แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่ทุติยภูมิ (แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้) ซึ่งส่วนใหญ่อาศัยการเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออนระหว่างอิเล็กโทรดบวกและอิเล็กโทรดเชิงลบในการทำงาน . ในระหว่างการชาร์จและกระบวนการปลดปล่อย Li+ จะถูกฝังและอิเล็กโทรด อิเล็กโทรดอยู่ในสถานะที่อุดมด้วยลิเธียม สิ่งที่ตรงกันข้ามคือจริงในระหว่างการปลดปล่อย .
ส่วนที่ 1 บทนำเกี่ยวกับแบตเตอรี่
แบตเตอรี่ลิเธียมแบ่งออกเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน . โทรศัพท์มือถือและแล็ปท็อปใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งเป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าแบตเตอรี่ลิเธียม .} แบตเตอรี่ ใช้ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์รายวันเนื่องจากมีความเสี่ยงสูง .
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับการพัฒนาเป็นครั้งแรกโดย Sony Corporation ของญี่ปุ่นใน 1990. มันฝังไอออนลิเธียมลงในคาร์บอน (โค้กปิโตรเลียมและกราไฟท์) เพื่อสร้างอิเล็กโทรดเชิงลบ ยังใช้ . lipf 6+ diethylene carbonate (EC)+dimethyl carbonate (DMC) ใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ .
โค้กปิโตรเลียมและกราไฟท์นั้นไม่เป็นพิษและมีทรัพยากรมากมายเป็นวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ . ไอออนลิเธียมถูกฝังอยู่ในคาร์บอนซึ่งเอาชนะกิจกรรมที่สูงของลิเธียมและแก้ปัญหาความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบดั้งเดิม สั้นประสิทธิภาพที่ครอบคลุมของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับการปรับปรุง . คาดว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะครอบครองตลาดขนาดใหญ่ในศตวรรษที่ 21 .}
สูตรปฏิกิริยาสำหรับการชาร์จและการปลดปล่อยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรองคือ: รูปภาพ
ส่วนที่ 2 ความแตกต่างของแบตเตอรี่
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสับสนได้ง่ายกับแบตเตอรี่สองก้อนต่อไปนี้
แบตเตอรี่ลิเธียม: ใช้ลิเธียมโลหะเป็นอิเล็กโทรดเชิงลบ .
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน: ใช้อิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ของเหลวที่ไม่ใช่ของเหลว .}
แบตเตอรี่โพลิเมอร์ลิเธียมไอออน: ใช้โพลีเมอร์กับตัวทำละลายอินทรีย์ของเหลวเจลหรือใช้อิเล็กโทรไลต์ทั้งหมดของตัวแข็งทั้งหมด . แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยทั่วไปใช้วัสดุคาร์บอนกราไฟท์เป็นขั้วลบ .}
Part3 ประเภทหลัก
จากวัสดุอิเล็กโทรไลต์ที่แตกต่างกันที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถูกแบ่งออกเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเหลว
3.1 แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเหลว
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้เป็นแบตเตอรี่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ดิจิตอลที่ทันสมัยเช่นโทรศัพท์มือถือและแล็ปท็อป . ดังนั้นจึงมีส่วนประกอบป้องกันหรือวงจรป้องกันบนแบตเตอรี่เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ราคาแพง ผู้ผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ได้พัฒนา ICS การชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่หลากหลายเพื่อให้แน่ใจว่าปลอดภัยเชื่อถือได้และชาร์จอย่างรวดเร็ว .
โทรศัพท์มือถือกระแสหลักมีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน . การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะยืดอายุแบตเตอรี่ . มันสามารถทำให้เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าแบนได้ แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยทั่วไป 3 . 7V เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของวัสดุในขณะที่อิเล็กโทรดเชิงบวกของเหล็กลิเธียมฟอสเฟตคือ 3 . 2V . แรงดันไฟฟ้าประจุสุดท้าย แรงดันไฟฟ้าสุดท้ายของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือ 2.75V ถึง 3.0V (โรงงานแบตเตอรี่ให้ช่วงแรงดันไฟฟ้าในการทำงานหรือแรงดันไฟฟ้าสุดท้ายและพารามิเตอร์แตกต่างกันเล็กน้อยโดยทั่วไป 3.0V และของเหล็กฟอสเฟตคือ 2.5V) ยังคงมีการปล่อยต่ำกว่า 2.5V (2.0V สำหรับลิเธียมเหล็กฟอสเฟต) เรียกว่าการจ่ายสูงเกินไปซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่เสียหาย
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีวัสดุชนิดโคบอลต์ออกไซด์ลิเธียมเป็นขั้วไฟฟ้าบวกไม่เหมาะสำหรับการปล่อยกระแสสูง . การปล่อยกระแสมากเกินไปจะช่วยลดเวลาในการคายประจุ (อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะถูกสร้างขึ้นภายในและพลังงานจะหายไป) และอาจเป็นอันตราย แต่แบตเตอรี่ลิเธียมที่มีวัสดุอิเล็กโทรดเชิงบวกของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถชาร์จและปล่อยที่กระแสสูง 20C หรือยิ่งใหญ่กว่า (C คือความสามารถของแบตเตอรี่เช่น C =800 mAH อัตราการชาร์จสูงสุด 1C หมายถึงการชาร์จสูงสุด 800mA) ใช้ . แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนมีข้อกำหนดอุณหภูมิที่แน่นอน . โรงงานให้ช่วงอุณหภูมิการชาร์จช่วงอุณหภูมิการปลดปล่อยและช่วงอุณหภูมิการจัดเก็บ . การชาร์จแรงดันไฟฟ้าเกินจะทำให้เกิดความเสียหายอย่างถาวร จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงกระแสเกิน (ความร้อนสูงเกินไป) . อัตราการชาร์จที่ใช้กันทั่วไปคือ 0 . 25C ~ 1C . เมื่อชาร์จด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่
การชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: การชาร์จกระแสไฟฟ้าคงที่ก่อนจากนั้นเปลี่ยนเป็นการชาร์จแรงดันไฟฟ้าคงที่เมื่อเข้าใกล้แรงดันไฟฟ้าสิ้นสุด . ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่ที่มีความจุ 800mAh มีแรงดันไฟฟ้าชาร์จที่ 4 . 1c) . ที่จุดเริ่มต้นแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นด้วยความลาดชันขนาดใหญ่ . เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ใกล้เคียงกับ 4 . 2v มันเปลี่ยนเป็นแรงดันไฟฟ้าคงที่ 4.2V เมื่อกระแสการชาร์จลดลงเหลือ 1/10-50 c (ค่าการตั้งค่าของแต่ละโรงงานแตกต่างกันและไม่ส่งผลกระทบต่อการใช้งาน) จะถือว่าใกล้เคียงกับการชาร์จเต็มและสามารถยกเลิกการชาร์จได้
3.2 แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบย่อ
เมื่อวันที่ 19 เมษายน 2566 CATL เปิดตัวแบตเตอรี่ควบแน่นที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงถึง 500wh/kg ซึ่งจะมีกำลังการผลิตจำนวนมากภายใน 2023.}
ส่วนที่ 4 หลักการทำงาน
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้วัสดุคาร์บอนเป็นอิเล็กโทรดเชิงลบและสารประกอบที่มีลิเธียมเป็นอิเล็กโทรดบวก . ไม่มีลิเธียมโลหะมีเพียงลิเธียมไอออน . นี่คือแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน วัสดุ . กระบวนการชาร์จและการปลดปล่อยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นกระบวนการของลิเธียมไอออนที่ฝังและ de-embedding . ในกระบวนการฝังและ de-embeding ของไอออน อิเล็กโทรดเชิงบวกและการแทรกหรือลบการแทรกเพื่อแสดงอิเล็กโทรดเชิงลบ) . ในกระบวนการชาร์จและการปล่อยไอออนลิเธียมจะถูกฝัง/de-embedded และแทรก/de-inserted ไปมาระหว่างอิเล็กโทรดบวกและลบ
เมื่อมีการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถูกสร้างขึ้นบนอิเล็กโทรดบวกของแบตเตอรี่และลิเธียมไอออนที่สร้างขึ้นจะเคลื่อนไปยังอิเล็กโทรดเชิงลบผ่านอิเล็กโทรไลต์ . คาร์บอนเมื่ออิเล็กโทรดเชิงลบมีโครงสร้างชั้นหนึ่ง ยิ่งมีการฝังไอออนลิเธียมมากเท่าไหร่ความจุการชาร์จก็จะสูงขึ้น . ในทำนองเดียวกันเมื่อแบตเตอรี่ถูกปล่อยออกมา (นั่นคือกระบวนการของการใช้แบตเตอรี่) ลิเธียมไอออนที่ฝังอยู่ในชั้นคาร์บอนของอิเล็กโทรดที่เป็นลบ
รูปภาพ
โดยทั่วไปกระแสการชาร์จของแบตเตอรี่ลิเธียมจะถูกตั้งค่าระหว่าง 0 . 2C และ 1C . ยิ่งมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าไหร่การชาร์จก็จะยิ่งเร็วขึ้นและความร้อนของแบตเตอรี่มากขึ้น เร็วมันจะผลิตโฟมและไม่เต็ม
ส่วนประกอบส่วนที่ 5
เปลือกเหล็ก/เปลือกอลูมิเนียม/กระบอกสูบ/บรรจุภัณฑ์อ่อนนุ่ม
อิเล็กโทรดเชิงบวก: วัสดุที่ใช้งานโดยทั่วไปคือแมงกานีสออกไซด์ออกไซด์หรือลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์, วัสดุออกไซด์ของแมงกานีสโคบอลต์นิกเกิลและจักรยานไฟฟ้าโดยทั่วไปใช้แมงกานีสนิเกิลโคบอลต์ออกไซด์ออกไซด์ ขนาดใหญ่ประสิทธิภาพไม่ดีหรือค่าใช้จ่ายสูง . ตัวเก็บกระแสไฟฟ้านำไฟฟ้าใช้ฟอยล์อลูมิเนียมอิเล็กโทรไลติกที่มีความหนาของ 10-20 ไมครอน .}
ไดอะแฟรม: ฟิล์มพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นเป็นพิเศษพร้อมโครงสร้าง microporous ที่ช่วยให้ลิเธียมไอออนผ่านได้อย่างอิสระ แต่อิเล็กตรอนไม่สามารถผ่าน . ได้
อิเล็กโทรดเชิงลบ: วัสดุที่ใช้งานคือกราไฟท์หรือคาร์บอนที่มีโครงสร้างคล้ายกราไฟท์และตัวเก็บกระแสไฟฟ้านำไฟฟ้าใช้ฟอยล์ทองแดงอิเล็กโทรไลต์ที่มีความหนาของ 7-15 ไมครอน .}
อิเล็กโทรไลต์: ตัวทำละลายคาร์บอเนตละลายด้วยลิเธียมเฮกซาฟลูโอโรฟอสเฟตและอิเล็กโทรไลต์เจลสำหรับโพลีเมอร์ .}
เปลือกแบตเตอรี่: แบ่งออกเป็นเปลือกเหล็ก (ชนิดสี่เหลี่ยมไม่ค่อยได้ใช้), เปลือกอลูมิเนียม, เปลือกเหล็กชุบนิกเกิล (ใช้สำหรับแบตเตอรี่ทรงกระบอก), ฟิล์มอลูมิเนียมพลาสติก (บรรจุภัณฑ์อ่อน), ฯลฯ . และฝาครอบแบตเตอรี่
