Pengantar Pengetahuan Dasar Sel Baterai Lithium

1, Komposisi sel baterai lithium

1. Bahan elektroda positif: Senyawa lithium seperti lithium cobalt oksida (LICOO ₂), lithium mangan oksida (limn ₂ o ₄), lithium besi fosfat (Lifepo ₄), dan bahan terner (linixcoymnzo ₂) umumnya digunakan. Bahan elektroda positif yang berbeda memiliki karakteristik kinerja yang berbeda. Sebagai contoh, lithium kobalt oksida memiliki kepadatan energi yang tinggi tetapi keamanan yang relatif rendah, sedangkan lithium zat besi fosfat memiliki keamanan yang tinggi dan umur panjang tetapi kepadatan energi yang relatif rendah.

2. Bahan elektroda negatif: Umumnya terbuat dari bahan karbon seperti grafit, fungsinya adalah untuk menyimpan ion lithium selama pengisian daya dan melepaskan ion lithium selama pelepasan. Bahan elektroda negatif juga termasuk mikrosfer karbon fase menengah, lithium titanate, dll.

3. Diafragma: Film polimer berpori yang berfungsi untuk mengisolasi elektroda positif dan negatif, mencegah sirkuit pendek, dan memungkinkan ion lithium untuk melewati. Bahan diafragma biasanya merupakan membran berpori poliolefin.

4. Elektrolit: Terutama terdiri dari garam lithium (seperti lithium hexafluorophosphate lipf ₆) dan pelarut organik, yang bertanggung jawab untuk melakukan ion lithium antara elektroda positif dan negatif. Elektrolit bisa berupa cair atau gel.

5. Shell: Cangkang baterai dapat terbuat dari baja, aluminium, besi berlapis nikel, atau film aluminium-plastik. Shell juga termasuk tutup untuk baterai, yang berfungsi sebagai outlet untuk elektroda positif dan negatif.

 

2, prinsip kerja sel baterai lithium

Selama pengisian daya, ion lithium dilepaskan dari bahan elektroda positif, melewati elektrolit melalui pemisah, dan tertanam ke dalam bahan elektroda negatif; Selama pelepasan, ion lithium dilepaskan dari bahan elektroda negatif, melewati elektrolit melalui pemisah, dan kembali ke bahan elektroda positif, menghasilkan arus dalam proses ini.

 

3, Klasifikasi sel baterai lithium

 

1. Diklasifikasikan berdasarkan penampilan: baterai lithium persegi, baterai lithium silinder, baterai lithium paket lunak;

2. Diklasifikasikan oleh bahan outsourcing: baterai litium shell aluminium, baterai litium shell baja, dan baterai paket lunak;

3. Diklasifikasikan oleh bahan elektroda positif: lithium kobalt oksida (LICOO2), lithium mangan oksida (LIMN2O4), lithium terner (linixcoymnzo2), lithium besi fosfat (LifePO4);

4. Diklasifikasikan oleh status elektrolit: baterai lithium-ion (lib) dan baterai polimer (PLB);

5. Diklasifikasikan berdasarkan tujuan: baterai biasa dan baterai daya.

6. Diklasifikasikan berdasarkan karakteristik kinerja: baterai berkapasitas tinggi, baterai tingkat tinggi, baterai suhu tinggi, baterai suhu rendah, dll

 

4, Karakteristik sel baterai lithium

1. Kepadatan energi tinggi: Sel baterai lithium dapat menyimpan lebih banyak energi, memungkinkan baterai lithium memiliki output energi yang lebih tinggi daripada jenis baterai lainnya pada volume atau berat yang sama.

2. Long Cycle Life: Setelah beberapa siklus pengisian dan pelepasan, masih dapat mempertahankan kinerja yang baik, umumnya mencapai ratusan atau bahkan ribuan siklus.

3. Tingkat pelepasan diri yang rendah: Saat tidak digunakan, kecepatan pelepasan diri lambat dan dapat mempertahankan daya untuk waktu yang lama.

4. Perlindungan Lingkungan: Tidak mengandung logam berat seperti merkuri dan kadmium, dan relatif ramah lingkungan.

 

5, Penjelasan istilah umum

1. Kapasitas

Mengacu pada jumlah listrik yang dapat diperoleh dari lithium dalam baterai dalam kondisi pelepasan tertentu. Rumus untuk kapasitas baterai adalah q=i * t, diukur dalam Coulombs. Unit kapasitas baterai ditentukan sebagai AH (Ampere Hour) atau MAH (Milliampere Hour), yang berarti bahwa baterai 1Ah dapat dikeluarkan selama 1 jam dengan arus 1A ketika terisi penuh.

Sebelumnya, baterai ponsel lama Nokia (seperti bl -5 c) biasanya 500mAh. Saat ini, baterai smartphone adalah 800-1900 mah, sepeda listrik biasanya 10-20 ah, dan mobil listrik biasanya 20-200 ah.

2. Tingkat pengisian daya/tarif pelepasan

Ini mewakili jumlah arus yang digunakan untuk pengisian dan pelepasan, biasanya dihitung sebagai kelipatan kapasitas nominal baterai, yang biasa disebut sebagai beberapa derajat Celcius. Untuk baterai dengan kapasitas 15 0 0mAh, 1c ditentukan sebagai 1500mAh. Jika dikeluarkan pada 2C, ia dikeluarkan dengan arus 3000mA, dan diisi dan dikeluarkan pada 0,1C, dibebankan dan dikeluarkan dengan arus 150mA.

3. Tegangan (OCV: Tegangan Sirkuit Terbuka)

Tegangan baterai umumnya mengacu pada tegangan nominal (juga dikenal sebagai tegangan pengenal) dari baterai lithium. Tegangan nominal baterai lithium biasa umumnya 3.7V, dan kami juga merujuk ke dataran tinggi tegangannya 3.7V.

Ketika baterai memiliki kapasitas 20 ~ 80%, tegangan terkonsentrasi pada sekitar 3,7V (3,6 ~ 3.9V), dan jika kapasitasnya terlalu tinggi atau terlalu rendah, tegangan berubah sangat.

4. Energi/Daya

Energi (e) yang dapat dilepaskan baterai saat dipulangkan ke standar tertentu diukur dalam WH (jam watt) atau kWh (kilowatt jam), dengan 1kWh =1 kWh.

E=u*i*t, juga sama dengan mengalikan tegangan baterai dengan kapasitas baterai

Rumus untuk daya adalah, p=u*i=e/t, menunjukkan jumlah energi yang dapat dilepaskan per satuan waktu. Unit ini adalah W (Watts) atau KW (Kilowatts). Baterai dengan kapasitas 1500mAh biasanya memiliki tegangan nominal 3,7V, sesuai dengan energi 5,55Wh.

5. Resistensi

Karena fakta bahwa pengisian dan pelepasan tidak dapat setara dengan sumber daya yang ideal, ada resistensi internal tertentu. Resistensi internal mengkonsumsi energi, tentu saja, semakin kecil resistensi internal, semakin baik.

Unit resistansi internal baterai adalah milioHM (M Ω).

Resistansi internal dari baterai khas terdiri dari resistansi ohmik dan resistensi polarisasi, dan besarnya resistensi internal dipengaruhi oleh material, proses pembuatan, dan struktur baterai.

6. Siklus Kehidupan

Mengisi dan mengeluarkan baterai sekali disebut siklus, dan masa pakai siklus merupakan indikator penting untuk mengukur kinerja masa pakai baterai.

Standar IEC menetapkan bahwa baterai lithium ponsel harus dikeluarkan dari {{0}}. 2c ke 3.0V dan dibebankan dari 1c ke 4.2V. Setelah 500 siklus, kapasitas baterai harus dipertahankan pada 60% atau lebih dari kapasitas awal. Dengan kata lain, umur siklus baterai lithium adalah 500 kali.

Menurut Standar Nasional, setelah umur siklus 300 kali, kapasitas harus dipertahankan pada 70% dari kapasitas awal. Jika kapasitas baterai kurang dari 60% dari kapasitas awal, umumnya dianggap dihapus.

7. Kedalaman pelepasan (DOD)

Didefinisikan sebagai persentase kapasitas yang dilepaskan oleh baterai ke kapasitas pengenal.

Semakin dalam kedalaman pelepasan baterai lithium, semakin pendek masa pakai baterai.

8. Potong tegangan

Tegangan penghentian dibagi menjadi tegangan penghentian pengisian dan tegangan penghentian, yang berarti tegangan di mana baterai tidak dapat terus mengisi atau mengeluarkan. Terus untuk mengisi daya atau pelepasan pada tegangan terminasi memiliki dampak signifikan pada umur baterai.

Tegangan penghentian pengisian baterai lithium umumnya 4.2V, dan tegangan terminasi pelepasan adalah 3. 0 v.

Pengisian atau pelepasan baterai lithium yang dalam di luar tegangan terminasi dilarang secara ketat.

9. Tingkat Pelepasan Diri

Tingkat di mana kapasitas baterai berkurang selama penyimpanan, dinyatakan sebagai persentase penurunan kapasitas per unit waktu.

Tingkat pelepasan diri dari baterai lithium khas adalah 2% hingga 9% per bulan.

10. Soc (State of Charge)

Mengacu pada persentase daya baterai yang tersisa ke jumlah total daya yang dapat dikeluarkan, mulai dari 0 hingga 100%. Mencerminkan level baterai yang tersisa.

 

6, penamaan konvensi untuk baterai

Produsen yang berbeda memiliki konvensi penamaan yang berbeda, tetapi baterai universal semuanya mengikuti standar terpadu, dan ukuran baterai dapat ditentukan dengan namanya.

Menurut IEC 61960, aturan untuk baterai silindris dan persegi adalah sebagai berikut:

1. Baterai silindris

3 huruf diikuti oleh 5 angka.

Tiga huruf, huruf pertama mewakili bahan elektroda negatif, I mewakili keberadaan ion lithium bawaan, dan L mewakili logam lithium atau elektroda paduan lithium; Huruf kedua mewakili bahan elektroda positif, C mewakili kobalt, N mewakili nikel, M mewakili mangan, dan V mewakili vanadium; Huruf ketiga, R, mewakili bentuk silindris.

5 digit, 2 digit pertama mewakili diameter dan 3 digit terakhir mewakili tinggi, semuanya dalam milimeter.

2. Baterai persegi

3 huruf diikuti oleh 6 angka.

Tiga huruf, huruf pertama mewakili bahan elektroda negatif, I mewakili keberadaan ion lithium bawaan, dan L mewakili logam lithium atau elektroda paduan lithium; Huruf kedua mewakili bahan elektroda positif, C mewakili kobalt, N mewakili nikel, M mewakili mangan, dan V mewakili vanadium; Huruf ketiga P mewakili kuadrat.

6 digit, 2 digit pertama mewakili ketebalan, 2 digit tengah mewakili lebar, dan 2 digit terakhir mewakili tinggi (panjang), semuanya dalam milimeter.

Sebagai contoh, ICR 18650 adalah baterai silinder universal dengan diameter 18mm dan ketinggian 65mm; ICP 053353 adalah baterai persegi dengan ketebalan 5mm, lebar 33mm, dan tinggi (panjang) 53mm.