Pengenalan kepada Bateri Litium-ion
Prinsip Kerja Bateri Litium-ion
Bateri litium-terutamanya terdiri daripada elektrod positif, elektrod negatif, elektrolit yang mengalirkan ion litium danpemisahdan selongsong yang memisahkan elektrod positif dan negatif. Bahan elektrod positif secara amnya ialah sebatian yang membenarkan kemasukan dan pengekstrakan ion litium boleh balik, seperti litium kobalt oksida (LiCoO₂), litium nikel oksida (LiNiO₂), litium mangan oksida (LiMn₂O₄), atau bahan terner (LiCoₓNiᵧMn₁₋).₵Mn₁₋. Elektrolit terdiri daripada garam litium (garam litium biasa termasuk LiClO₄, LiPF₆, LiBF₄, LiBOB, dll.) yang dilarutkan dalam pelarut tertentu (terutamanya campuran etilena karbonat (EC), dietil karbonat (DEC), dimetil karbonat (DMC), propilena, karbonat (PC), dsb. Bahan pemisah secara amnya ialah resin poliolefin, lazimnya menggunakan satu-lapisan atau-berbilang lapisan polipropilena (PP) dan membran mikroporous polietilena (PE), seperti pemisah Celgard 2300. Elektrod negatif biasanya menggunakan bahan yang mampu interkalasi litium, seperti kok petroleum, grafit tulen, dan karbon campuran grafit berlapis. Tindak balas dalam bateri{10}} litium menggunakan karbon (C₆) sebagai elektrod negatif dan oksida logam peralihan LiMeO₂ sebagai elektrod positif adalah seperti berikut.
Semasa mengecas:
Semasa pelepasan:
Semasa pengecasan, ion litium dilepaskan daripada elektrod positif dan dimasukkan ke dalam elektrod negatif; semasa nyahcas, ion litium dilepaskan daripada elektrod negatif dan dimasukkan ke dalam elektrod positif. Dalam erti kata lain, semasa mengecas dan menyahcas, ion litium bergerak ke sana ke mari antara elektrod positif dan negatif, sama seperti kerusi goyang. Oleh itu, bateri lithium-ion juga dipanggil "bateri kerusi goyang." Prinsip kerja mereka boleh digambarkan oleh Rajah 1.1.
Di bawah keadaan pengecasan dan nyahcas biasa, pemasukan dan pengekstrakan ion litium antara bahan karbon berlapis dan zarah oksida atau antara lapisan dalam bateri-ion litium secara amnya hanya menyebabkan perubahan dalam jarak antara lapisan dan tidak merosakkan struktur kristal. Semasa cas dan nyahcas, struktur kimia bahan elektrod positif dan negatif kekal pada asasnya tidak berubah. Oleh itu, dari perspektif keterbalikan cas-tindak balas nyahcas, pemasukan dan pengekstrakan ion litium dalam bahan bateri ialah proses tindak balas yang ideal. Berdasarkan ciri-ciri ini, bateri-ion litium lebih unggul dalam prestasi berbanding bateri-kadmium dan nikel-nikel.
Klasifikasi bateri-ion litium
Bateri litium-boleh dikelaskan mengikut bahan katod yang digunakan, rupa dan saiz, kaedah pembuatan sel, jenis pembungkusan dan ciri aplikasi.
Berdasarkan bahan katod yang digunakan, bateri ion litium-boleh dibahagikan kepada bateri litium kobalt oksida, bateri litium mangan oksida, bateri litium terner dan bateri fosfat besi litium.
Bateri litium kobalt oksida mempunyai voltan nominal 3.7V dan julat voltan operasi 2.4~4.2V. Bateri litium kobalt oksida mempunyai struktur yang stabil, kapasiti khusus yang tinggi dan prestasi keseluruhan yang cemerlang, tetapi keselamatannya adalah lemah dan kosnya tinggi, terutamanya digunakan dalam sel-kecil dan sederhana. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bahan litium kobalt oksida voltan tinggi- telah dibangunkan, yang boleh meningkatkan voltan had atas bateri kepada 4.3V atau 4.35V, dengan itu meningkatkan kapasiti bateri dan ketumpatan tenaga dengan berkesan. Pada masa ini, bateri litium kobalt oksida mempunyai ketumpatan tenaga isipadu tertinggi, mencecah 550Wh/kg, menjadikannya satu-satunya pilihan untuk membekalkan{11}}telefon mudah alih mewah dan produk elektronik lain.
Bateri litium mangan oksida (MMANO) mempunyai voltan nominal 3.8V dan julat voltan operasi 2.5V hingga 4.2V. Voltan perlindungan lebihan cas ialah 4.28V ± 0.025V dan lebih-voltan perlindungan nyahcas ialah 2.5V ± 0.1V. Bateri MMANO adalah kos-rendah dan mempunyai keselamatan yang baik. Walau bagaimanapun, bahan litium mangan oksida itu sendiri agak tidak stabil dan terdedah kepada penguraian, menghasilkan gas dan bengkak. Kitaran hayatnya mereput dengan cepat, jangka hayatnya agak pendek, dan prestasi suhu tingginya adalah lemah. Ia digunakan terutamanya dalam sel bersaiz-rendah, sederhana-ke{17}}besar{18}}untuk mengeluarkan bateri kuasa.
Bateri litium ternary-ion (TLC) mempunyai voltan nominal 3.6V dan julat voltan kendalian 2.75V hingga 4.2V. Voltan perlindungan lebihan cas ialah 4.28V ± 0.025V dan lebih-voltan perlindungan nyahcas ialah 2.75V ± 0.1V. Bateri TLC mempunyai prestasi keseluruhan yang baik, lebih murah daripada litium kobalt oksida (LCO), dan menawarkan keselamatan yang lebih baik. Ia boleh digunakan dalam bateri kuasa, dan bahagian pasaran mereka dalam pasaran bahan katod meningkat dari tahun ke tahun. Bateri ion litium-kecil yang menggunakan bahan ion litium terner-secara beransur-ansur diterima oleh pasaran. Bahan ternary juga boleh diadun dengan litium kobalt oksida dan litium mangan oksida untuk digunakan dalam-sarung keluli,{17}}sarung aluminium, kantung, polimer dan bateri litium{18}}silinder, yang boleh mengurangkan kos bateri dengan ketara dan meningkatkan prestasi keseluruhan. Pada masa ini, bateri bahan terner boleh mencapai ketumpatan tenaga sebanyak 180 Wh/kg (26650-bateri bersarung keluli boleh mencapai kapasiti 4600 mAh/kg dengan berat 90g), menawarkan kelebihan yang jelas dalam-keberkesanan kos.
Bateri litium besi fosfat (LFP) mempunyai voltan nominal 3.2V dan julat voltan operasi 2.5~3.75V. Voltan perlindungan lebihan cas ialah 3.75V±0.025V dan lebih-voltan perlindungan nyahcas ialah 2.5V±0.1V. Kelebihan terbesar bateri LFP ialah kestabilan dan tidak{10}}penguraian bahan elektrod positif, memberikan mereka keselamatan yang tiada tandingannya berbanding sistem bahan elektrod positif yang lain. Bateri LFP mempunyai hayat kitaran yang panjang, sumber yang banyak dan mesra alam. Walau bagaimanapun, ia mempunyai platform nyahcas yang rendah dan prestasi suhu{13}}rendah yang rendah.
Berdasarkan rupa dan saiz, bateri lithium-ion boleh dibahagikan kepada bateri silinder dan bateri prismatik, dsb.
Berdasarkan kaedah pembuatan sel, bateri litium-ion boleh dibahagikan kepada bateri luka (luka silinder dan luka rata), bateri bertindan, dsb.
Berdasarkan jenis bahan pembungkusan, bateri-ion litium boleh dibahagikan kepada-bateri bersarung keluli,-bateri bersarung aluminium,-bateri bersarung plastik,-bateri pek lembut, dsb.
Berdasarkan ciri aplikasi, bateri-ion litium boleh dibahagikan kepada-bateri bersuhu tinggi,-bateri bersuhu rendah, bateri kuasa dan bateri berkapasiti, dsb.
Berdasarkan kawasan aplikasinya, bateri-ion litium boleh dikelaskan sebagai: bateri sandaran, bateri kuasa dan bateri simpanan tenaga.
Aplikasi Bateri Litium-ion
Boleh dikatakan bahawa sejak penciptaan bateri, tiada produk bateri lain telah digunakan secepat dan seluas bateri lithium-ion. Daripada bekalan kuasa jam untuk CPU komputer kepada pek bateri-ion litium besar yang digunakan dalam kereta dan kapal selam, perbezaan kapasiti adalah lebih daripada 10 juta kali. Mereka mempunyai aplikasi yang luas dalam kehidupan seharian, peralatan perubatan, kenderaan elektrik, stesen janakuasa simpanan tenaga, aeroangkasa, dan tentera.
Selepas lebih 10 tahun dipopularkan, bateri-ion litium telah menjadi satu-satunya sistem kuasa yang digunakan secara meluas dalam produk digital seperti telefon mudah alih dan komputer riba. Oleh kerana tenaga spesifiknya yang tinggi, ia juga digunakan secara meluas dalam alatan kuasa, basikal elektrik, bas elektrik, stesen janakuasa penyimpanan tenaga angin dan solar, stesen pangkalan komunikasi mudah alih, bekalan kuasa lampu perlombongan, bekalan kuasa kapsul penyelamat perlombongan, bekalan kuasa askar individu tentera, radio, bateri satelit, dan banyak lagi aplikasi lain. Menurut statistik, pada tahun 2011, saiz pasaran industri bateri litium China mencecah 39.7 bilion yuan, setahun-berdasarkan-peningkatan tahun sebanyak 43%, dan pengeluaran tahunan bateri litium mencecah 2.97 bilion unit, setahun-bertambah-tahun peningkatan sebanyak 28.6%. Industri bateri litium telah menjadi hala tuju industri yang penting bagi ekonomi negara²¹.
