โครงสร้างและการแนะนำอุณหภูมิที่รุนแรงของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ชนิดหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาและยานพาหนะไฟฟ้าและเป็นที่นิยมมากขึ้นในการใช้งานทางทหารและการบินและอวกาศ

ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่จากอิเล็กโทรดลบผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังอิเล็กโทรดที่เป็นบวกในระหว่างการคายประจุและกลับระหว่างการชาร์จ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้สารประกอบลิเธียมที่ฝังอยู่เป็นวัสดุอิเล็กโทรดที่เป็นบวกโดยมักใช้วัสดุอิเล็กโทรดลบ แบตเตอรี่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงไม่มีผลหน่วยความจำ (ยกเว้นแบตเตอรี่ LFP) และมีการปลดปล่อยตัวเองต่ำ

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทต่างๆมีคุณสมบัติทางเคมีประสิทธิภาพต้นทุนและความปลอดภัยที่แตกต่างกัน

ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใช้มือถือส่วนใหญ่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (มีเจลโพลิเมอร์เป็นอิเล็กโทรไลต์) วัสดุแคโทด LiCoO2และขั้วบวกกราไฟท์ให้ความหนาแน่นของพลังงานสูง ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตลิเธียมแมงกานีสออกไซด์และลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์อาจให้อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและความสามารถในอัตราที่ดีขึ้น แบตเตอรี่ดังกล่าวใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือไฟฟ้าอุปกรณ์ทางการแพทย์และบทบาทอื่นๆ คลิกที่นี่เพื่อผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบกำหนดเอง.ค่าาา

การวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรวมถึงการยืดอายุการใช้งานการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานการปรับปรุงความปลอดภัยลดค่าใช้จ่ายและเพิ่มความเร็วในการชาร์จ การวิจัยในด้านอิเล็กโทรไลท์ที่ไม่ติดไฟนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับความไวไฟและความผันผวนของตัวทำละลายอินทรีย์ที่มักใช้ในอิเล็กโทรไลต์เป็นวิธีการปรับปรุงความปลอดภัย กลยุทธ์รวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนน้ำอิเล็กโทรไลต์แข็งเซรามิกอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ของเหลวไอออนิกและระบบเพอร์ฟลูออริเนต

โครงสร้างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ส่วนประกอบหลักสามประการของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออิเล็กโทรดบวกอิเล็กโทรดลบและอิเล็กโทรไลต์ โดยปกติขั้วไฟฟ้าลบของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปทำจากคาร์บอน อิเล็กโทรดบวกมักเป็นโลหะออกไซด์ อิเล็กโทรไลต์เป็นเกลือลิเธียมในตัวทำละลายอินทรีย์ การกระทำทางไฟฟ้าเคมีของอิเล็กโทรดจะกลับด้านระหว่างขั้วบวกและแคโทดขึ้นอยู่กับทิศทางของการไหลของกระแสผ่านแบตเตอรี่

ขั้วบวกเชิงพาณิชย์ที่ใช้กันมากที่สุด (อิเล็กโทรดลบ) คือกราไฟท์ซึ่งมีความจุ XXX mAh/G ในสถานะ LiC6ลิเธียมเต็ม อิเล็กโทรดบวกโดยทั่วไปเป็นหนึ่งในสามวัสดุ: ชั้นออกไซด์ (เช่น LiCoO2), polyanion (เช่นลิเธียมเหล็กฟอสเฟต) หรือ Spinel (เช่นลิเธียมแมงกานีสออกไซด์) เมื่อเร็วๆนี้อิเล็กโทรด graphene ยังใช้เป็นส่วนประกอบของอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

อิเล็กโทรไลต์มักเป็นส่วนผสมของเอสเตอร์คาร์บอเนตอินทรีย์เช่นคอมเพล็กซ์ลิเธียมไอออนของเอทิลีนคาร์บอเนตหรือไดเอทิลีนคาร์บอเนต อิเล็กโทรไลท์ที่ไม่ใช่น้ำเหล่านี้มักใช้เกลือไอออนที่ไม่ประสานกันเช่นลิเธียม hexafluorophosphate (LiPF6), ลิเธียมไบโอโมโนไฮเดรต, ลิเธียม perchlorate, ลิเธียม tetrafluoroborate และลิเธียมอิเล็กโทรไลต์

อุณหภูมิสูงสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ขีดจำกัดอุณหภูมิการชาร์จสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมจำนวนมากมีความเข้มงวดมากกว่าขีดจำกัดการดำเนินงาน เคมีลิเธียมไอออนทำงานได้ดีที่อุณหภูมิสูงแต่การสัมผัสกับอุณหภูมิสูงจะทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่สั้นลง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนให้ประสิทธิภาพการชาร์จที่ดีที่อุณหภูมิที่เย็นกว่าและสามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็วภายในช่วงอุณหภูมิ5-45 °C การชาร์จควรทำภายในช่วงอุณหภูมินี้ การชาร์จที่อุณหภูมิระหว่าง0-5 °C เป็นไปได้แต่กระแสไฟชาร์จควรลดลง อุณหภูมิสูงอาจเป็นประโยชน์ในระหว่างการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำเนื่องจากความต้านทานต่อแบตเตอรี่ภายใน การชาร์จที่อุณหภูมิสูงเกินไปอาจทำให้แบตเตอรี่เสื่อมและการชาร์จที่อุณหภูมิสูงกว่า45 °C จะช่วยลดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ในขณะที่ที่อุณหภูมิต่ำกว่าความต้านทานภายในของแบตเตอรี่อาจเพิ่มขึ้น, นำไปสู่อัตราการชาร์จที่ช้าลงและเวลาในการชาร์จที่ยาวนานขึ้น

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเกรดผู้บริโภคไม่ควรชาร์จที่อุณหภูมิต่ำกว่า0 °C แม้ว่าชุดแบตเตอรี่อาจดูเหมือนจะชาร์จได้ตามปกติแต่อิเล็กโทรดเชิงลบอาจสัมผัสได้ถึงการชุบลิเธียมโลหะในระหว่างการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำซึ่งอาจไม่สามารถถอดออกได้แม้จะมีรอบซ้ำ ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัยอุปกรณ์ส่วนใหญ่ที่ติดตั้งแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไม่อนุญาตให้ชาร์จนอกช่วง0-45 °C, ยกเว้นโทรศัพท์มือถือที่อาจอนุญาตให้มีการชาร์จไฟจำนวนหนึ่งเมื่อตรวจพบการโทรฉุกเฉินในระหว่างดำเนินการ