فهم سريع لخصائص ومسببات بطاريات الليثيوم الست الشائعة (1/6)

كثيرا ما نتحدث عن بطاريات الليثيوم الثلاثي أو بطاريات الليثيوم الحديد ، والتي سميت بعد بطاريات الليثيوم وفقا للمواد النشطة الإيجابية. في هذه الورقة ، يتم تلخيص ستة أنواع شائعة من بطاريات الليثيوم ومعاملات الأداء الرئيسية الخاصة بها. كما نعلم جميعا ، فإن المعلمات المحددة لنفس خط التكنولوجيا ليست هي نفسها بالضبط. يوضح هذا البحث المستوى العام للمعلمات الحالية. ستة أنواع من بطاريات الليثيوم تشمل: أكسيد الكوبالت الليثيوم (LiCoO 2) ، المنجنيث الليثيوم (LiMnO 4) ، المنغنيز النيكل الكوبالت الليثيوم (LiNiMnCoO 2 أو NMC) ، الليثيوم نيكل الكوبالت ألومينات (LiNiCoAlO 2 أو NCA) ، ليثيوم فوسفات الحديد (LiFePO4) تيتانات الليثيوم (Li4Ti5O12

أكسيد الكوبالت الليثيوم

تجعل طاقته الخاصة العالية من أكسيد الليثيوم الكوبالت خيارًا شائعًا للهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات الرقمية. البطارية تتكون من الكاثود أكسيد الكوبالت وأنود الكربون الجرافيت. الكاثود له بنية متعددة الطبقات. أثناء التفريغ ، تتحرك أيونات الليثيوم من الأنود إلى القطب السالب ، بينما تتدفق عملية الشحن في الاتجاه المعاكس. يظهر الهيكل في الشكل 1.

الشكل 1: هيكل أكسيد الكوبالت الليثيوم

الكاثود له بنية متعددة الطبقات. أثناء التفريغ ، تتحرك أيونات الليثيوم من الأنود إلى القطب السالب ، وتتدفق من الكاثود إلى الأنود أثناء الشحن. عيوب الليثيوم الكوبالت هي حياة قصيرة نسبيا ، واستقرار حراري منخفض وقدرة تحميل محدودة (طاقة محددة). مثل بطاريات الليثيوم أيون المختلطة بالكوبالت الأخرى ، يستخدم أكسيد الكوبالت الليثيوم أنود الجرافيت. وتقتصر فترة دورانه بشكل أساسي على واجهة الكهارل الصلبة (SEI) ، والتي تتجلى بشكل رئيسي في سماكة طبقة SEI التدريجية ومشكلة طلاء الليثيوم أثناء الشحن السريع أو الشحن منخفض الحرارة. يضيف نظام المواد الأحدث النيكل والمنجنيز و / أو الألومنيوم لتحسين عمر الخدمة ، وقدرة الحمولة وخفض التكاليف.

لا ينبغي شحن أكسيد الكوبالت الليفي وتفريغه في التيارات فوق السعة. هذا يعني أنه يمكن شحن 18650 بطارية مع 2،400 ميللي أمبير في الساعة فقط وتفريغها في أقل من أو يساوي 2400 مللي أمبير. ﺳوف ﯾؤدي اﻟﺷﺣن اﻟﺳرﯾﻊ أو ﺗطﺑﯾق اﻷﺣﻣﺎل اﻟﺗﻲ ﺗزﯾد ﻋن 2400 ﻣﯾل أﻣﺑﯾر ﻋﻟﯽ ارﺗﻔﺎع درﺟﺔ اﻟﺣرارة واﻹﺟﮭﺎد اﻟزاﺋد. من أجل الحصول على أفضل معدل شحن سريع ، توصي الشركة المصنعة بمعدل شحن يبلغ 0.8C أو حوالي 2000 ميلي أمبير. تحد دائرة حماية البطارية من معدل الشحن والتفريغ لوحدة الطاقة إلى مستوى آمن يبلغ حوالي 1C.

يلخص مخطط العنكبوت السداسي (الشكل 2) أداء الليثيوم الكوبالت في طاقة أو قدرة محددة مرتبطة بالتشغيل ؛ قوة محددة أو القدرة على توفير تيار كبير ؛ سلامة؛ الأداء في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والمنخفضة ؛ الحياة بما في ذلك التقويم ودورة الحياة. خصائص التكلفة. وتشمل السمات المهمة الأخرى غير المبينة في مخطط العنكبوت السمية وسعة الشحن السريع والتفريغ الذاتي وعمر التخزين.

الشكل 2: مخطط العنكبوت متوسط ​​بطاريات الليثيوم الكوبالت.

يتميز الكوبالت الليثيوم بأداء ممتاز في مجال الطاقة العالية ، ولكنه لا يمكن إلا أن يوفر أداءً عامًا في خصائص الطاقة والسلامة ودورة الحياة.