แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร - อุปกรณ์และประเภท

องค์ประกอบสำคัญของความคล่องตัวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คือแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ (ACB) ความต้องการที่เพิ่มขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าเอกราชที่ยาวที่สุดของพวกเขาจะกระตุ้นการวิจัยอย่างต่อเนื่องในด้านนี้และนำไปสู่การเกิดขึ้นของโซลูชั่นเทคโนโลยีใหม่

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม (Ni-Cd) และนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (Ni-MH) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมีทางเลือกอื่น นั่นคือ แบตเตอรี่ลิเธียมรุ่นแรก และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-ion) ขั้นสูง

ประวัติการปรากฏตัว

แบตเตอรี่ดังกล่าวก้อนแรกปรากฏขึ้นในยุค 70 ศตวรรษที่ผ่านมา พวกเขาได้รับความต้องการทันทีเนื่องจากคุณสมบัติขั้นสูง แอโนดขององค์ประกอบทำจากโลหะลิเธียม ซึ่งมีคุณสมบัติที่ทำให้สามารถเพิ่มพลังงานจำเพาะได้ นี่คือที่มาของแบตเตอรี่ลิเธียม

แบตเตอรี่ใหม่มีข้อเสียเปรียบอย่างมาก - มีความเสี่ยงที่จะระเบิดและจุดระเบิดเพิ่มขึ้นเหตุผลอยู่ในการก่อตัวของฟิล์มลิเธียมบนพื้นผิวอิเล็กโทรดซึ่งนำไปสู่การละเมิดเสถียรภาพของอุณหภูมิ ในขณะที่โหลดสูงสุด แบตเตอรี่อาจระเบิดได้

การปรับแต่งเทคโนโลยีได้นำไปสู่การละทิ้งลิเธียมบริสุทธิ์ในส่วนประกอบแบตเตอรี่เพื่อสนับสนุนการใช้ไอออนที่มีประจุบวก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นทางออกที่ดี

แบตเตอรีไอออนประเภทนี้มีความปลอดภัยสูง ซึ่งได้มาจากความหนาแน่นของพลังงานที่ลดลงเล็กน้อย แต่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องทำให้สามารถลดการสูญเสียในตัวบ่งชี้นี้ให้เหลือน้อยที่สุด

อุปกรณ์

การเปิดตัวแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคประสบความสำเร็จอย่างมากหลังจากการพัฒนาแบตเตอรี่ที่มีแคโทดที่เป็นวัสดุคาร์บอน (กราไฟต์) และขั้วบวกโคบอลต์ออกไซด์

ในกระบวนการคายประจุแบตเตอรี่ ลิเธียมไอออนจะถูกลบออกจากวัสดุแคโทดและรวมอยู่ในโคบอลต์ออกไซด์ของอิเล็กโทรดตรงข้าม เมื่อชาร์จ กระบวนการจะดำเนินการไปในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นลิเธียมไอออนจะสร้างกระแสไฟฟ้าโดยเคลื่อนที่จากอิเล็กโทรดหนึ่งไปยังอีกอิเล็กโทรด

แบตเตอรี่ Li-Ion ผลิตขึ้นในรูปแบบทรงกระบอกและปริซึม ในโครงสร้างทรงกระบอก ริบบิ้นอิเล็กโทรดแบบแบนสองเส้นที่คั่นด้วยวัสดุที่ชุบด้วยอิเล็กโทรไลต์จะถูกม้วนขึ้นและวางในกล่องโลหะที่ปิดสนิท วัสดุแคโทดถูกวางบนฟอยล์อลูมิเนียม และวัสดุแอโนดถูกวางบนฟอยล์ทองแดง

การออกแบบแบตเตอรี่แบบแท่งปริซึมได้มาจากการวางแผ่นสี่เหลี่ยมทับซ้อนกัน รูปร่างของแบตเตอรี่ทำให้การจัดวางอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีความหนาแน่นมากขึ้น แบตเตอรี่แบบแท่งปริซึมที่มีอิเล็กโทรดแบบม้วนบิดเป็นเกลียวก็ถูกผลิตขึ้นเช่นกัน

อายุการใช้งานและอายุการใช้งาน

การใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ยาวนาน เต็มที่ และปลอดภัยเป็นไปได้หากปฏิบัติตามกฎการใช้งาน การละเลยแบตเตอรี่ไม่เพียงแต่จะทำให้อายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์สั้นลงเท่านั้น แต่ยังส่งผลด้านลบอีกด้วย

การเอารัดเอาเปรียบ

ข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับการทำงานของแบตเตอรี่ Li-Ion เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ - ไม่ควรปล่อยให้มีความร้อนสูงเกินไป อุณหภูมิที่สูงอาจทำให้เกิดอันตรายสูงสุด และสาเหตุของความร้อนสูงเกินไปอาจเป็นได้ทั้งจากแหล่งภายนอกและโหมดการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ที่ตึงเครียด

ตัวอย่างเช่น การให้ความร้อนสูงถึง 45°C ทำให้ความสามารถในการเก็บประจุแบตเตอรี่ลดลง 2 เท่า อุณหภูมินี้เข้าถึงได้ง่ายเมื่ออุปกรณ์โดนแสงแดดเป็นเวลานานหรือเมื่อใช้งานแอพพลิเคชั่นที่ใช้พลังงานมาก

หากผลิตภัณฑ์มีความร้อนสูงเกินไป แนะนำให้วางในที่เย็น ปิดเครื่องและถอดแบตเตอรี่ออกจะดีกว่า

เพื่อประสิทธิภาพแบตเตอรี่สูงสุดในฤดูร้อน คุณควรใช้โหมดประหยัดพลังงานซึ่งมีให้ในอุปกรณ์พกพาส่วนใหญ่

อุณหภูมิต่ำก็ส่งผลเสียต่อแบตเตอรี่ไอออนเช่นกัน ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -4°C แบตเตอรี่จะไม่สามารถส่งพลังงานเต็มที่ได้อีกต่อไป

แต่ความเย็นไม่เป็นอันตรายต่อแบตเตอรี่ Li-Ion เท่ากับอุณหภูมิสูง และส่วนใหญ่มักไม่ก่อให้เกิดความเสียหายถาวร แม้ว่าที่จริงแล้วหลังจากอุ่นเครื่องจนถึงอุณหภูมิห้องแล้ว คุณสมบัติการทำงานของแบตเตอรี่ก็กลับคืนมาอย่างสมบูรณ์ แต่คุณไม่ควรลืมเกี่ยวกับความจุที่ลดลงในที่เย็น

คำแนะนำสำหรับการใช้แบตเตอรี่ Li-Ion อีกประการหนึ่งคือการป้องกันไม่ให้คายประจุจนหมด แบตเตอรี่รุ่นเก่าจำนวนมากมีเอฟเฟกต์หน่วยความจำที่กำหนดให้ปล่อยประจุจนเหลือศูนย์แล้วจึงชาร์จจนเต็มแบตเตอรี Li-Ion ไม่มีผลกระทบนี้ และกรณีที่มีการคายประจุจนหมดเพียงกรณีเดียวก็ไม่ทำให้เกิดผลกระทบด้านลบ แต่การคายประจุออกลึกๆ อย่างต่อเนื่องเป็นอันตราย ขอแนะนำให้เชื่อมต่อเครื่องชาร์จเมื่อระดับการชาร์จอยู่ที่ 30%

เวลาชีวิต

การทำงานที่ไม่เหมาะสมของแบตเตอรี่ Li-Ion สามารถลดอายุการใช้งานได้ 10-12 เท่า ช่วงเวลานี้ขึ้นอยู่กับจำนวนรอบการชาร์จโดยตรง เป็นที่เชื่อกันว่าแบตเตอรี่ประเภท Li-Ion สามารถทนต่อ 500 ถึง 1,000 รอบโดยคำนึงถึงการคายประจุจนหมด เปอร์เซ็นต์ที่สูงกว่าของการชาร์จที่เหลือก่อนการชาร์จครั้งต่อไปจะช่วยยืดอายุแบตเตอรี่ได้อย่างมาก

เนื่องจากระยะเวลาของอายุการใช้งานแบตเตอรี่ Li-Ion นั้นขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานเป็นส่วนใหญ่ จึงไม่สามารถที่จะให้อายุการใช้งานที่แน่นอนสำหรับแบตเตอรี่เหล่านี้ได้ โดยเฉลี่ยแล้ว แบตเตอรี่ประเภทนี้สามารถอยู่ได้นาน 7-10 ปี หากปฏิบัติตามข้อบังคับที่กำหนด

กระบวนการชาร์จ

เมื่อชาร์จ หลีกเลี่ยงการเชื่อมต่อแบตเตอรี่กับเครื่องชาร์จนานเกินไป การทำงานปกติของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 3.6 V เครื่องชาร์จจะจ่ายกระแสไฟเข้าแบตเตอรี่ 4.2 V ระหว่างการชาร์จ หากเกินเวลาชาร์จ อาจเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีที่ไม่ต้องการในแบตเตอรี่ซึ่งจะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไป กับผลที่ตามมาทั้งหมด

นักพัฒนาคำนึงถึงคุณสมบัติดังกล่าว - ความปลอดภัยของการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ทันสมัยถูกควบคุมโดยอุปกรณ์พิเศษในตัวที่หยุดกระบวนการชาร์จเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเหนือระดับที่อนุญาต

สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม วิธีการชาร์จแบบสองขั้นตอนนั้นถูกต้องในระยะแรกจะต้องชาร์จแบตเตอรี่โดยให้กระแสไฟชาร์จคงที่ ขั้นตอนที่สองจะต้องดำเนินการด้วยแรงดันคงที่และกระแสไฟชาร์จจะลดลงทีละน้อย อัลกอริทึมดังกล่าวใช้ในฮาร์ดแวร์ในเครื่องชาร์จในครัวเรือนส่วนใหญ่

การจัดเก็บและการกำจัด

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถเก็บไว้ได้นาน คายประจุเองได้ 10-20% ต่อปี แต่ในขณะเดียวกันก็ค่อยๆ ลดลงในลักษณะของผลิตภัณฑ์ (การเสื่อมสภาพ)

ขอแนะนำให้เก็บแบตเตอรี่ดังกล่าวไว้ในที่ที่มีการป้องกันความชื้นที่อุณหภูมิ +5 ... +25 ° C การสั่นสะเทือนที่รุนแรง การกระแทก และความใกล้ชิดกับเปลวไฟเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้

กระบวนการรีไซเคิลเซลล์ลิเธียมไอออนต้องดำเนินการในสถานประกอบการเฉพาะทางที่มีใบอนุญาตที่เหมาะสม วัสดุประมาณ 80% จากแบตเตอรี่รีไซเคิลสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในการผลิตแบตเตอรี่ใหม่

ความปลอดภัย

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแม้จะเป็นแบตเตอรี่ขนาดเล็ก แต่ก็เต็มไปด้วยความเสี่ยงที่จะเกิดการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ คุณสมบัติของแบตเตอรี่ประเภทนี้ต้องปฏิบัติตามมาตรการความปลอดภัยในทุกขั้นตอน ตั้งแต่การพัฒนาจนถึงการผลิตและการจัดเก็บ

เพื่อเพิ่มความปลอดภัยให้กับแบตเตอรี่ Li-Ion ในระหว่างการผลิต แผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กจะวางอยู่ในกล่อง - ระบบตรวจสอบและควบคุมที่ออกแบบมาเพื่อกำจัดการโอเวอร์โหลดและความร้อนสูงเกินไป กลไกอิเล็กทรอนิกส์จะเพิ่มความต้านทานของวงจรเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นเหนือขีดจำกัดที่กำหนดไว้ แบตเตอรี่บางรุ่นมีสวิตช์แบบกลไกในตัวซึ่งจะตัดวงจรเมื่อแรงดันภายในแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น

นอกจากนี้ มักจะติดตั้งวาล์วนิรภัยในกล่องแบตเตอรี่เพื่อลดแรงดันในกรณีฉุกเฉิน

ข้อดีและข้อเสียของแบตเตอรี่ลิเธียม

ข้อดีของแบตเตอรี่ประเภทนี้คือ:

• ความหนาแน่นของพลังงานสูง
• ไม่มีผลหน่วยความจำ
• อายุการใช้งานยาวนาน
• อัตราการปลดปล่อยตัวเองต่ำ
• ไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษา
• ทำให้มั่นใจได้ว่าพารามิเตอร์การทำงานคงที่ตลอดช่วงอุณหภูมิที่ค่อนข้างกว้าง

มันมีแบตเตอรี่ลิเธียมและข้อเสียเหล่านี้คือ:

• ความเสี่ยงของการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง;
• ค่าใช้จ่ายสูงกว่ารุ่นก่อน
• ความต้องการคอนโทรลเลอร์ในตัว
• ไม่พึงประสงค์ของการปลดปล่อยลึก

เทคโนโลยีสำหรับการผลิตแบตเตอรี่ Li-Ion ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ข้อบกพร่องหลายอย่างกำลังกลายเป็นอดีตไปแล้ว

พื้นที่สมัคร

ความหนาแน่นพลังงานสูงของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำหนดขอบเขตการใช้งานหลัก - อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่: แล็ปท็อป แท็บเล็ต สมาร์ทโฟน กล้องวิดีโอ กล้อง ระบบนำทาง เซ็นเซอร์ในตัวต่างๆ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง

การมีรูปทรงทรงกระบอกของแบตเตอรี่เหล่านี้ทำให้สามารถใช้กับไฟฉาย โทรศัพท์บ้าน และอุปกรณ์อื่นๆ ที่เคยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบใช้แล้วทิ้ง

หลักการลิเธียมไอออนในการสร้างแบตเตอรี่มีหลายแบบ ประเภทแตกต่างกันไปตามประเภทของวัสดุที่ใช้ (ลิเธียม-โคบอลต์ ลิเธียม-แมงกานีส ลิเธียม-นิกเกิล-แมงกานีส-โคบอลต์-ออกไซด์ ฯลฯ) แต่ละคนมีขอบเขตของตัวเอง

นอกจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่แล้ว กลุ่มแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังใช้ในพื้นที่ต่อไปนี้:

• เครื่องมือไฟฟ้าแบบมือถือ
• อุปกรณ์ทางการแพทย์แบบพกพา
• เครื่องสำรองไฟ;
• ระบบรักษาความปลอดภัย
• โมดูลไฟฉุกเฉิน
• สถานีพลังงานแสงอาทิตย์
• ยานพาหนะไฟฟ้าและจักรยานไฟฟ้า

เมื่อพิจารณาถึงการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีลิเธียมไอออนและความสำเร็จในการสร้างแบตเตอรี่ความจุสูงที่มีขนาดเล็ก จึงสามารถคาดการณ์การขยายตัวของการใช้งานสำหรับแบตเตอรี่ดังกล่าวได้

เครื่องหมาย

พารามิเตอร์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะพิมพ์อยู่บนตัวผลิตภัณฑ์ ในขณะที่รหัสที่ใช้อาจแตกต่างกันอย่างมากสำหรับขนาดต่างๆ มาตรฐานการติดฉลากแบตเตอรี่เดียวสำหรับผู้ผลิตทุกรายยังไม่ได้รับการพัฒนา แต่ก็ยังสามารถหาพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดได้ด้วยตัวเอง

ตัวอักษรในเส้นการทำเครื่องหมายระบุประเภทของเซลล์และวัสดุที่ใช้: อักษรตัวแรก I หมายถึงเทคโนโลยีลิเธียมไอออน ตัวอักษรถัดไป (C, M, F หรือ N) ระบุองค์ประกอบทางเคมี ตัวอักษรที่สาม R หมายถึง เซลล์เป็นแบบชาร์จไฟได้ (Rechargeable)

ตัวเลขในชื่อขนาดระบุขนาดของแบตเตอรี่เป็นมิลลิเมตร: ตัวเลขสองตัวแรกคือเส้นผ่านศูนย์กลาง และอีกสองตัวคือความยาว ตัวอย่างเช่น 18650 หมายถึงเส้นผ่านศูนย์กลาง 18 มม. และความยาว 65 มม. 0 หมายถึงฟอร์มแฟคเตอร์ทรงกระบอก

ตัวอักษรและตัวเลขสุดท้ายในชุดนี้เป็นเครื่องหมายคอนเทนเนอร์เฉพาะสำหรับผู้ผลิตแต่ละราย นอกจากนี้ยังไม่มีมาตรฐานเดียวกันสำหรับการระบุวันที่ผลิต

บทความที่คล้ายกัน: