Что такое литий-ионный аккумулятор?

Литий-ионный аккумулятор — это перезаряжаемый аккумулятор, который заряжается и разряжается, когда ионы лития перемещаются между положительными и отрицательными электродами.

Они используются в электромобилях, промышленных аккумуляторных батареях, смартфонах и ноутбуках. По сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами напряжение выше, а соотношение активных материалов, которые могут хранить энергию в аккумуляторе, меньше, что дает преимущество в виде уменьшения размера аккумулятора по сравнению с аккумуляторами с тем же количеством энергии.

Аккумуляторы — это продукты, которые портятся, поскольку они многократно заряжаются и разряжаются и в конечном итоге достигают конца своего срока службы. Литий-ионные аккумуляторы не являются исключением, но было подтверждено, что они имеют более длительный срок службы, чем другие аккумуляторы, в испытании на выносливость, называемом циклическим испытанием.

Применение литий-ионных аккумуляторов

Типичные области применения литий-ионных аккумуляторов включают ИТ, автомобилестроение и энергетику.

Литий-ионные аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии, что позволяет производить небольшие, тонкие и высокоемкие аккумуляторы. Такие приложения, как мобильные телефоны и ноутбуки, требуют более компактных и легких аккумуляторов, и литий-ионные аккумуляторы широко используются для удовлетворения этих требований, причем литий-ионные аккумуляторы используются практически во всех продуктах.

Они также используются в качестве средних и крупных аккумуляторов для электромобилей (ЭМ) и систем накопления энергии, используя их высокую электрическую емкость.

Структура литий-ионного аккумулятора

Литий-ионный аккумулятор похож на типичный аккумулятор, состоящий из катода, анода и электролита, в который они погружены.

Катод и анод разделены мембраной, называемой сепаратором, которая пропускает ионы лития, но не электроны, а зазор между ними заполнен электролитами. Ионы лития в электролите перемещаются от положительного электрода к отрицательному во время зарядки, создавая разность потенциалов (напряжение) между отрицательным и положительным электродами, которая может быть подключена к нужной цепи для генерации тока (разряда).

При зарядке ионы лития переносятся из активного материала положительного электрода в активный материал отрицательного электрода путем приложения внешнего напряжения. После зарядки ионы лития могут снова двигаться в направлении разряда, поэтому аккумулятор можно многократно использовать для зарядки и разрядки.

Другая информация о литий-ионных аккумуляторах

1. Материалы электродов

Катодоактивные материалы в основном представляют собой оксиды на основе лития, такие как оксид лития-кобальта (LCO). Тип катодного активного материала значительно влияет на производительность литий-ионных аккумуляторов.

Материалы на основе углерода, такие как искусственный графит, натуральный графит и твердый углерод, являются основными активными материалами для отрицательного электрода. Менее распространенные материалы включают сплавы кремния (Si) и олова (Sn) и оксиды лития, такие как титан (Ti) и ниобий (Nb).

2. Уравнение реакции разряда в литий-ионной батарее

Уравнение реакции разряда в литий-ионном аккумуляторе различается в зависимости от типа оксида металла и других факторов, но ниже приведен пример. При зарядке реакция происходит в противоположном направлении, чем при разрядке, т. е. с правой стороны на левую.

Реакция на катодной стороне: Li(1-x)MO2 + xLi^(+) + xe^(-) → LiMO2
*M — металлический элемент
Реакция на анодной стороне: LixC → C + xLi^(+) + xe^(-)
Реакция всей системы: Li(1-x)MO2 + LixC → LiMO2 + C

3. Безопасность литий-ионных аккумуляторов

Аномальное выделение тепла в литий-ионных аккумуляторах
Электролит, используемый в литий-ионных аккумуляторах, представляет собой органический растворитель на основе карбоната, который легко воспламеняется. Поэтому, если литий-ионный аккумулятор выходит из строя и температура слишком сильно повышается, это может привести к пожару или взрыву.

Большинство случаев аномального тепловыделения вызвано коротким замыканием (КЗ) между электродами. Короткие замыкания между электродами могут быть вызваны различными факторами, такими как сильные внешние удары и осаждение металлического лития (литиевые дендриты) в электродах. Несчастные случаи, связанные с возгоранием литий-ионных аккумуляторов, могут произойти не только при неправильном обращении, но и при нормальном использовании.

Как предотвратить несчастные случаи, связанные с возгоранием литий-ионных аккумуляторов

Большинство несчастных случаев, связанных с возгоранием литий-ионных аккумуляторов, вызваны неправильным использованием. Поэтому необходимо понимать правильное обращение с литий-ионными аккумуляторами, чтобы предотвратить несчастные случаи, связанные с возгоранием. Конкретные меры предосторожности следующие.

Всегда используйте зарядное устройство, указанное производителем при зарядке.
Если вы заметили что-то необычное во время зарядки, немедленно прекратите использование аккумулятора и обратитесь к производителю или продавцу.
Если литий-ионный аккумулятор вздулся или издает странный запах, прекратите его использование и замените на новый. Также важно не разбирать и не заменять литий-ионный аккумулятор принудительно, так как в некоторых продуктах его трудно заменить и это не рекомендуется.

Также важно выбирать продукты с гарантированной безопасностью. Продукты, которые прошли установленные правительством стандарты безопасности, маркируются знаком PSE, который указывает на безопасность.