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Caractéristiques de la batterie carbonate de lithium

2021-11-04 10:35:32

lithium carbonate battery

 

Caractéristiques de Batterie de carbonate de lithium

Batterie au lithium-ion: Une batterie secondaire (batterie rechargeable) qui dépend principalement du mouvement des ions lithium entre les électrodes positives et négatives. Dans le processus de charge et de décharge, Li est intégré et désintégré entre les deux électrodes: lors de la charge, Li est détaché de l'électrode positive et intégré dans l'électrode négative à travers l'électrolyte, et l'électrode négative est dans un lithium-état riche; le contraire est vrai pendant la décharge.

Les batteries au lithium sont divisées en batteries au lithium et batteries lithium-ion. Les téléphones portables et les ordinateurs portables utilisent des batteries lithium-ion, communément appelées batteries lithium-ion. Les batteries utilisent généralement des matériaux contenant du lithium comme électrodes, ce qui est le représentant des batteries hautes performances modernes. Cependant, les vraies batteries au lithium sont rarement utilisées dans les produits électroniques quotidiens en raison de leur risque élevé.

Les batteries de téléphone portable sont généralement des batteries lithium-ion. La batterie au lithium-ion est composée d'électrode positive, d'électrode négative, de diaphragme et d'électrolyte. Les électrodes positives et négatives sont infiltrées dans l'électrolyte, et l'ion lithium se déplace entre les électrodes positives et négatives avec l'électrolyte comme milieu pour réaliser la charge et la décharge de la batterie. Afin d'éviter le court-circuit des électrodes positives et négatives à travers l'électrolyte, les électrodes positives et négatives doivent être séparées par un diaphragme.

Afin d'augmenter la densité d'énergie de la batterie, les fabricants de téléphones mobiles utilisent un diaphragme plus mince pour stocker plus d'électricité dans un volume limité. La diminution de l'épaisseur augmente la difficulté de la production du diaphragme, qui est facile à provoquer des défauts de qualité, de sorte que le diaphragme ne peut pas isoler efficacement les électrodes positives et négatives, ce qui conduit au court-circuit et à l'explosion de la batterie.

La batterie au lithium-ion a été développée pour la première fois par Sony du Japon en 1990. Il intègre des ions lithium dans du carbone (coke de pétrole et graphite) pour former des électrodes négatives (les batteries au lithium traditionnelles utilisent des alliages de lithium ou de lithium comme électrodes négatives). LixCoO2 est couramment utilisé comme matériau cathodique, LixNiO2 et LixMnO4 sont également utilisés, et le carbonate de diéthylène (EC) diméthylique (DMC) LiPF6 est utilisé comme électrolyte.

Le coke de pétrole et le graphite en tant que matériaux anodiques ne sont pas toxiques et ont des ressources suffisantes. L'ion lithium est intégré dans le carbone, ce qui surmonte la forte activité du lithium et résout les problèmes de sécurité de la batterie au lithium traditionnelle. Le LixCoO2 positif peut atteindre un niveau plus élevé dans les performances de charge et de décharge et la durée de vie, de sorte que le coût est réduit. En bref, la performance globale de la batterie lithium-ion est améliorée. On s'attend à ce que les batteries lithium-ion occupent un grand marché au 21e siècle.

La formule de réaction de la batterie secondaire lithium-ion pendant la charge et la décharge est LiCoO2 C = Li1-xCoO2 LixC

Les batteries au lithium-ion sont facilement confondues avec les deux types de batteries suivants:

(1) Batterie au lithium: En utilisant le lithium métallique comme électrode négative.

(2) Batterie au lithium-ion: Utilisez un électrolyte organique liquide non aqueux.

(3) Batteries au lithium-ion polymère: Utiliser des polymères pour gélater les solvants organiques liquides ou utiliser directement des électrolytes entièrement solides. Les matériaux carbonés de type graphite sont généralement utilisés comme électrodes négatives pour les batteries lithium-ion.

 

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En 1970 , M.S.Whittingham d'Exxon a utilisé du sulfure de titane comme matériau cathodique et du lithium métal comme matériau négatif pour fabriquer la première batterie au lithium. Le matériau cathodique de la batterie au lithium est le dioxyde de manganèse ou le chlorure de thionyle, et l'électrode négative est le lithium. Une fois la batterie assemblée, la batterie a une tension et n'a pas besoin d'être rechargée. La batterie au lithium-ion (Li-ionBatteries) est développée à partir d'une batterie au lithium. Par exemple, les piles bouton utilisées dans les caméras étaient des piles au lithium. Ce type de batterie peut également être rechargé, mais les performances du cycle ne sont pas bonnes, dans le cycle de charge et de décharge, il est facile de former des cristaux de lithium, ce qui entraîne un court-circuit à l'intérieur de la batterie, de sorte que ce type de batterie est généralement interdit de charge.

En 1982 , R.R.Agarwal et J.R.Selman de l'Illinois Institute of Technology (theIllinoisInstituteofTechnology) ont découvert que le lithium-ion a la propriété d'intercaler le graphite. Le processus est rapide et réversible. Dans le même temps, les risques pour la sécurité des batteries au lithium en métal lithium ont attiré beaucoup d'attention, de sorte que les gens essaient d'utiliser les caractéristiques du lithium-ion intégré dans le graphite pour fabriquer des piles rechargeables. La première électrode en graphite lithium-ion disponible a été produite avec succès par les laboratoires Bell.

En 1983 , M.Thackeray et J.Goodenough ont découvert que le spinelle au manganèse est un excellent matériau cathodique à bas prix, stabilité et excellente conductivité électrique et lithium. Sa température de décomposition est élevée et son oxydabilité est bien inférieure à celle du lithium-cobalt. Même s'il y a un court-circuit et une surcharge, il peut éviter le danger de combustion et d'explosion.

En 1989 , A.Manthiram et J.Goodenough ont découvert que les électrodes positives avec des anions polymérisés produisent des tensions plus élevées.

En 1992 , Sony Company of Japan a inventé la batterie au lithium avec un matériau au carbone comme électrode négative et un composé contenant du lithium comme électrode positive. Dans le processus de charge et de décharge, il n'y a pas de lithium métallique, seulement lithium-ion, c'est une batterie lithium-ion. Par la suite, les batteries lithium-ion ont révolutionné le visage de l'électronique grand public. Ce type de batterie, qui utilise le lithium-cobalt comme matériau cathodique, est toujours la principale source d'alimentation des appareils électroniques portables.

 

En 1996 , Padhi et Goodenough ont découvert que le phosphate à structure olivine, tel que le phosphate de fer lithium (LiFePO4), est plus sûr que les matériaux cathodiques traditionnels, particulièrement résistant aux températures élevées, et sa résistance aux surcharges est bien meilleure que celle des matériaux de batterie lithium-ion traditionnels.

Tout au long de l'histoire du développement de la batterie, Nous pouvons voir les trois caractéristiques du développement actuel de l'industrie de la batterie dans le monde:

 

Première , Le développement rapide des batteries vertes, y compris les batteries lithium-ion, les batteries Ni-MH, etc.;

Deuxième , La transformation des batteries primaires en batteries, qui s'inscrit dans la stratégie de développement durable;

Troisième , La batterie se développe davantage dans le sens des petites, légères et minces. Parmi les batteries rechargeables commerciales, les batteries lithium-ion ont l'énergie spécifique la plus élevée, en particulier les batteries lithium-ion polymères, qui peuvent réaliser l'amincissement des batteries rechargeables. C'est précisément parce que le volume d'énergie spécifique et l'énergie spécifique de masse de la batterie lithium-ion est élevé, rechargeable et sans pollution, et a trois caractéristiques majeures du développement actuel de l'industrie des batteries, donc il a une croissance rapide dans les pays développés. Le développement du marché des télécommunications et de l'information, en particulier l'utilisation intensive des téléphones mobiles et des ordinateurs portables, a apporté des opportunités de marché pour les batteries lithium-ion. La batterie lithium-ion polymère dans la batterie lithium-ion remplacera progressivement la batterie lithium-ion à électrolyte liquide et deviendra le courant dominant de la batterie lithium-ion en raison de son avantage unique en matière de sécurité. La batterie lithium-ion polymère est connue comme "la batterie du 21ème siècle", ce qui ouvrira une nouvelle ère de batterie de stockage et sa perspective de développement est très optimiste.

En mars 2015, Sharp au Japon et le professeur Gong Tanaka de l'Université de Kyoto ont développé avec succès une batterie lithium-ion d'une durée de vie allant jusqu'à 70 ans. La batterie lithium-ion à longue durée de vie produite par l'essai a un volume de 8 centimètres cubes et peut être chargée et déchargée 25000 fois. Et Sharp a déclaré qu'après la charge et la décharge réelles de 10 000 fois, les performances de la batterie lithium-ion à longue durée de vie sont toujours stables.

 

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Coque en acier/coque en aluminium/cylindre/série d'emballage flexible:

(1) les matériaux à électrode positive sont généralement du manganate de lithium ou du lithium-cobalt, des matériaux de manganate de cobalt de lithium et de nickel, tandis que les vélos électriques utilisent généralement du manganate de cobalt de lithium et de nickel (communément appelé ternaire) ou ternaire une petite quantité de manganate de lithium. Le manganate de lithium pur et le phosphate de fer lithium s'estompent progressivement en raison de leur grande taille, de leurs mauvaises performances ou de leur coût élevé. Le fluide d'électrode conducteur utilise une feuille d'aluminium électrolytique d'une épaisseur de 10 Mel / 20 μ m.

(2) diaphragme-Un film polymère spécialement formé avec une structure microporeuse qui permet aux ions lithium de passer librement, mais les électrons ne peuvent pas passer à travers.

(3) l'électrode négative-le matériau actif est le graphite, ou le carbone avec une structure en graphite similaire, et le collecteur de courant conducteur utilise une feuille de cuivre électrolytique d'une épaisseur de 7 à 15 microns.

(4) Solvant électrolyte-carbonate organique dissous avec de l'hexafluorophosphate de lithium et de l'électrolyte en gel pour polymère.

(5) coque de batterie-divisée en coque en acier (le type carré est rarement utilisé), coque en aluminium, coque en fer nickelé (utilisation d'une batterie cylindrique), film aluminium-plastique (emballage flexible), etc., ainsi que le bouchon de la batterie, qui est également l'extrémité avant du pôle positif et négatif de la batterie.

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