Pin lithium là gì? cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin lithium

Pin lithium được ứng dụng khá phổ biến trong đời sống hàng ngày vậy chúng ta đã biết Pin lithium cấu tạo như thế nào? ứng dụng trong việc gì? và nguyên lý hoạt động ra sao? bài này chúng ta cùng tìm hiểu kỹ về vấn đề này

Pin lithium là gì?

“Pin lithium” là loại pin sử dụng kim loại lithium hoặc hợp kim lithium làm vật liệu điện cực âm và sử dụng dung dịch điện giải không dính. Pin lithium kim loại lần đầu tiên được Gilbert N. Lewis đề xuất và nghiên cứu vào năm 1912. Vào những năm 1970, MSWhitTIngham đã đề xuất và bắt đầu nghiên cứu pin lithium-ion. Do tính chất hóa học rất tích cực của kim loại lithium, việc xử lý, lưu trữ và sử dụng kim loại lithium rất đòi hỏi môi trường. Do đó, pin lithium không được sử dụng trong một thời gian dài. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, pin lithium đã trở thành dòng chính.

Pin Lithium có thể được chia thành hai loại: pin lithium kim loại và pin lithium ion. Pin Lithium-ion không chứa lithium kim loại và có thể sạc lại được. Pin lithium-kim loại thế hệ thứ 5 của pin sạc được sinh ra vào năm 1996, và mức độ an toàn, năng lực cụ thể, tỷ lệ tự xả và tỷ lệ hiệu suất của nó tốt hơn pin lithium-ion. Do yêu cầu kỹ thuật cao của riêng mình, chỉ có một vài công ty trong nước sản xuất pin lithium kim loại như vậy.

Xem thêm: Pin lithium cho máy CNC

Phân loại pin lithium và cấu tạo thành phần

Pin kim loại Lithium:

Pin lithium kim loại thường là một loại pin sử dụng mangan dioxit như một vật liệu điện cực dương, kim loại lithium hoặc kim loại hợp kim của chúng như một vật liệu điện cực âm, và một dung dịch điện giải không dính.

Phản ứng xả: Li + MnO2 = LiMnO2

Pin Lithium Ion:

Pin lithium ion thường là pin sử dụng một oxit kim loại hợp kim lithium như một vật liệu điện cực dương, graphite như một vật liệu điện cực âm, và một chất điện phân không dính.

Pin lithium iron phosphate hoạt động như thế nào?

Tên đầy đủ của pin lithium sắt phosphate là pin lithium sắt lithium ion lithium, tên quá dài, được gọi là pin lithium sắt phosphate. Bởi vì hiệu suất của nó đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng năng lượng, từ “power” được thêm vào tên, cụ thể là pin lithium iron phosphate. Một số người gọi nó là “pin LiFe sắt (LiFe)”.

Ý nghĩa:

Trong thị trường giao dịch kim loại, coban (Co) là đắt nhất, và lưu trữ không nhiều, nickel (Ni), mangan (Mn) rẻ hơn, và sắt (Fe) là rẻ nhất.Giá của vật liệu catốt cũng phù hợp với giá của các kim loại này. Do đó, một pin lithium ion được làm từ vật liệu điện cực dương LiFePO4 nên rẻ nhất. Một tính năng khác của nó là nó thân thiện với môi trường.

Các yêu cầu cho pin sạc là: công suất cao, điện áp đầu ra cao, phí tốt và xả chu kỳ hiệu suất, ổn định điện áp đầu ra, cao hiện tại phí và xả, điện hóa ổn định, và an toàn trong quá trình sử dụng (không quá nạp, trên xả, và ngắn mạch) hoạt động không đúng do cháy hoặc nổ), phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng, không độc hại hoặc ít độc hại, không gây ô nhiễm môi trường. Lithium iron phosphate pin sử dụng LiFePO4 như điện cực dương có yêu cầu hiệu suất tốt, đặc biệt là trong xả lớn xả tỷ lệ (5 ~ 10C xả), ổn định xả điện áp, an toàn (không đốt, không có vụ nổ), và cuộc sống (chu kỳ số)), nó là tốt nhất cho môi trường, nó là pin năng lượng đầu ra cao nhất hiện nay.

Cấu trúc và nguyên tắc làm việc của pin Lithium

Cấu trúc bên trong của pin LiFePO4 được thể hiện trong Hình 1. Bên trái là LiFePO4 cấu trúc olivin làm điện cực dương của pin. Lá nhôm được kết nối với điện cực dương của pin. Giữa là tách polymer. Nó tách điện cực dương ra khỏi điện cực âm, nhưng ion Li + Li có thể truyền và electron không thể đi qua. Phía bên phải bao gồm một điện cực âm của pin gồm carbon (graphit) được nối với điện cực âm của pin bằng một lá đồng. Giữa các đầu trên và dưới của pin là chất điện phân của pin, và pin được bịt kín bằng vỏ kim loại.

Khi pin LiFePO4 được sạc, ion Li + Li trong điện cực dương di chuyển về phía điện cực âm thông qua bộ tách polymer; trong quá trình xả, ion Li + Li trong điện cực âm di chuyển về phía điện cực dương qua bộ phân tách. Pin lithium-ion được đặt tên sau khi các ion lithium di chuyển qua lại trong quá trình sạc và xả.

Hiệu suất chính:

Điện áp danh định của pin LiFePO4 là 3.2V, điện áp nạp điện chấm dứt là 3.6V, và điện áp xả kết thúc là 2.0V. Do chất lượng và quá trình của các vật liệu tích cực và tiêu cực và vật liệu điện phân được sử dụng bởi các nhà sản xuất khác nhau, sẽ có một số khác biệt về hiệu suất của chúng. Ví dụ, cùng một mô hình (pin tiêu chuẩn của cùng một gói) có sự khác biệt lớn về dung lượng pin (10% đến 20%).

Các đặc tính chính của pin lithium iron phosphate được liệt kê trong Bảng 1. Các loại hiệu suất pin sạc khác cũng được liệt kê trong bảng để so sánh với các loại pin có thể sạc lại khác. Cần lưu ý ở đây rằng pin lithium iron phosphate sản xuất bởi các nhà máy khác nhau có thể có một số khác biệt trong các thông số hiệu suất khác nhau; ngoài ra, một số hiệu suất pin không được bao gồm, chẳng hạn như pin nội bộ kháng chiến, tự xả tỷ lệ, phí và xả nhiệt độ, và muốn.

Quá tải để kiểm tra điện áp bằng không:

Pin lithium iron phosphate STL18650 (1100mAh) đã được sử dụng cho quá trình xả điện áp quá mức. Điều kiện thử nghiệm: Pin 1100L STL 18650 được sạc ở tốc độ sạc 0,5 C, và sau đó xả ở tốc độ xả 1,0 C cho đến khi điện áp pin là 0 C. Pin được đặt trong 0V được chia thành hai nhóm: một nhóm được lưu trữ trong 7 ngày và nhóm khác được lưu trữ trong 30 ngày; sau khi bộ nhớ hết hạn, nó được lấp đầy với tốc độ sạc 0,5 C, và sau đó được xả với 1,0 C. Cuối cùng, so sánh sự khác biệt giữa hai khoảng thời gian lưu trữ điện áp bằng không.

Kết quả của thử nghiệm là pin không có rò rỉ sau 7 ngày lưu trữ điện áp bằng không, và hiệu suất là tốt, công suất là 100%; sau 30 ngày lưu trữ, không có rò rỉ, hiệu suất là tốt, công suất là 98%; sau 30 ngày lưu trữ, pin được sạc thêm và xả trong 3 lần. Dung lượng được khôi phục 100%.

Thử nghiệm này cho thấy rằng ngay cả khi pin quá tải (thậm chí 0V) và được lưu trữ trong một khoảng thời gian nhất định, pin sẽ không bị rò rỉ hoặc bị hỏng. Đây là một đặc điểm mà các loại pin lithium-ion khác không có.