Struktur und extreme Temperatur Einführung von Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien sind eine Art wiederauf ladbare Batterie, die üblicher weise in tragbaren elektronischen Geräten und Elektro fahrzeugen verwendet wird und in Militär-und Luft-und Raumfahrt anwendungen immer beliebter wird.

In der Batterie bewegen sich Lithiumionen während der Entladung von der negativen Elektrode durch den Elektrolyten zur positiven Elektrode und während des Ladens zurück. Lithium-Ionen-Batterien verwenden eingebettete Lithium verbindungen als positives Elektroden material, wobei Graphit typischer weise als negatives Elektroden material verwendet wird. Die Batterie hat eine hohe Energie dichte, keinen Memory-Effekt (außer LFP-Batterien) und eine geringe Selbstentladung.

Verschiedene Arten von Lithium-Ionen-Batterien haben unterschied liche chemische, Leistungs-, Kosten-und Sicherheits merkmale

Handheld-elektronische Produkte verwenden haupt sächlich Lithium-Polymer-Batterien (mit einem Polymer gel als Elektrolyt), LiCoO2-Kathodenmaterial und Graphit anode, was eine hohe Energie dichte bietet. Lithium eisen phosphat, Lithium manganoxid und Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt oxid können eine längere Lebensdauer und eine bessere Geschwindigkeit bieten. Solche Batterien sind in Elektro werkzeugen, medizinischen Geräten und anderen Rollen weit verbreitet. Klicken Sie hier fürHersteller von Lithium-Ionen-Batterien.

Die Forschung an Lithium-Ionen-Batterien umfasst die Verlängerung der Lebensdauer, die Erhöhung der Energie dichte, die Verbesserung der Sicherheit, die Kosten senkung und die Erhöhung der Lade geschwindigkeit. Die Forschung auf dem Gebiet der nicht brennbaren Elektrolyte basiert auf der Entflammbar keit und Flüchtigkeit organischer Lösungsmittel, die typischer weise in Elektrolyten zur Verbesserung der Sicherheit verwendet werden. Zu den Strategien gehören wässrige Lithium-Ionen-Batterien, keramische Feste lektrolyte, Polymere lektrolyte, ionische Flüssigkeiten und per fluorierte Systeme.

Struktur von Lithium-Ionen-Batterien

Die drei primären Funktions komponenten einer Lithium-Ionen-Batterie sind die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Elektrolyt. Typischer weise besteht die negative Elektrode einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie aus Kohlenstoff. Die positive Elektrode ist typischer weise ein Metalloxid. Der Elektrolyt ist ein Lithiums alz in einem organischen Lösungsmittel. Die elektro chemische Wirkung der Elektrode wird zwischen der Anode und der Kathode in Abhängigkeit von der Richtung des Stromflusses durch die Batterie umgekehrt.

Die am häufigsten verwendete kommerzielle Anode (negative Elektrode) ist Graphit, das in seinem vollständig lithiierten LiC6-Zustand eine Kapazität von xxx mAh/g hat. Die positive Elektrode ist im Allgemeinen eines von drei Materialien: Schicht oxid (wie LiCoO2), Poly anion (wie Lithium eisen phosphat) oder Spinell (wie Lithium manganoxid). In letzter Zeit wurden Graphen elektroden auch als Komponenten von Lithium-Ionen-Batterie elektroden verwendet.

Der Elektrolyt ist typischer weise eine Mischung aus organischen Carbonate stern, wie Lithium-Ionen-Komplexe aus Ethylen carbonat oder Diethylen carbonat. Diese nicht wässrigen Elektrolyte verwenden typischer weise nicht koordinierende Anionen salze wie Lithium hexa fluoro phosphat (LiPF6), Lithium hexa fluor arsenat mono hydrat, Lithium perch lorat, Lithium tetra fluor borat und Lithium tri fluor methan sulfonat.

Extreme Temperaturen für Lithium-Ionen-Batterien

Die Lade temperatur grenze fürSchüttgut-Lithium-BatterienIst strenger als die Betriebs grenze. Die Lithium-Ionen-Chemie funktioniert bei hohen Temperaturen gut, aber eine längere Exposition gegenüber hohen Temperaturen verkürzt die Batterie lebensdauer.

Lithium-Ionen-Batterien bieten eine gute Lade leistung bei kühleren Temperaturen und können sich sogar schnell im Temperatur bereich von 5-45 ° C aufladen. Das Aufladen sollte innerhalb dieses Temperatur bereichs erfolgen. Das Aufladen bei Temperaturen zwischen 0-5 °C ist möglich, aber der Ladestrom sollte reduziert werden. Hohe Temperaturen können beim Laden bei niedriger Temperatur aufgrund des internen Batterie widerstands von Vorteil sein. Das Aufladen bei zu hoher Temperatur kann zu einer Verschlechterung der Batterie führen, und das Laden bei Temperaturen über 45 ° C verringert die Batterie leistung, während bei niedrigeren Temperaturen der Innen widerstand der Batterie ansteigen kann. was zu einer langsameren Lade rate und einer längeren Ladezeit führt.

Lithium-Ionen-Batterien für Verbraucher sollten bei Temperaturen unter 0 ° C nicht aufgeladen werden. Obwohl der Akku möglicher weise normal aufgeladen wird, kann die negative Elektrode während des Ladens bei niedriger Temperatur metallisch lithium platt ieren, das selbst bei wiederholten Zyklen möglicher weise nicht entfernbar ist. Aus Sicherheits gründen erlauben die meisten mit Lithium-Ionen-Batterien ausgestatteten Geräte kein Laden außerhalb des Bereichs von 0-45 °C. mit Ausnahme von Mobiltelefonen, die bei der Erkennung eines laufenden Notrufs eine gewisse Aufladung ermöglichen können.

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