Lithiové baterie jsou typem baterie, která používá lithiový kov nebo lithiovou slitinu jako materiál záporné elektrody a nevodný roztok elektrolytu. Nejstarší lithiové baterie se objevily od velkého vynálezce Edisona.
Vzhledem k vysoce reaktivním chemickým vlastnostem kovového lithia má zpracování, konzervace a použití kovového lithia vysoké požadavky na životní prostředí. Takže lithiové baterie se dlouho nepoužívaly.
S rozvojem technologie mikroelektroniky ve 20. století narůstá počet miniaturizovaných zařízení a na napájecí zdroje jsou kladeny vysoké nároky. Lithiové baterie následně vstoupily do rozsáhlé praktické fáze.
Poprvé byl aplikován v kardiostimulátorech. Protože rychlost samovybíjení lithiové baterie je extrémně nízká, vybíjecí napětí je jemné. Umožňuje implantaci kardiostimulátorů do lidského těla pro dlouhodobé používání.
Lithiové baterie mají obecně jmenovité napětí vyšší než 3 0 volty, takže jsou vhodnější pro použití jako zdroje napájení integrovaných obvodů. Baterie oxidu manganičitého jsou široce používány v počítačích, kalkulačkách, fotoaparátech a hodinkách.
S cílem vyvinout odrůdy s lepším výkonem lidé prováděli výzkum různých materiálů. Vznikají tak bezprecedentní produkty. Například lithiové baterie s oxidem siřičitým a lithium siřičitanové chloridové baterie mají velmi jedinečné vlastnosti. Jejich aktivní složka kladné elektrody je také rozpouštědlem pro elektrolyt. Tato struktura se objevuje pouze v nevodných elektrochemických systémech. Proto výzkum lithiových baterií také podpořil rozvoj elektrochemické teorie v nevodných systémech. Kromě použití různých nevodných rozpouštědel byl také proveden výzkum polymerních tenkovrstvých baterií.
1. Lithium-iontové baterie
Lithium-iontové baterie se v současnosti dělí do dvou kategorií: tekuté lithium-iontové baterie (LIB) a polymerní lithium-iontové baterie (PLB). Mezi nimi tekuté lithium-iontové baterie odkazují na sekundární baterie se sloučeninami Li plus jako kladné a záporné elektrody. Kladná elektroda používá sloučeniny lithia LiCoO2 nebo LiMn2O4 a záporná elektroda používá mezivrstvy lithium-karbonové sloučeniny. Lithium-iontová baterie je ideálním zdrojem energie pro vývoj v 21. století díky svému vysokému pracovnímu napětí, malým rozměrům, nízké hmotnosti, vysoké energii, žádnému paměťovému efektu, žádnému znečištění, malému samovybíjení a dlouhé životnosti.
2. Stručná historie vývoje lithium-iontových baterií
Lithiové baterie a lithium-iontové baterie jsou nové typy vysokoenergetických baterií úspěšně vyvinuté ve 20. století. Záporná elektroda tohoto typu baterie je lithiová elektroda, kladná elektroda je vyrobena z MnO2, SOCL2, (CFx)n. V 70. letech vstoupil do praktičnosti. Díky svým výhodám, jako je vysoká energie, vysoké napětí baterie, široký rozsah provozních teplot a dlouhá skladovatelnost, je široce používán ve vojenských a civilních malých elektrospotřebičích, jako jsou mobilní telefony, přenosné počítače, fotoaparáty, fotoaparáty atd., částečně nahrazující tradiční baterie.
3. Perspektivy vývoje lithium-iontových baterií
Lithium-iontové baterie byly široce používány v přenosných zařízeních, jako jsou notebooky, fotoaparáty a mobilní komunikace, díky jejich jedinečným výhodám v oblasti výkonu. Aktuálně vyvinuté vysokokapacitní lithium-iontové baterie se začaly zkušebně používat v elektrických vozidlech a očekává se, že se stanou jedním z hlavních zdrojů energie pro elektromobily v 21. století a budou použity v umělých družicích, letectví a skladování energie.
4. Základní výkon baterií
(1) Napětí baterie naprázdno
(2) Vnitřní odpor baterie
(3) Pracovní napětí baterie
(4) Nabíjecí napětí
Nabíjecí napětí označuje napětí aplikované externím zdrojem energie na oba konce sekundární baterie během nabíjení. Mezi základní způsoby nabíjení patří nabíjení konstantním proudem a nabíjení konstantním napětím. Obecně se používá nabíjení konstantním proudem, které se vyznačuje konstantním nabíjecím proudem během procesu nabíjení. Jak nabíjení postupuje, aktivní látka se obnovuje, reakční oblast elektrody se dále zmenšuje a polarizace motoru se postupně zvyšuje.
(5) Kapacita baterie
Kapacita baterie se vztahuje k množství elektřiny získané z baterie, běžně vyjádřené C a vyjádřené v jednotkách Ah nebo mAh. Kapacita je důležitým ukazatelem elektrického výkonu baterie. Kapacita baterie se obvykle dělí na teoretickou kapacitu, skutečnou kapacitu a jmenovitou kapacitu.
Kapacita baterie je dána kapacitou elektrod. Pokud není kapacita elektrod stejná, závisí kapacita baterie na elektrodě s menší kapacitou, ale nikdy nejde o součet kapacit kladných a záporných elektrod.
(6) Skladovací výkon a životnost baterií
Jednou z hlavních charakteristik chemických zdrojů energie je schopnost uvolňovat elektrickou energii během používání a ukládat elektrickou energii, když se nepoužívá. Takzvaný akumulační výkon se týká nabíjecí a udržovací kapacity sekundárních baterií.
U sekundárních baterií je životnost důležitým parametrem pro měření výkonu baterie. Sekundární baterie se nazývá cyklus po jednom nabití a vybití. Při určitém systému nabíjení a vybíjení se počet, kolikrát baterie vydrží nabíjení a vybíjení, než dosáhne stanovené hodnoty, nazývá servisní cyklus sekundární baterie. Lithium-iontové baterie mají vynikající skladovací výkon a dlouhou životnost.