锂离子电池如何工作

由:马歇尔的大脑|

锂电池的技术一直在缓慢改进,以创造更稳定的产品。了解PHEV和锂电池技术。
©极盛时期/思想库

这些天锂离子电池非常流行。你可以在...里找到它们笔记本电脑pda手机ipod.它们之所以如此常见,是因为它们是最具活力的可充电电池之一。

锂离子电池最近也出现在新闻中。这是因为这些电池具有偶尔起火的能力。这种情况并不常见——每百万分之二到三个电池组就会有问题——但一旦发生,情况就非常严重了。在某些情况下,失败率可能会上升,当这种情况发生时,你就会在全世界范围内电池召回事件这可以花费数百万美元的厂商。

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所以问题是,是什么让这些电池如此有能量,如此受欢迎?它们是如何燃烧起来的?你能做些什么来防止这个问题或者延长电池的使用寿命呢?在本文中,我们将回答这些问题。

锂离子电池之所以受欢迎,是因为与其他竞争技术相比,它们有许多重要的优势:

  • 它们通常比同样大小的其他类型的充电电池轻得多。锂离子电池的电极是由轻质材料制成的.锂也是一种高反应性元素,这意味着大量能量可以存储在其原子键中。这转化为一个非常高的能量密度锂离子电池。这是一种透视能量密度的方法。一个典型的锂离子电池可以在1公斤的电池中储存150瓦时的电力。一个镍氢电池电池组每公斤可能能储存100瓦时,尽管60到70瓦时可能更常见。一个铅酸电池只能每公斤储存25个瓦特小时。使用铅酸技术,需要6公斤才能存储相同的能量,即1千克锂离子电池可以处理。这是一个巨大的差异[来源:everything2.com].
  • 他们持有他们的权利。锂离子电池组每月仅损耗约5%的电量,而镍氢电池每月损耗20%。
  • 他们没有记忆效应,这意味着在充电之前,您不必完全排出它们,就像其他一些电池化学物质
  • 锂离子电池可以进行数百次充放电循环。

这并不是说锂离子电池是完美无缺的。它们也有一些缺点:

  • 他们一离开工厂就开始退化。从生产之日起,无论你是否使用它们,它们都只能使用2 - 3年。
  • 它们对高温极其敏感。热量会导致锂离子电池组比正常情况下降解得更快。
  • 如果锂离子电池完全放电,它就毁了。
  • 锂离子电池组必须有一个机载计算机来管理电池。这使得它们比现在的价格还要昂贵。
  • 如果锂离子电池组失效,则会有很小的机会,它将爆入火焰中。

通过观察锂离子电池内部的化学成分,我们可以了解其中的许多特性。我们接下来再来看这个。

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在锂离子电池组和细胞内

照片礼貌英国ZD净

锂离子电池组有各种形状和大小,但它们的内部外观都是一样的。如果你拆开笔记本电脑的电池组(我们不要建议,因为有可能短路电池和引起火灾),你会发现以下:

  • 锂电池可以是看起来几乎和AA电池一样的圆柱形电池,也可以是棱镜,这意味着它们是平方或矩形计算机,包括:
  • 一个或多个温度传感器监控电池温度
  • 一个电压变换器和稳压器电路保持安全水平的电压和电流
  • 一个屏蔽笔记本连接器这让电源和信息流入和推出电池组
  • 一个电压抽头,它监视电池组中各个细胞的能量容量
  • 一个电池充电状态监测器,这是一个小的电脑处理整个充电过程以确保电池尽可能快速地充电。

如果电池组在充电或使用过程中过热,电脑就会关闭电源以冷却电池。如果你把你的笔记本电脑放在一个非常热的车里,并试图使用它,这台电脑可能会阻止你的电源,直到事情冷却下来。如果电池完全放电,电池组就会关闭,因为电池损坏了。它还可以记录充电/放电循环次数,并发送信息,这样笔记本电脑的电池表就可以告诉你电池中还剩多少电量。

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这是一个相当复杂的小计算机,它从电池中获取能量。这种耗电是锂离子电池每月闲置时耗电5%的原因之一。

锂电池

和大多数电池一样,你有一个金属外壳。金属的使用在这里特别重要,因为电池是加压的。这个金属外壳有某种压力感应装置通风口.如果电池过热,可能会因超压而爆炸,这个排气口会释放额外的压力。之后电池可能就没用了,所以这是要避免的。通风口在那里是安全措施。所以是正温度系数(PTC)开关,一种防止电池过热的装置。

这个金属盒子里有一个长长的螺旋,由三张薄片压在一起组成:

  • 一个正电极
  • 一个负电极
  • 一个分隔器

在这种情况下,这些薄片被浸没在用作电解质的有机溶剂中。乙醚是一种常用溶剂。

分离器是一片非常薄的微穿孔塑料片。顾名思义,它分离正极和负极,同时允许离子通过。

正极由锂钴氧化物(LiCoO)制成2.负极是由碳构成的。当电池充电时,锂离子通过电解液从正极移动到负极,并附着在碳上。在放电过程中,锂离子移动回LiCoO2从碳。

这些锂离子的运动发生在相当高的电压下,所以每个电池产生3.7伏电压。这比你在超市买到的普通AA碱性电池的1.5伏电压高得多,有助于使锂离子电池在手机等小型设备中更加小巧。看到电池如何工作有关不同电池化学成分的详细资料。

我们将探讨如何延长锂离子电池的寿命,并探讨为什么它们下一次会爆炸。

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锂离子电池的寿命和死亡

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过去六个月里的几篇新闻报道都描述了锂离子电池起火的笔记本电脑。

锂离子电池组是昂贵的,所以如果你想让你的持续时间更长,这里有一些事情要记住:

  • 锂离子化学偏好局部放电深度排放,所以最好避免将电池一直送到零。由于锂离子化学没有“记忆”,因此您不会损坏局部放电的电池组。如果锂离子电池的电压下降到一定水平以下,则会破坏。
  • 锂离子电池年龄.即使它们闲置在架子上,也只能使用两到三年。因此,不要“避免使用”电池的想法,电池组可以使用5年。它不会。此外,如果你买了一个新的电池组,你要确保它真的是新的。如果它已经在商店的货架上放了一年,它不会持续很长时间。生产日期很重要。
  • 避免热,这会降低电池。

爆炸电池

既然我们知道了如何延长锂离子电池的工作时间,让我们来看看它们为什么会爆炸。

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如果电池热到足以点燃电解液,就会着火。网上的视频剪辑和照片显示了这些火灾有多严重。的CBC文章,“夏季爆炸笔记本电脑”,围绕了几个事件的几个事件。

当像这样发生的火灾时,它通常是由电池内部短路引起的。从上一部分召回锂离子电池含有隔离板,其保持正电极和负电极。如果该纸张被刺破并且电极触摸,则电池会非常快地加热。如果您在口袋中放置了正常的9伏电池,您可能会遇到电池可以产生的热量。如果硬币短路在两个端子上,电池会变得非常热。

在分离器故障中,在锂离子电池内部发生相同的短路。由于锂离子电池如此精力充沛,因此他们得到了非常热的。热量使电池排出用作电解质的有机溶剂,而热(或附近的火花)可以点亮它。一旦发生在其中一个电池内,就会将火级联到另一个细胞的热量和整个包装在火焰中。

值得注意的是,火灾非常罕见。不过,只需几起火灾和少量媒体报道,就能促使召回。

要了解有关锂离子电池和相关主题的更多信息,请查看下一页上的链接。

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最初发表:2006年11月14日

锂离子电池常见问题

锂离子电池的使用寿命有多长?
锂离子电池可以处理数百个充电/放电循环或两到三年。
什么是锂离子电池?
锂离子电池是一种常用于笔记本电脑和手机的可充电电池。为了产生功率,锂离子从负电极通过电解质移动到正电极。
锂离子电池的成本是多少?
根据Bloombergnef.在美国,锂离子电池组的平均成本在2020年降至每千瓦时137美元。对于智能手机来说,电池的价格在2到4美元之间,但对于电动汽车来说,锂离子电池的价格在7000到20000美元之间。然而,在过去十年中,这些电池的价格已经下降了约88%,并继续呈下降趋势。
锂离子电池的缺点是什么?
这些电池偶尔有起火的能力。这并不常见——每百万人中只有两到三包有这个问题。它们对高温非常敏感,这可能会导致它们迅速降解。它们一离开工厂就开始降解,不管它们是否被使用。
还有比锂离子电池更好的电池吗?
此时,没有什么能击败锂离子电池。与其他细胞技术相比,它具有更高的能量密度,更电池周期,更快的充电率,并且使用更安全。

更多的信息

相关文章

更多的联系方式

  • “戴尔笔记本电脑在日本大会上大受欢迎。”《问询报》,2006年6月21日。http://www.theinquirer.net/default.aspx?article=32550
  • “能量密度”。Everything2.com。https://everything2.com/title/energy+density?searchy=search
  • 古德温,鲁珀特。“在一个笔记本电池包里。”ZDNet.co。2006年8月17日,英国。http://reviews.zdnet.co.uk/0,39023100,39281143,00.htm
  • “如何延长锂电池的寿命。”电池的大学。http://www.batteryuniversity.com/parttwo-34.htm
  • "如何重建锂离子电池组"Electronics-Lab.com。http://www.electronics-lab.com/articles/Li_Ion_reconstruct/index.html
  • Kanellos,迈克尔。“有什么能驯服电池的火焰吗?”新闻网站,2006年8月15日。http://news.com.com/Can+anything+tame+the+battery+flames/2100-11398_3-6105924.html
  • “锂离子充电电池。”GPBatteries。http://www.gpbatteries.com/pdf/Lithium_Rechargeable.pdf
  • 锌矩阵幂。http://www.zmp.com/news.html

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