1 El principi bàsic de funcionament de les bateries d'ions de liti:
Les bateries d'ions de liti emmagatzemen i alliberen energia mitjançant el moviment dels ions de liti entre els elèctrodes positius i negatius.
Durant el procés de càrrega, una font d'alimentació externa obliga els ions de liti a passar de l'elèctrode positiu a l'elèctrode negatiu i s'emmagatzemen al material de l'elèctrode negatiu.
Durant el procés de descàrrega, els ions de liti s'alliberen de l'elèctrode negatiu i es mouen a l'elèctrode positiu, alliberant energia per a l'ús de l'equip.
2 Variació de tensió:
A l'inici de la càrrega, a causa de la presència de resistència interna i efectes de polarització a la bateria, la tensió serà relativament baixa.
A mesura que avança la càrrega, les reaccions químiques dins de la bateria assoleixen gradualment l'equilibri i la tensió augmenta gradualment fins a arribar altensió de tall de càrrega.
Prenent com a exemple les bateries de liti ternàries, el seu procés de càrrega es pot dividir en quatre etapes: càrrega continua (precàrrega de baixa tensió), càrrega de corrent constant, càrrega de tensió constant i terminació de càrrega.
Durant l'etapa de càrrega continua, si la tensió de la bateria és inferior a 3 V, primer es realitzarà la precàrrega. En aquest moment, el corrent de càrrega és 1/10 del corrent establert i la tensió augmenta lentament. Quan la tensió de la bateria augmenta per sobre del llindar de càrrega continua, entra a laetapa de càrrega de corrent constant. En aquest moment, el corrent de càrrega augmenta i la tensió de la bateria augmenta gradualment amb el procés de càrrega de corrent constant. En general, el voltatge establert per a una sola bateria és de 3,0-4,2 V. Quan la tensió de la bateria puja a 4,2 V, finalitza la càrrega de corrent constant i elfase de càrrega de tensió constantcomença. En aquest moment, la tensió de càrrega es manté a 4,2 V i el corrent de càrrega disminueix gradualment. Quan el corrent baixa a 1/10 del corrent de càrrega establert, la càrrega finalitza.
Durant el procés de descàrrega, la tendència de canvi de tensió és oposada a la que hi ha durant el procés de càrrega. Al començament de la descàrrega, la tensió és relativament alta. Amb el consum d'ions de liti i la influència de la resistència interna de la bateria, la tensió disminueix gradualment fins a arribar altensió de tall de descàrrega.
Durant la descàrrega, la corba de tensió de les bateries d'ions de liti es pot dividir en tres etapes. En l'etapa inicial, la tensió del terminal cau ràpidament, i com més gran sigui la velocitat de descàrrega, més ràpid caurà la tensió. Aleshores, la tensió de la bateria entra en una etapa que canvia lentament, que s'anomenaregió de l'altiplà de la bateria. Com més petita sigui la velocitat de descàrrega, més durarà la regió de l'altiplà, i com més alta sigui la tensió de l'altiplà, més lenta serà la caiguda de tensió. Finalment, a mesura que el nivell de la bateria s'acosta a la descàrrega, la tensió de càrrega de la bateria comença a baixar bruscament fins que arriba altensió de tall de descàrrega.
3 Raons de les fluctuacions de tensió:
1. Resistència interna de la bateria:La bateria presenta una certa resistència interna durant la càrrega i la descàrrega, que pot provocar una disminució de la tensió.
2. Efecte de polarització:Durant el procés de càrrega i descàrrega, els pols positius i negatius de la bateria experimentaran polarització, la qual cosa significa que la distribució de càrrega a la superfície de l'elèctrode és desigual, provocant canvis en la tensió.
3. Cinètica de la reacció química:La velocitat de les reaccions químiques dins de la bateria també pot afectar els canvis de voltatge. Com més ràpida sigui la velocitat de reacció, més ràpid serà el canvi de tensió; Al contrari, com més lent.
Durant el procés de càrrega i descàrrega de les bateries d'ions de liti, la tensió pot variar a causa de factors com la resistència interna, els efectes de polarització i la cinètica de la reacció química. Aquest canvi és una part normal del funcionament de la bateria i un indicador important per avaluar el rendiment i l'estat de salut de la bateria.
4 Quin és l'impacte dels canvis de tensió en el rendiment de les bateries d'ions de liti?
1. Relació entre voltatge i capacitat:
En termes generals, la capacitat d'una bateria és directament proporcional a la seva tensió. Això vol dir que a mesura que augmenta la tensió, la capacitat de la bateria també augmentarà en conseqüència, permetent-li emmagatzemar més energia. Per tant, les bateries d'ió de liti d'alt voltatge solen tenir una vida útil més llarga.
2. Relació entre corba de tensió i descàrrega:
La corba de descàrrega és la corba de la variació de tensió de les bateries d'ions de liti al llarg del temps durant l'ús. Els diferents voltatges poden afectar la forma i el pendent de la corba de descàrrega. En termes generals, la corba de descàrrega de les bateries de liti mostra una tendència a la baixa constant, però la forma i la velocitat de disminució de la corba poden variar amb diferents voltatges. Això és molt important per a l'ús normal dels dispositius electrònics i la visualització precisa del nivell de la bateria.
3. Relació entre la tensió i la velocitat de càrrega/descàrrega:
Les bateries d'ions de liti amb una tensió més alta es poden carregar i descarregar més ràpidament. Això vol dir que si fem servir bateries de liti d'alt voltatge, podem carregar completament els dispositius electrònics més ràpidament i utilitzar-los durant períodes de temps més llargs. Tanmateix, una tensió excessiva també pot provocar un sobreescalfament i danys a la bateria, de manera que cal fer un equilibri en el procés de disseny i ús.
4. Relació entre tensió i seguretat:
La sobrecàrrega i la sobredescàrrega de les bateries d'ions de liti poden afectar el seu rendiment de seguretat i fins i tot provocar accidents greus com ara incendis. La limitació de tensió de les bateries és un dels factors importants a tenir en compte a l'hora de dissenyar circuits de control de càrrega per garantir l'ús segur de les bateries. Quan la tensió de la bateria supera el rang normal, pot activar el mecanisme de protecció de la bateria, com ara l'apagada o la protecció contra curtcircuits, per evitar danys a la bateria o accidents de seguretat.
5. Altres efectes dels canvis de tensió:
Les bateries d'ions de liti que es troben en un estat de baixa tensió durant molt de temps poden accelerar reaccions químiques nocives dins de la bateria, com ara la descomposició de l'electròlit i el despreniment de substàncies actives, que poden provocar una degradació irreversible de la capacitat de la bateria.
La baixa tensió també pot provocar canvis microscòpics en l'estructura interna de la bateria, com ara l'expansió i la contracció desiguals dels materials dels elèctrodes, agreujant encara més l'envelliment de la bateria i la degradació del rendiment.
La variació de voltatge de les bateries d'ions de liti té un impacte significatiu en el seu rendiment. Per tant, a l'hora de seleccionar i utilitzar bateries d'ió de liti, cal tenir en compte completament el factor de tensió i triar el tipus de bateria i les especificacions adequats en funció de les necessitats reals i dels escenaris d'aplicació. Mentrestant, també s'ha de prestar atenció a l'estat de tensió de la bateria durant l'ús per garantir la seva seguretat i estabilitat.