Is ceallraí tánaisteach (ceallraí in-athluchtaithe) é ceallraí litiam-ian a bhíonn ag brath go príomha ar ghluaiseacht ian litiam idir an leictreoid dhearfach agus an leictreoid dhiúltach le hoibriú. Le linn an phróisis muirir agus scaoilte, tá Li+ leabaithe agus dí-leabaithe idir an dá leictreoid: nuair a bhíonn sé á ghearradh, tá Li+ dí-leabaithe ón leictreoid dhearfach agus leabaithe sa leictreoid dhiúltach tríd an leictrilít, agus tá an leictreoid dhiúltach i stát saibhir litiam; Nuair a scaoiltear amach é, tá a mhalairt fíor.
Cuid 1: Réamhrá ar chadhnraí
Roinntear cadhnraí litiam i gcadhnraí litiam agus i gcadhnraí litiam-ian. Baineann fóin phóca agus ríomhairí glúine úsáid as cadhnraí litiam-ian, ar a dtugtar cadhnraí litiam go coitianta. Is iondúil go n-úsáideann cadhnraí ábhair ina bhfuil eilimintí litiam mar leictreoidí agus go bhfuil siad ionadaíoch ar chadhnraí ardfheidhmíochta nua-aimseartha. Mar sin féin, is annamh a úsáidtear cadhnraí litiam fíor i dtáirgí leictreonacha laethúla mar gheall ar a riosca ard.
D'fhorbair Sony Corporation sa tSeapáin cadhnraí litiam-ian den chéad uair i 1990. Leagann sé iain litiam isteach i gcarbón (cóc peitriliam agus graifít) chun leictreoid dhiúltach a chruthú (úsáideann cadhnraí litiam traidisiúnta litiam nó cóimhiotal litiam mar leictreoid dhiúltach). Is iondúil go n -úsáidtear LixCoO2 mar an t -ábhar dearfach leictreoid, agus úsáidtear Lixnio2 agus LixmnO4 freisin. LIPF 6+ Úsáidtear carbónáit dé -eitiléine (EC)+démheitil carbónáit (DMC) mar an leictrilít.
Tá cóc peitriliam agus graifít neamhthocsaineach agus flúirseach in acmhainní mar ábhair leictreoidí diúltacha. Tá ian litiam leabaithe i gcarbón, a sháraíonn gníomhaíocht ard litiam agus a réitíonn fadhbanna sábháilteachta cadhnraí litiam traidisiúnta. Is féidir leis an leictreoid dhearfach LixCoO2 ardleibhéal a bhaint amach agus feidhmíocht agus saol a scaoileadh amach, rud a laghdaíonn an costas. I mbeagán focal, feabhsaítear feidhmíocht chuimsitheach na gcadhnraí litiam-ian. Táthar ag súil go mbeidh cadhnraí litiam-ian i margadh mór sa 21ú haois.
Cuid 2: Difríochtaí ceallraí
Is furasta cadhnraí litiam-ian a mheascadh leis an dá chadhnra seo a leanas
Cadhnraí litiam: Úsáid litiam mhiotalach mar an leictreoid dhiúltach.
Cadhnraí Litiam-ian: Úsáid leictrilítí orgánacha leachtacha leachtacha neamh-uiscí.
Cadhnraí polaiméirí litiam-ian: Bain úsáid as polaiméirí chun tuaslagóirí orgánacha leachtacha a fhoirmiú, nó bain úsáid go díreach as leictrilítí uile-sholadach. Is iondúil go n-úsáideann cadhnraí litiam-ian ábhair charbóin graifíte mar leictreoidí diúltacha.
Cuid 3: Príomhchineálacha
De réir na n-ábhar leictrilít éagsúla a úsáidtear i gcadhnraí litiam-ian, roinntear cadhnraí litiam-ian i gcadhnraí litiam-ian leachtacha (ceallraí liciam liciam-ian, dá ngairtear LIB), cadhnraí comhdhlúite litiam-ian agus cadhnraí litiam-ian polaiméirí (ceallraí litiam-ian polaiméirí, dá dtagraítear mar PLB).
3.1 cadhnraí litiam-ian leachtacha
Is iad cadhnraí litiam-ian athluchtaithe na cadhnraí is mó a úsáidtear i dtáirgí digiteacha nua-aimseartha ar nós fóin phóca agus ríomhairí glúine. Dá bhrí sin, tá comhpháirteanna cosanta nó ciorcaid chosanta ar an gceallra chun cosc a chur ar chadhnraí costasacha a bheith damáiste. Tá riachtanais muirir ceallraí litiam-ian an-ard. Chun a chinntiú go bhfuil cruinneas an voltais foirceanta laistigh de ± 1%, tá mór-mhonaróirí feistí leathsheoltóra tar éis ICS éagsúla a fhorbairt chun a chinntiú go bhfuil siad sábháilte, iontaofa agus tapa.
Tá cadhnraí litiam-ian feistithe le fóin phóca príomhshrutha. Tá an úsáid cheart a bhaintear as cadhnraí litiam-ian an-tábhachtach chun saol na gceallraí a leathnú. Is féidir é a dhéanamh i gcruth dronuilleogach, sorcóireach, dronuilleogach agus cnaipe de réir riachtanais táirgí leictreonacha éagsúla, agus tá pacáistí ceallraí comhdhéanta de roinnt cadhnraí atá nasctha i sraith agus comhthreomhar. De ghnáth is é 3.7V an voltas rátáilte de chadhnraí litiam-ian mar gheall ar athruithe ábhartha, agus is é 3.2V leictreoidí dearfacha fosfáit iarainn litiam. Is iondúil go mbíonn an voltas muirear deiridh nuair a ghearrtar go hiomlán é 4.2V, agus is é 3.65V fosfáit iarainn litiam. Is é an voltas urscaoilte deiridh de chadhnraí litiam-ian ná 2.75V go 3. Tugtar ró-urscaoileadh ar leanúint ar aghaidh le hurscaoileadh faoi bhun 2.5V (2.
Níl cadhnraí litiam-ian le hábhair de chineál ocsaíd litiam mar leictreoidí dearfacha oiriúnach do urscaoileadh ard-reatha. Laghdóidh urscaoileadh iomarcach reatha an t -am scaoilte (ginfear teocht níos airde taobh istigh agus caillfear fuinneamh), agus d'fhéadfadh sé a bheith contúirteach; Ach is féidir cadhnraí litiam le litiam iarann fosfáite a ghearradh agus a urscaoileadh ag sruth ard de 20C nó níos mó fós (is é C cumas na ceallraí, amhail C =800 mah, ciallaíonn ráta muirir 1C go bhfuil muirear reatha 800mA), atá an -oiriúnach do fheithiclí leictreacha. Dá bhrí sin, tugann an déantúsóir ceallraí an sruth uasta scaoilte, ar chóir dó a bheith níos lú ná an t -uasmhéid sruth scaoilte le linn úsáide.
Tá riachtanais áirithe teochta ag cadhnraí litiam-ian. Tugann an mhonarcha an raon teochta muirir, raon teochta scaoilte agus raon teochta stórála. Déanfaidh muirear overvoltage damáiste buan do chadhnraí litiam-ian. Ba chóir an sruth muirir de chadhnraí litiam-ian a bheith bunaithe ar mholtaí an mhonaróra ceallraí, agus tá gá le ciorcad teorannaithe reatha chun forshrutha (róthéamh) a sheachaint.
Is é an ráta muirir a úsáidtear go coitianta ná 0. 25c ~ 1c. Nuair a bhíonn sruth mór á ghearradh air, is minic a bhraitear teocht na ceallraí chun cosc a chur ar róthéamh ó dhochar a dhéanamh don cheallra nó chun pléascadh a dhéanamh.
Tá muirear ceallraí litiam-ian roinnte ina dhá chéim: muirear reatha leanúnach a ghearradh ar dtús, agus ansin muirear voltais tairiseach nuair a bhíonn sé gar don voltas foirceanta. Mar shampla, tá voltas muirir de 4.2V ag ceallraí a bhfuil toilleadh 800mAh aige. Gearrtar an ceallraí ag sruth tairiseach de 800mA (is é 1C an ráta muirir). Ag an tús, méadaíonn an voltas ceallraí le fána mór. Nuair a bhíonn an voltas ceallraí gar do 4.2V, athraítear é go 4.2V muirir voltais tairiseach, laghdaíonn an sruth de réir a chéile, agus ní athraíonn an voltas mórán. Nuair a thiteann an sruth muirir go 1\/10-50 c (Tá luach suímh gach monarcha difriúil agus ní théann sé i bhfeidhm ar an úsáid), meastar go bhfuil sé gar go hiomlán agus is féidir an muirear a fhoirceannadh (tosaíonn roinnt luchtairí an t -amadóir tar éis 1\/10c agus críochnaíonn sé an muirear tar éis tréimhse áirithe ama).
3.2 Battery Litiam-ian comhdhlúite
Ar 19 Aibreán, 2023, d'eisigh CATL ceallraí comhdhlúite le dlús fuinnimh suas le 500Wh\/kg, a mbeidh acmhainn olltáirgeachta aige laistigh de 2023.
Cuid 4: Prionsabal Oibre
Baineann cadhnraí litiam-ian úsáid as ábhair charbóin mar leictreoidí diúltacha agus comhdhúile ina bhfuil litiam mar leictreoidí dearfacha. Níl aon litiam mhiotalach ann, ach ian litiam amháin. Is ceallraí litiam-ian é seo. Tagraíonn cadhnraí litiam-ian don téarma ginearálta le haghaidh cadhnraí le comhdhúile litiam ian leabaithe mar ábhair leictreoidí dearfacha. Is é an próiseas muirir agus urscaoilte cadhnraí litiam-ian an próiseas leabú ian litiam agus dí-leabaithe. Le linn na n-ian litiam a leabú agus a dhí-leabaithe, déantar leictreoin choibhéiseacha le hiain litiam a leabú agus a dhí-sheinm (is gnách go n-úsáidfí leabaiú nó dí-leabaithe chun an leictreoid dhearfach a léiriú, agus an leictreoid dhiúltach a chur isteach nó a chur isteach nó a dhí-ionchorprú). Le linn muirir a ghearradh agus a urscaoileadh, déantar ian litiam a neadú\/dí-leabaithe agus cuirtear isteach\/dí-ionsú iad ar ais agus amach idir na leictreoidí dearfacha agus diúltacha, ar a dtugtar "ceallraí cathaoir rocking" go beacht.
Nuair a ghearrtar an ceallraí, gintear ian litiam ar leictreoid dhearfach na ceallraí, agus bogann na hiain litiam ginte go dtí an leictreoid dhiúltach tríd an leictrilít. Tá struchtúr layered ag an gcarbón mar an leictreoid dhiúltach agus tá go leor micropores ann. Tá na hiain litiam a shroicheann an leictreoid dhiúltach leabaithe i micropores an chiseal carbóin. Dá mhéad ian litiam atá leabaithe, dá airde an cumas muirir. Ar an gcaoi chéanna, nuair a scaoiltear an ceallraí (is é sin, an próiseas chun an ceallraí a úsáid), scaoiltear na hiain litiam atá leabaithe i gciseal carbóin an leictreoid dhiúltaigh agus bogann siad ar ais go dtí an leictreoid dhearfach. Dá mhéad ian litiam a fhilleann ar an leictreoid dhearfach, dá airde an acmhainn scaoilte.
Pictiúr
Go ginearálta, tá an sruth muirir de chadhnraí litiam socraithe idir 0. 2c agus 1c. Dá mhéad an sruth, is ea is tapúla an muirear, agus is ea is mó teas na ceallraí. Thairis sin, má tá an sruth ró -mhór, ní bheidh an cumas iomlán, mar go dtógann an t -imoibriú leictriceimiceach taobh istigh den cheallraí am. Díreach mar bheoir a dhoirteadh, má dhoirteann tú é ró -thapa, tabharfaidh sé cúr agus ní bheidh sé iomlán.
Cuid 5: Comhpháirteanna
Sraith bhlaosc cruach\/bhlaosc alúmanaim\/pacáistiú sorcóireach\/bog
Leictreoid dhearfach: Is iondúil gur ocsaíd mangainéise litiam nó ocsaíd cóbalt litiam, ábhar ocsaíd mangainéise nicil nicil, agus go n -úsáideann rothair leictreacha ocsaíd mangainéise nicil (ar a dtugtar go hiondúil ar a dtugtar trínártha) nó trínártha + méid beag ocsaíd mangainéise litiam. Tá ocsaíd mangainéise litiam íon agus fosfáit iarainn litiam ag dul i léig de réir a chéile mar gheall ar mhéid mór, drochfheidhmíocht nó costas ard. Úsáideann an bailitheoir reatha seoltaí scragall alúmanaim leictrealaíoch le tiús 10-20 miocrón.
Scairt: scannán polaiméir atá déanta go speisialta le struchtúr microporous a ligeann d'iain litiam pas a fháil faoi shaoirse, ach ní féidir le leictreoin pas a fháil.
Leictreoid dhiúltach: Is é an t-ábhar gníomhach graifít, nó carbón le struchtúr cosúil le graifít, agus úsáideann an bailitheoir reatha seoltaí scragall copair leictrealaíoch le tiús 7-15 miocrón.
Electrolyte: tuaslagóirí carbónáit a dhíscaoileann hexafluorophosphate litiam, agus úsáideann polaiméirí leictrilítí glóthach.
Blaosc ceallraí: roinnte ina bhlaosc cruach (is annamh a úsáidtear i gcadhnraí cearnacha), bhlaosc alúmanaim, blaosc iarainn nicil-phlátáilte (a úsáidtear i gcadhnraí sorcóireacha), scannán plaisteach alúmanaim (pacáistiú bog), etc., chomh maith leis an gcaipín ceallraí, atá mar chríochfort dearfach agus diúltach an cheallraí freisin.
Cuid 6: Comhdhéanamh ceallraí
Cosúil le gach cadhnraí ceimiceacha, tá trí chuid de chadhnraí litiam-ian comhdhéanta de thrí chuid freisin: leictreoid dhearfach, leictreoid dhiúltach agus leictrilít. Is ian litiam iad na hábhair leictreoidí ar féidir iad a neadú (curtha isteach)\/dí-leabaithe (dí-ionchorpraithe).
6.1 Ábhair leictreoidí dearfacha
1) Ábhair leictreoidí dearfacha
Tá go leor ábhar leictreoid dearfach roghnach ann, agus úsáideann táirgí príomhshrutha fosfáit iarainn litiam den chuid is mó. Comparáid idir ábhair leictreoidí dearfacha éagsúla:
| Ábhar catóide | Meán voltas aschuir | Dlús fuinnimh |
| LICOO2 | 3.7 V | 140 mA\/g |
| Li2mno3 | 3.7 V | 100 mA\/g |
| LifePo4 | 3.2 V | 130 mA\/g |
| Li2fepo4f | 3.6 V | 115 mA\/g |
2) imoibriú dearfach leictreoid
Cuirtear iain litiam isteach le linn urscaoilte agus dí -chomhdhlúite le linn muirir.
Nuair a bhíonn tú ag gearradh: lifepo4 → li 1- xfepo 4 + xli ++ xe-
Nuair a scaoiltear amach: li 1- xFepo 4+ xli ++ xe- → LifePo4
6.2 Ábhair leictreoidí diúltacha
1) Ábhair leictreoidí diúltacha
Úsáidtear graifít den chuid is mó. Fuair taighde nua amach gur ábhar níos fearr é Titanates. Imoibriú Diúltach Leictreoid: Cuirtear ian litiam isteach le linn muirir agus déantar iad a dhí -chomhdhlúthú le linn urscaoilte.
Agus tú ag gearradh: xli ++ xe -+ 6 C → lixc6
Nuair a scaoiltear amach: lixc6 → xli ++ xe {-+ 6 c c
Go ginearálta roinnte sna catagóirí seo a leanas:
Ábhair leictreoidí diúltacha carbóin: Is ábhair charbóin iad na hábhair leictreoidí diúltacha a úsáidtear i gcadhnraí litiam-ian go bunúsach, mar shampla graifít shaorga, graifít nádúrtha, miocróib charbóin mesophase, cóc peitriliam, snáithín carbóin, carbón roisín pirilíteach, etc.
Ábhair leictreoidí diúltacha atá bunaithe ar stáin: Is féidir ábhair leictreoidí diúltacha stáin-bhunaithe a roinnt ina dhá chineál: ocsaíd stáin agus ocsaíd ilchodach stáin-bhunaithe. Tagraíonn ocsaíd do ocsaídí de stáit éagsúla stáin miotail. Níl aon táirgí tráchtála ann.
Ábhair leictreoidí diúltacha miotail idirthréimhseacha litiam: gan aon táirgí tráchtála.
Ábhair leictreoidí diúltacha cóimhiotail: lena n-áirítear cóimhiotail stáin-bhunaithe, cóimhiotail sileacain-bhunaithe, cóimhiotail-bhunaithe Gearmánach, cóimhiotail alúmanaim-bhunaithe, cóimhiotail antamóin-bhunaithe, cóimhiotail mhaignéisiam-bhunaithe agus cóimhiotail eile, gan aon táirgí tráchtála.
Ábhair leictreoidí diúltacha nana-scála: Feadáin charbóin nana, ábhair chóimhiotail nana.
Is ábhair ocsaíd nana iad nana ábhair nana: De réir na dtreochtaí forbartha margaidh is déanaí den tionscal fuinnimh nua ceallraí litiam in 2009, tá go leor cuideachtaí ag tosú ag úsáid ocsaíd nana tíotáiniam agus ocsaíd nana sileacain chun cur leis an ngraifít thraidisiúnta, ocsaíd stáin, agus feadáin charbóin nana, ag feabhsú go mór agus ag feabhsú na n -amanna cadhnraí agus na n -amanna díchuir.
6.3 leictrilít
Tuaslagáit: Is minic a úsáidtear salainn litiam, mar shampla litiam perchlorate (LICLO4), litiam hexafluorophosphate (LIPF6), agus litiam tetrafluoroborate (libf4).
Tuaslagóir: Ós rud é go bhfuil voltas oibre na ceallraí i bhfad níos airde ná an voltas dianscaoilte d'uisce, is minic a úsáidtear tuaslagóirí orgánacha i gcadhnraí litiam-ian, amhail éitear, carbónáit eitiléine, carbónáit próipiléine, carbónáit dé-eitile, srl. éighníomhach. Tugann tuaslagóirí orgánacha saincheisteanna sábháilteachta freisin mar inadhainteacht agus pléascadh.
6.4 Cumhdach Seolta
Scragall alúmanaim atá brataithe le carbón le haghaidh cadhnraí (sciath seoltaí)
Buntáistí a bhaineann le scragall alúmanaim atá brataithe le carbón in iarratais ceallraí litiam-ian
Bac a chur ar pholarú ceallraí, éifeachtaí teirmeacha a laghdú, agus feidhmíocht ráta a fheabhsú;
Friotaíocht inmheánach ceallraí a laghdú agus an méadú ar fhriotaíocht inmheánach dhinimiciúil a laghdú go suntasach le linn an phróisis rothaíochta;
Comhsheasmhacht ard, saol timthriall ceallraí a mhéadú;
Greamaitheacht ard idir substaintí gníomhacha agus bailitheoirí reatha, ag laghdú costas déantúsaíochta na bpíosaí cuaille;
Cosain an bailitheoir reatha ó bheith creimthe ag an leictrilít;
Feabhas a chur ar fheidhmíocht próiseála ábhar fosfáite iarainn litiam agus litiam titanate.
Is nuálaíocht theicneolaíoch ceannródaíoch é cótaí feidhmiúla a úsáid chun dromchla an tsubstráit seoltaí ceallraí a chóireáil. Is é atá i gceist le scragall alúmanaim\/scragall copair atá brataithe le carbón ná an graifít nana-shiúlóide agus na cáithníní carbóin scaipthe a chóta go cothrom agus go mín ar an scragall alúmanaim\/scragall copair. Is féidir leis seoltacht statach den scoth a sholáthar agus microcurrent an ábhair ghníomhaigh a bhailiú, rud a laghdaíonn go mór an fhriotaíocht teagmhála idir an t -ábhar dearfach\/diúltach leictreoid agus an bailitheoir, agus is féidir leis an greamaitheacht idir an dá cheann a fheabhsú, rud a fhéadann méid an cheanglóra a úsáidtear a laghdú, rud a fheabhsaíonn go suntasach feidhmíocht fhoriomlán na ceallraí. Tá an sciath roinnte ina dhá chineál: uisce-bhunaithe (córas uiscí) agus ola-bhunaithe (córas tuaslagóra orgánaigh).
Cuid 7: Buntáistí agus Míbhuntáistí
7.1 Buntáistí
Ardvoltas: Tá voltas oibriúcháin cille aonair chomh hard le 3. 7-3.
Fuinneamh mór sonrach: Is é an fuinneamh sonrach iarbhír is féidir a bhaint amach ná thart ar 555Wh\/kg, is é sin, is féidir leis an ábhar cumas sonrach de níos mó ná 150mAh\/g (3-4 a bhaint amach níos mó ná Ni-CD, 2-3 amanna Ni-MH), atá gar do thart ar 88% dá luach teoiriciúil.
Saol Rothaíochta Fada: Go ginearálta, is féidir leis teacht ar níos mó ná 500 uair, nó fiú níos mó ná 1000 uair, agus is féidir le fosfáit iarainn litiam teacht ar 8000 uair. Maidir le fearais leictreacha le hurscaoileadh beag reatha, dúbann saol seirbhíse na ceallraí iomaíochas an fhearais.
Feidhmíocht mhaith sábháilteachta: Gan truailliú, gan aon éifeacht chuimhne. Mar réamhtheachtaí Li-ian, tá cadhnraí litiam tar éis a limistéir iarratais a laghdú toisc go bhfuil litiam mhiotalach éasca le hardrites agus ciorcad gearr a dhéanamh: níl caidmiam, luaidhe, mearcair agus eilimintí eile a thruaillíonn an comhshaol ag Li-ian; Is míbhuntáiste mór é na cadhnraí Ni-CD i roinnt próiseas (mar shampla sintéiriú) an "éifeacht chuimhne", a chuireann srian mór ar úsáid cadhnraí, ach níl an fhadhb seo ag Li-ian ar chor ar bith.
Féin-urscaoileadh íseal: Is é an ráta féin-urscaoilte de chadhnraí Li-ian atá luchtaithe go hiomlán atá stóráilte ag teocht an tseomra ar feadh míosa ná thart ar 2%, atá i bhfad níos ísle ná an 25-30% de Ni-CD agus 30-35% de Ni-MH.
Muirearú tapa: Is féidir le cumas 1C muirir ar feadh 30 nóiméad teacht ar níos mó ná 80% den acmhainn ainmniúil, agus is féidir an ceallraí iarainn-fosfair a ghearradh ar 90% den acmhainn ainmniúil i 10 nóiméad.
Teocht oibriúcháin: Is é an teocht oibriúcháin ná -25 ~ 45 céim. Le feabhas a chur ar leictrilít agus ar leictreoid dhearfach, táthar ag súil go leathnófar é go -40 ~ 70 céim.
7.2 Míbhuntáistí
Aosú: Murab ionann agus cadhnraí athluchtaithe eile, laghdóidh toilleadh na gcadhnraí litiam-ian go mall, a bhaineann le líon na n-uaireanta a úsáidtear agus an teocht. Is féidir an feiniméan meath seo a chur in iúl trí laghdú ar chumas nó ar mhéadú ar fhriotaíocht inmheánach. Toisc go mbaineann sé le teocht, is dóchúla go léireofar é i dtáirgí leictreonacha le sruth ard oibre. Dealraíonn sé go leathnaíonn an titanate litiam an saol. An gaol idir teocht stórála agus ráta an chaillteanais cumais bhuan:
