اخبار شرکت 【باتری BAIDUN】 عمر باتری لیتیومی سه تایی و مزایا و معایب

خلاصه

باتری لیتیومی سه تایی چیست؟در طبیعت، لیتیوم سبک ترین فلز با کمترین جرم اتمی است.وزن اتمی آن 6.94g/mol و ρ=0.53g/cm3 است.لیتیوم از نظر شیمیایی فعال است و به راحتی الکترون ها را از دست می دهد و به Li+ اکسید می شود، بنابراین پتانسیل الکترود استاندارد منفی ترین است، -3.04

باتری لیتیومی سه تایی چیست؟

در طبیعت، لیتیوم سبک ترین فلز با کمترین جرم اتمی است.وزن اتمی آن 6.94g/mol و ρ=0.53g/cm3 است.لیتیوم از نظر شیمیایی فعال است و به راحتی الکترون ها را از دست می دهد و به Li+ اکسید می شود.بنابراین، پتانسیل الکترود استاندارد منفی ترین است، -3.045V، و معادل الکتروشیمیایی کوچکترین، 0.26g/Ah است.این ویژگی های لیتیوم مشخص می کند که این ماده بسیار با انرژی ویژه بالا است.باتری لیتیومی سه تایی به باتری ثانویه لیتیومی اطلاق می شود که از سه اکسید فلزی واسطه نیکل، کبالت و منگنز به عنوان ماده الکترود مثبت استفاده می کند.این به طور کامل عملکرد چرخه خوب اکسید کبالت لیتیوم، ظرفیت ویژه بالای لیتیوم نیکلات و ایمنی بالا و هزینه کم لیتیوم منگنات را ادغام می کند.برای سنتز نیکل از روش های اختلاط سطح مولکولی، دوپینگ، پوشش و اصلاح سطح استفاده می کند.کبالت، منگنز و سایر اکسیدهای ترکیبی لیتیوم کامپوزیتی چند عنصری.این یک باتری قابل شارژ لیتیوم یونی است که به طور گسترده مورد تحقیق و استفاده قرار گرفته است.

عمر باتری لیتیومی سه تایی

به اصطلاح عمر باتری لیتیومی به این اطلاق می شود که ظرفیت باتری به 70 درصد ظرفیت اسمی کاهش می یابد (ظرفیت باتری در دمای اتاق 25 درجه سانتی گراد، فشار اتمسفر استاندارد و تخلیه در 0.2 درجه سانتی گراد) پس از مدتی. که می توان آن را پایان زندگی دانست.در صنعت، عمر چرخه به طور کلی با تعداد چرخه های باتری های لیتیومی کاملاً شارژ و دشارژ شده محاسبه می شود.در فرآیند استفاده، یک واکنش الکتروشیمیایی برگشت ناپذیر در داخل باتری لیتیومی رخ می دهد که منجر به کاهش ظرفیت می شود، مانند تجزیه الکترولیت، غیرفعال شدن مواد فعال، فروپاشی ساختار الکترود مثبت و منفی و کاهش. در تعداد یون های لیتیوم وارد شده و استخراج شده و غیره.آزمایش‌ها نشان داده‌اند که نرخ تخلیه بالاتر منجر به تضعیف سریع‌تر ظرفیت می‌شود.اگر جریان تخلیه کمتر باشد، ولتاژ باتری به ولتاژ تعادل نزدیک می شود و انرژی بیشتری آزاد می شود.

عمر تئوری یک باتری لیتیومی سه تایی حدود 800 سیکل است که در میان باتری های لیتیومی قابل شارژ تجاری متوسط ​​است.لیتیوم فسفات آهن حدود 2000 چرخه است، در حالی که گفته می شود لیتیوم تیتانات می تواند به 10000 چرخه برسد.در حال حاضر، سازندگان اصلی باتری بیش از 500 بار (شارژ و دشارژ در شرایط استاندارد) در مشخصات باتری های سه تایی خود قول می دهند.با این حال، پس از مونتاژ باتری ها در یک بسته باتری، به دلیل مشکلات سازگاری، ولتاژ اصلی و مقاومت داخلی نمی تواند دقیقاً یکسان باشد و عمر چرخه آن حدود 400 برابر است.سازنده توصیه می کند که پنجره استفاده از SOC 10٪ تا 90٪ باشد.شارژ و دشارژ عمیق توصیه نمی شود، در غیر این صورت آسیب های جبران ناپذیری به ساختار مثبت و منفی باتری وارد می کند.اگر با شارژ کم عمق و دبی کم عمق محاسبه شود، عمر چرخه حداقل 1000 برابر خواهد بود.علاوه بر این، اگر باتری های لیتیومی به طور مکرر در محیط های با سرعت و دمای بالا تخلیه شوند، عمر باتری به شدت به کمتر از 200 برابر کاهش می یابد.

مزایا و معایب باتری لیتیومی سه تایی

باتری لیتیومی سه تایی از نظر ظرفیت و ایمنی نسبتاً متعادل است و باتری با عملکرد کلی عالی است.عملکردها، مزایا و معایب اصلی سه عنصر فلزی به شرح زیر است:

Co3+: کاهش فضای اختلاط کاتیون، تثبیت ساختار لایه ای ماده، کاهش مقدار امپدانس، افزایش هدایت الکتریکی، و بهبود چرخه و عملکرد سرعت.

Ni2+: می تواند ظرفیت ماده را افزایش دهد (افزایش چگالی انرژی حجمی ماده) و به دلیل مشابه بودن شعاع لی و نیکل، نیکل بیش از حد نیز به دلیل پدیده جابجایی لی، باعث مخلوط شدن لیتیوم و نیکل می شود. و غلظت یونهای نیکل در لایه لیتیوم هر چه مقدار آن بزرگتر باشد، جداسازی لیتیوم در ساختار لایه ای دشوارتر است و در نتیجه عملکرد الکتروشیمیایی ضعیفی دارد.

Mn4+: نه تنها می تواند هزینه مواد را کاهش دهد، بلکه می تواند ایمنی و پایداری مواد را نیز بهبود بخشد.با این حال، محتوای بیش از حد منگنز به راحتی یک فاز اسپینل را تشکیل می دهد و ساختار لایه ای را از بین می برد و ظرفیت را کاهش می دهد و چرخه را کاهش می دهد.

چگالی انرژی بالا بزرگترین مزیت باتری های لیتیومی سه تایی است و پلت فرم ولتاژ یک شاخص مهم از چگالی انرژی باتری است که کارایی و هزینه اولیه باتری را تعیین می کند.هرچه پلت فرم ولتاژ بالاتر باشد، ظرفیت ویژه بزرگتر است، بنابراین با همان حجم، وزن و حتی همان باتری آمپر، باتری لیتیومی سه تایی با پلت فرم ولتاژ بالاتر عمر باتری بیشتری دارد.پلت فرم ولتاژ تخلیه باتری لیتیومی سه تایی به اندازه 3.7 ولت، فسفات آهن لیتیوم 3.2 ولت و لیتیوم تیتانات تنها 2.3 ولت است.بنابراین، از منظر چگالی انرژی، باتری لیتیوم سه تایی بهتر از فسفات آهن لیتیوم، لیتیوم منگنات یا لیتیوم تیتانات است.

ایمنی ضعیف و عمر چرخه کوتاه، کاستی های اصلی باتری های لیتیومی سه تایی است، به ویژه عملکرد ایمنی، که یک عامل اصلی است که تطابق در مقیاس بزرگ و کاربردهای یکپارچه در مقیاس بزرگ را محدود کرده است.تعداد زیادی از آزمایش‌های واقعی نشان می‌دهد که برای باتری‌های سه تایی با ظرفیت بزرگ‌تر گذراندن تست‌های ایمنی مانند طب سوزنی و شارژ بیش از حد دشوار است.همچنین به همین دلیل است که عناصر منگنز بیشتری به طور کلی در باتری‌های با ظرفیت زیاد یا حتی با منگنات لیتیوم مخلوط می‌شوند.عمر چرخه 500 بار در وسط باتری لیتیومی است، بنابراین زمینه اصلی کاربرد باتری لیتیومی سه تایی محصولات الکترونیکی مصرفی مانند دیجیتال 3C است.