الکترونیکی کوچک در جعبه آنها قرار می گیرد - یک سیستم نظارت و کنترل که برای از بین بردن اضافه بار و گرمای بیش از حد طراحی شده است. مکانیزم الکترونیکی مقاومت مدار را زمانی که دما از حد از پیش تعیین شده بالاتر می رود افزایش می دهد. برخی از مدل های باتری دارای یک کلید مکانیکی داخلی هستند که با افزایش فشار داخل باتری مدار را قطع می کند.

همچنین معمولاً یک سوپاپ اطمینان در کیس های باتری برای کاهش فشار در مواقع اضطراری نصب می شود.

مزایا و معایب باتری های لیتیومی

مزایای این نوع باتری عبارتند از:

• چگالی انرژی بالا؛
• بدون اثر حافظه؛
• عمر طولانی؛
• نرخ خود تخلیه کم؛
• بدون نیاز به نگهداری؛
• اطمینان از پارامترهای عملیاتی ثابت در محدوده دمایی نسبتاً وسیع.

باتری لیتیومی دارد و معایب آن عبارتند از:

• خطر احتراق خود به خود؛
• هزینه بالاتر نسبت به نسخه های قبلی خود؛
• نیاز به یک کنترلر داخلی؛
• نامطلوب بودن ترشحات عمیق

فن آوری های تولید باتری های لیتیوم یونی به طور مداوم در حال بهبود است، بسیاری از کاستی ها به تدریج به گذشته تبدیل می شوند.

منطقه برنامه

چگالی انرژی بالای باتری های لیتیوم یون حوزه اصلی کاربرد آنها - دستگاه های الکترونیکی همراه: لپ تاپ ها، تبلت ها، گوشی های هوشمند، دوربین های ویدئویی، دوربین ها، سیستم های ناوبری، سنسورهای مختلف داخلی و تعدادی از محصولات دیگر را تعیین می کند.

وجود ضریب شکل استوانه ای این باتری ها امکان استفاده از آنها را در چراغ قوه، تلفن ثابت و سایر وسایلی که قبلا از باتری های یکبار مصرف انرژی مصرف می کردند، می دهد.

اصل لیتیوم یون در ساخت باتری انواع مختلفی دارد که انواع آنها در نوع مواد مورد استفاده متفاوت است (لیتیوم - کبالت ، لیتیوم - منگنز ، لیتیوم - نیکل - منگنز - کبالت - اکسید و غیره). هر کدام از آنها دامنه خاص خود را دارد.

علاوه بر وسایل الکترونیکی سیار، گروهی از باتری‌های لیتیوم یونی در موارد زیر استفاده می‌شوند:

• ابزارهای برقی دستی؛
• تجهیزات پزشکی قابل حمل؛
• منابع تغذیه بدون وقفه؛
• سیستم های امنیتی؛
• ماژول های روشنایی اضطراری؛
• ایستگاه های انرژی خورشیدی؛
• وسایل نقلیه برقی و دوچرخه های برقی.

با توجه به پیشرفت مداوم فناوری لیتیوم یون و موفقیت در ایجاد باتری های با ظرفیت بالا در اندازه های کوچک، می توان گسترش کاربرد این باتری ها را پیش بینی کرد.

علامت گذاری

پارامترهای لیتیوم یون بر روی بدنه محصول چاپ شده است، در حالی که کدگذاری اعمال شده ممکن است برای اندازه های مختلف به طور قابل توجهی متفاوت باشد. یک استاندارد برچسب گذاری باتری واحد برای همه تولید کنندگان هنوز ایجاد نشده است، اما هنوز هم می توان به تنهایی با مهمترین پارامترها مقابله کرد.

حروف در خط نشانگر نوع سلول و مواد مورد استفاده را نشان می دهد: حرف اول I به معنای فناوری لیتیوم یون است، حرف بعدی (C، M، F یا N) ترکیب شیمیایی را مشخص می کند، حرف سوم R به این معنی است که سلول قابل شارژ است (قابل شارژ).

اعداد در نام اندازه، اندازه باتری را بر حسب میلی متر نشان می دهد: دو عدد اول قطر و دو عدد دیگر طول هستند. به عنوان مثال، 18650 نشان می دهد که قطر 18 میلی متر و طول آن 65 میلی متر است، 0 نشان دهنده ضریب شکل استوانه ای است.

آخرین حروف و اعداد در ردیف علامت ظرف مخصوص هر سازنده است. همچنین استانداردهای یکسانی برای نشان دادن تاریخ تولید وجود ندارد.

انواع باتری های لیتیومی و ویژگی های طراحی آنها چیست؟

باتری های لیتیومی در بازار مدرن به طور محکم چندین سوله مختلف را اشغال کرده اند. آنها عمدتاً در انواع لوازم الکترونیکی مصرفی، ابزارهای قابل حمل و دستگاه های تلفن همراه، لوازم خانگی و غیره استفاده می شوند. حتی باتری های لیتیومی 12 ولتی برای اتومبیل ها وجود دارد. اگرچه هنوز توزیع گسترده ای در صنعت خودرو دریافت نکرده اند. استفاده از باتری‌های لیتیومی در بخش‌های مختلف اقتصاد باعث شده تا انواع زیادی از این باتری‌ها در بازار ظاهر شوند. در مقاله امروز انواع اصلی باتری های لیتیومی را در نظر خواهیم گرفت.

ما در اینجا در مورد اصل عملکرد باتری های Li و تاریخچه وقوع آنها نخواهیم نوشت. می توانید اطلاعات بیشتری در مورد آن در مقاله در لینک ارائه شده بخوانید. همچنین می توانید مطالب را جداگانه در مورد و مطالعه کنید. و در این مواد می خواهم دقیقاً انواع مختلف باتری های لیتیوم را بسته به ویژگی ها و هدف آنها در نظر بگیرم.

بنابراین، با توجه به قدرت و ظرفیت باتری های لیتیومی. تقسیم در اینجا کاملاً خودسرانه است. به منظور تولید باتری با ظرفیت های مختلف، با جریان های تخلیه متفاوت، سازندگان تعدادی پارامتر را تغییر می دهند. به عنوان مثال، آنها ضخامت لایه جرم الکترود روی فویل را تنظیم می کنند (در مورد ساختار رول). در بیشتر موارد، این لایه الکترود با فویل مس (الکترود منفی) و آلومینیوم (مثبت) اعمال می شود. با توجه به این افزایش در لایه الکترود، پارامترهای خاص باتری افزایش می یابد.

با این حال، هنگام افزایش جرم فعال، لازم است ضخامت پایه رسانا (فویل) کاهش یابد. در نتیجه باتری می تواند جریان کمتری را بدون گرم شدن بیش از حد عبور دهد. علاوه بر این، افزایش لایه جرم الکترود منجر به افزایش مقاومت عنصر می شود. برای کاهش مقاومت، اغلب از مواد فعال تر و پراکنده تر برای توده فعال استفاده می شود. با این پارامترها، سازندگان هنگام آزاد کردن باتری ها با پارامترهای خاص "بازی" می کنند. یک سلول باتری با یک فویل نازک و یک جرم فعال ضخیم مقادیر بالایی از انرژی ذخیره شده را نشان می دهد. و قدرت آن کم خواهد بود و بالعکس. و بدون تغییر سایز محصول قابل تنظیم است.

باتری هایی با ظرفیت ها و جریان های تخلیه متفاوت با تغییر پارامترهای زیر به دست می آیند:

• ضخامت فویل؛
• ضخامت جداکننده؛
• مواد الکترود مثبت و منفی؛
• اندازه ذرات جرم فعال؛
• ضخامت الکترود.

در عین حال، مدل‌های باتری طراحی‌شده برای توان بالاتر به سرنخ‌های فعلی با اندازه و وزن بزرگ مجهز هستند. این کار برای جلوگیری از گرمای بیش از حد انجام می شود. همچنین برای افزایش جریان تخلیه از مواد مختلفی استفاده می شود که به الکترولیت یا به جرم الکترود اضافه می شود. در باتری های با ظرفیت زیاد، سیم های جریان معمولا کوچک هستند. آنها برای جریان تخلیه تا 2C محاسبه می شوند (معمولاً جریان شارژ-دشارژ باتری از ظرفیت آن نشان داده می شود) و جریان شارژ - تا 0.5 درجه سانتیگراد. برای باتری های لیتیومی با ظرفیت بالا، این مقادیر به ترتیب تا 20 درجه سانتیگراد و تا 40 درجه سانتیگراد است.

مدل‌های باتری‌های لیتیومی با قدرت بالا برای تغذیه استارت‌ها، با ظرفیت بالا - برای تغذیه تجهیزات مختلف قابل حمل طراحی شده‌اند. در مورد توسعه باتری های لیتیومی، تولید کنندگان انواع لوازم الکترونیکی آنها را از شرکت های خاص سفارش می دهند. آنها با در نظر گرفتن شرایط پیشنهادی آنها را توسعه می دهند و سپس آنها را در تولید انبوه قرار می دهند. هنگام توسعه باتری های لیتیوم مدرن، پارامترهای زیر در نظر گرفته می شود:

• ظرفیت؛
• جریان تخلیه منظم و حداکثر؛
• ابعاد؛
• شرایط مکان در داخل دستگاه؛
• دمای کار؛
• منبع (تعداد چرخه های شارژ-تخلیه) و دیگران.

طرح های مختلف باتری های لیتیومی

با توجه به ویژگی های طراحی، باتری های لیتیومی را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

• طراحی بدنه؛
• ساختار الکترودها

طراحی الکترود

نوع رول

در تصویر زیر یک باتری Li─Ion با طراحی رول را مشاهده می کنید.

عناصر ساختار رول از دو نوع ساخته می شوند:

• رول الکترود در اطراف صفحه مجازی پیچ خورده است. یک محفظه می تواند چندین رول متصل به موازات را در خود جای دهد.
• استوانه ای. ارتفاع و قطرهای مختلف.

طراحی رول در مواردی استفاده می شود که باتری با ظرفیت و قدرت کم مورد نیاز است. این فناوری کار فشرده ای است، زیرا چرخاندن نوارهای الکترود و جداکننده کاملاً خودکار است. نقطه ضعف این طرح اتلاف حرارت ضعیف از الکترودها است. در واقع، گرما تنها از طریق صفحه انتهایی المنت حذف می شود.

از مجموعه ای از الکترودها

باتری های لیتیومی با مجموعه ای از الکترودهای جداگانه در تولید باتری های منشوری استفاده می شود.

گرما در اینجا نیز از انتهای الکترود حذف می شود. تولیدکنندگان در تلاشند تا با تنظیم ترکیب و پراکندگی جرم فعال، اتلاف گرما را بهبود بخشند.

طراحی بدنه

استوانه ای

ارزش توجه به باتری های لیتیومی استوانه ای را دارد. آنها به طور گسترده ای در انواع لوازم خانگی و الکترونیک استفاده می شوند. سلول های باتری به ویژه محبوب هستند.

به عنوان مزایای یک بدنه استوانه ای، کارشناسان عدم تغییر حجم را در طول کارکرد طولانی مدت می نامند. این به این دلیل است که باتری در طول فرآیند شارژ-دشارژ کمی تغییر حجم می دهد. طراحی الکترودها در چنین حالتی همیشه از نوع رول است. از معایب آن می توان به اتلاف حرارت ضعیف اشاره کرد.

باتری های لیتیومی استوانه ای می توانند خروجی های جریان زیر را داشته باشند:

• بورهای پیچ;
• پدهای تماس معمولی.

در مواردی که نیاز به جریان بیشتری وجود دارد، از فرزهای پیچ استفاده می شود. این باتری با جریان تخلیه زیاد و ظرفیت زیاد (بیش از 20 Ah) است. آزمایش‌های متعدد نشان می‌دهد که باتری‌های لیتیومی استوانه‌ای با مارپیچ می‌توانند جریان‌های بیش از 10-15 درجه سانتی‌گراد را تحمل کنند. و این مقادیر بار کوتاه مدت است که در آن عنصر به سرعت بیش از حد گرم می شود. در طول عملیات طولانی مدت، آنها در برابر جریان تخلیه 2-3 درجه سانتیگراد مقاومت می کنند. عمدتاً در ابزارهای برقی قابل حمل استفاده می شود.

سلول‌های باتری با پدهای تماسی معمولاً برای ترکیب شدن در باتری‌ها استفاده می‌شوند. برای انجام این کار، آنها با یک نوار با استفاده از جوش تماسی جوش داده می شوند. گاهی اوقات تولید کنندگان قبلاً عناصری با گلبرگ برای خود لحیم کاری تولید می کنند. علاوه بر این، بسته به نوع لحیم کاری ممکن است نوع گلبرگ ها متفاوت باشد.

تعیین اندازه باتری های لیتیومی استوانه ای معمولاً شامل ابعاد آنها است. به عنوان مثال، سلول های لیتیوم یونی 18650 دارای 65 میلی متر ارتفاع و 18 میلی متر قطر هستند.

ویژگی های تست

مشکل اصلی در آزمایش ها اختلاف بین ظرفیت اعلام شده و ظرفیت واقعی است. همه باتری ها دارای ظرفیتی بالاتر از آنچه گفته شده است، از 0.1٪ تا 5٪، که یک عنصر اضافی غیر قابل پیش بینی را معرفی می کند.

رایج ترین باتری های مورد استفاده NCA و NMC بودند، اما باتری های لیتیوم کبالت و لیتیوم فسفات نیز مورد آزمایش قرار گرفتند.

چند اصطلاح:
وزارت دفاع - عمق تخلیه - عمق تخلیه.
SoC - وضعیت شارژ - سطح شارژ.

استفاده از باتری

تعداد چرخه ها

این منحنی منحنی Wöhler نامیده می شود. ایده اصلی از مکانیک در مورد وابستگی تعداد کشش های فنر به درجه کشش ناشی شد. مقدار اولیه 3000 چرخه در دشارژ 100 درصد باتری، میانگین وزنی دشارژ 0.1 درجه سانتیگراد است. برخی از باتری ها نتایج بهتر و برخی بدتر نشان می دهند. در جریان 1C، بسته به سازنده، تعداد سیکل های کامل در تخلیه 100٪ از 3000 به 1000-1500 کاهش می یابد.

به طور کلی، این نسبت ارائه شده در نمودارها، توسط نتایج آزمایشات تایید شد، زیرا توصیه می شود در صورت امکان باتری را شارژ کنید.

محاسبه برهم نهی چرخه

با توجه به نتایج آزمایش‌ها، چرخه ترکیبی نتایجی را نشان داد، هر دو از افزودن چرخه‌های معادل کامل دو چرخه مستقل. آن ها ظرفیت نسبی باتری در سیکل ترکیبی با توجه به مجموع دشارژها در چرخه های کوچک و بزرگ کاهش یافت (نمودار خطی در زیر ارائه شده است).


تأثیر چرخه های تخلیه طولانی بیشتر است، به این معنی که باتری در هر فرصتی بهتر شارژ می شود.

اثر حافظه

ذخیره سازی باتری

دمای ذخیره سازی

سطح شارژ

مشکلات اصلی نتایج تجربی

نتایج آزمایشات

منابع

اولین آزمایش ها در مورد ایجاد سلول های گالوانیکی لیتیوم در اوایل سال 1012 ثبت شد. یک مدل واقعی کار در سال 1940 ایجاد شد، اولین نسخه های سریال (غیر قابل شارژ!)، در دهه 70 ظاهر شد، و راهپیمایی پیروزمندانه این نوع باتری در اوایل دهه 90 آغاز شد، زمانی که شرکت ژاپنی سونی توانست بر آنها مسلط شود. تولید تجاری

در حال حاضر، اعتقاد بر این است که این یکی از نویدبخش ترین مناطق برای ایجاد منابع انرژی الکتریکی مستقل است، علیرغم هزینه نسبتاً بالا (در سطح فعلی).

مزیت اصلی این نوع باتری، چگالی انرژی بالای آن (حدود 100 وات در ساعت به ازای هر 1 کیلوگرم وزن) و توانایی انجام چرخه شارژ/دشارژ زیاد است.

باتری های تازه ایجاد شده نیز با یک شاخص عالی مانند میزان تخلیه کم خود مشخص می شوند (فقط از 3 تا 5٪ در ماه اول، با کاهش بعدی در این شاخص). این اجازه می دهد

و این همه چیز نیست - در مقایسه با Ni-Cd گسترده، مدار جدید با همان ابعاد عملکردی سه برابر بدون اثر حافظه منفی را ارائه می دهد.

ویژگی های منفی

باتری های لیتیوم یونی

اول از همه - هزینه بالا، نیاز به نگه داشتن باتری در حالت شارژ و به اصطلاح "اثر پیری" که حتی زمانی که سلول گالوانیکی کار نکرده است خود را نشان می دهد. آخرین خاصیت ناخوشایند در کاهش مداوم ظرفیت ظاهر می شود که پس از دو سال می تواند منجر به شکست کامل محصول شود.