¿Cuál es el voltaje de una sola batería de computadora portátil?

Si no hay una explicación especial a continuación, las baterías de iones de litio se refieren a las comúnmente denominadas baterías de iones de litio.

Composición de la batería de iones de litio: 1. Materiales anódicos

Actualmente, el grafito natural y el coque son los dos materiales anódicos de carbono más utilizados en las baterías de iones de litio. El grafito es el material de ánodo de carbono más fácil de obtener capacidad teórica; el coque tiene una vida útil excelente en ciertos solventes y es el material de ánodo de carbono más prometedor.

2. Material del cátodo

El cátodo de las baterías de iones de litio utiliza óxido metálico de litio. Actualmente, se utilizan ampliamente el óxido de litio y cobalto, el óxido de litio y níquel, el óxido de litio y manganeso, etc. Aunque todas se llaman baterías de iones de litio, los diferentes materiales del cátodo conducen a un rendimiento diferente de las baterías de iones de litio. Las siguientes son sus diferencias:

a Utiliza óxido de cobalto de litio como cátodo: tiene un alto circuito abierto. voltaje, gran relación energía-masa, tiene las características de un ciclo de vida largo y carga y descarga rápidas, por lo que se usa ampliamente en las baterías de iones de litio actuales.

b Utiliza óxido de litio y níquel como cátodo: el bajo precio es su mayor ventaja, su rendimiento es equivalente al del óxido de litio y cobalto, pero la preparación del óxido de litio y níquel es difícil y no se usa ampliamente; presente.

c Utilice óxido de litio y manganeso como cátodo: es más barato que los dos primeros materiales catódicos y mucho más fácil de preparar que el óxido de litio y níquel, pero la capacidad recargable del óxido de litio y manganeso es menor que la de los dos primeros. Algunos, generalmente solo 100 MAH/G (la capacidad recargable del óxido de cobalto de litio es de 130 mah/g, y la capacidad recargable del óxido de níquel y litio puede exceder los 170 mah/g).

Los tres materiales catódicos anteriores tienen cada uno sus propias características. La tecnología de preparación de a es relativamente madura, b está reemplazando gradualmente a a y c está en investigación y desarrollo. Desde la perspectiva de las perspectivas de aplicación, la baja. -El precio c tiene la mayor cantidad de ventajas de aplicación.

3. Electrolito

Los principios generales para seleccionar electrolitos son:

(1) Buena estabilidad química y electroquímica;

(2) Alto contenido de iones Conductividad eléctrica, alto dieléctrico viscosidad constante, baja y pequeña resistencia a la migración de iones;

(3) Alto punto de ebullición, bajo punto de congelación y mantiene el estado líquido en un amplio rango de temperatura para mejorar el alto rendimiento de las baterías de iones de litio Baja características de temperatura;

(4) Alta solubilidad del electrolito;

(5) Alta eficiencia de ciclo para los electrodos positivo y negativo de la batería;

(6) Tiene propiedades físicas y químicas adecuadas, como baja presión de vapor, buena estabilidad, no es tóxico y no es fácil de quemar, etc.

Resumen: Del análisis anterior de la composición de la batería de iones de litio, se puede ver que las diferencias en los materiales de los electrodos positivos, los materiales de los electrodos negativos y los electrolitos conducirán a un rendimiento diferente de la batería. el proceso de empaquetado también afectará el rendimiento de la batería. Existen grandes diferencias

El principio de funcionamiento de las baterías de iones de litio:

Las baterías de iones de litio más utilizadas actualmente son las de grafito. cristal como electrodo negativo y óxido de cobalto y litio como electrodo positivo. A continuación se toma este tipo de batería como ejemplo para ilustrar el principio de funcionamiento básico de las baterías de iones de litio:

Tanto los cristales de grafito como el óxido de litio y cobalto tienen una estructura en capas. Este compuesto de estructura en capas permite la entrada de iones de litio. y salir, pero la estructura del material no. Se producirán cambios irreversibles.

Durante la carga, los átomos de litio del electrodo positivo se ionizan formando iones de litio y electrones. Los iones de litio con energía de entrada externa migran del electrodo positivo al electrodo negativo en el electrolito, y los iones de litio y los electrones se recombinan en el electrodo negativo

para formar átomos de litio y los átomos de litio reformados se insertan en las capas del grafito del electrodo negativo en la estructura.

Durante la descarga, los átomos de litio insertados en el cristal de grafito se mueven desde el interior del grafito a la superficie del electrodo negativo, y se ionizan formando iones de litio y electrones en la superficie del electrodo negativo. fluyen hacia el electrodo positivo a través del electrolito y se cargan respectivamente.

Los átomos de litio se recombinan en el electrodo positivo y luego se insertan en la estructura en capas de óxido de litio y cobalto en el electrodo positivo.

Como se puede ver en el proceso anterior, el litio siempre aparecerá en forma de iones y no en forma de metal. Por lo tanto, dicha batería se denomina batería de iones de litio.

El óxido de litio y cobalto tiene una estructura en capas estable, pero cuando se pierden iones de litio, su estructura puede cambiar. ¡El cambio depende del voltaje de carga! Generalmente, si el voltaje de carga no supera los 4,2 V, la forma cristalina del electrodo positivo será relativamente estable y la batería podrá seguir utilizándose; si el voltaje es demasiado alto, la estructura en capas se volverá extremadamente inestable. podría causar que la forma del cristal colapse y que la batería sea desechada.

Después de que se forma (carga) el electrodo negativo por primera vez, los iones de litio del electrodo positivo se lavan hacia la capa del electrodo negativo. Durante la descarga, el litio de la capa del electrodo negativo regresa al electrodo positivo. Sin embargo, después de la formación, el litio de la capa del electrodo negativo no se puede extraer por completo. Se debe dejar una parte del litio en el electrodo negativo. La próxima descarga, Sublithium puede migrar normalmente; de ​​lo contrario, la duración de la batería se acortará. Para garantizar que parte del litio pueda retenerse en la capa del electrodo negativo, el voltaje de descarga debe ser limitado. Generalmente, el voltaje de descarga no puede ser inferior a 2,5 V.

Estructura y parámetros de las baterías de iones de litio:

Generalmente, las baterías de iones de litio en las baterías de portátiles son cilíndricas y su estructura básica es la siguiente:

Uso El óxido de litio y cobalto forma un electrodo positivo en una placa de aluminio y se utiliza un compuesto de litio y carbono para formar un electrodo negativo en una placa de cobre. Se inserta un separador en forma de película entre las dos placas para permitir el paso de los iones de litio. A través, hay poros del tamaño de una micra en esta película aislante. El electrolito está El disolvente orgánico, las placas positivas y negativas se enrollan en forma de espiral y se insertan en un recipiente cilíndrico, algo similar a la estructura de un condensador.

Para evitar la sobredescarga o sobrecarga de la batería debido a un uso inadecuado, se instala un triple mecanismo de protección en la única batería de iones de litio.

Primero: elemento de conmutación PTC cuando la temperatura dentro de la batería aumenta, su resistencia aumenta. Cuando la temperatura es demasiado alta, detendrá automáticamente el suministro de energía.

Segundo: elija un. material separador apropiado cuando la temperatura aumenta a un cierto valor, los poros del tamaño de una micra en el separador se disolverán automáticamente, evitando que los iones de litio pasen a través y deteniendo la reacción interna de la batería.

Tercero: configure una válvula de seguridad (el orificio de ventilación en la parte superior de la batería cuando la presión interna de la batería aumenta a un cierto valor, la válvula de seguridad se abrirá automáticamente para garantizar la seguridad de). la batería.

Resumen:

El voltaje nominal de las baterías de iones de litio es de 3,6 ~ 3,7 V y el voltaje de carga máximo es de 4,2 V. Generalmente, la corriente de descarga máxima es aproximadamente 1,5 veces el valor de capacidad de la batería, y el valor de corriente de carga máxima es aproximadamente igual al valor de capacidad de la batería.

Por ejemplo: para una batería 18650 con una capacidad de 2000MAH, la corriente máxima de descarga es 3000ma y la corriente máxima de carga es 2000ma.

Las principales características de funcionamiento de las baterías de iones de litio:

1: Características de carga

Las baterías de iones de litio suelen utilizar un método de carga de corriente constante a voltaje constante. Por ejemplo, si una batería con una capacidad nominal de 2000 mah se carga con una corriente de 2 A, el voltaje de la batería aumentará al valor establecido (4,2 V) en aproximadamente 40 minutos y luego cambiará a carga de voltaje constante, es decir, el voltaje aumentará. permanezca en 4,2 V y la corriente de carga disminuirá rápidamente. Se puede cargar completamente en 80 minutos. Si se carga con una corriente de 1 A, el voltaje de la batería aumentará a 4,2 V en aproximadamente 100 minutos y se cargará completamente en aproximadamente 2,5 horas. Aunque la corriente de carga es diferente, se puede cargar completamente, ¡pero el tiempo que lleva es diferente!

2: Características de descarga

¡Diferentes corrientes de descarga tienen diferentes tiempos de descarga! Cuanto menor sea la corriente de descarga, es decir, cuanto más lenta sea la velocidad de descarga, mayor será el tiempo de descarga, ¡y viceversa!

Cuando la temperatura ambiente es de 0 grados Celsius, la capacidad de descarga puede alcanzar la capacidad nominal; cuando es superior a 0 grados Celsius, la capacidad de descarga es mayor que la capacidad nominal. a 21 grados Celsius, momento en el que el voltaje de la batería cae es el más lento, la capacidad de descarga a 45 grados Celsius es ligeramente menor que la capacidad de descarga a 21 grados Celsius, pero aún es mayor que la capacidad nominal, así que no lo haga. No tenga miedo de que la batería se caliente, ¡se apagará si la temperatura es demasiado alta! Cuanto más baja es la temperatura ambiente, más rápido cae el voltaje y la capacidad de descarga de la batería es menor que la capacidad nominal. Se puede descargar a menos 20 grados Celsius, pero el voltaje cae rápidamente y la capacidad de descarga es menor que la capacidad nominal.

3: Características del ciclo de carga y descarga

Cuando la temperatura ambiente es de 20 grados Celsius, la batería puede ejercer su máximo rendimiento. Los experimentos han demostrado que después de 700 ciclos de carga y descarga, la batería. La capacidad de la batería aún puede alcanzar más del 80% del valor nominal.

¡Es ideal que la batería funcione cerca de esta temperatura durante mucho tiempo!

4: Características de almacenamiento

Después de cargarse completamente y almacenarse a menos 20 grados Celsius, después de medio año, la capacidad restante aún puede permanecer en aproximadamente el 90% de la capacidad nominal; cuando la temperatura ambiente es de 20 grados Celsius Después de medio año de almacenamiento, la capacidad restante permanece por encima del 70 % de la capacidad nominal, y las temperaturas de almacenamiento superiores a 40 °C son las peores temperaturas.

La temperatura ambiente es de 20 grados Celsius. Después de 6 meses de almacenamiento, la capacidad de la batería puede alcanzar más del 90% de su capacidad previa al almacenamiento después de la recarga. una temperatura ideal de almacenamiento de la batería. ¡Es ideal para restaurar la capacidad cuando se vuelve a utilizar después del almacenamiento!

Rendimiento de seguridad de las baterías de iones:

Debido a las múltiples medidas de seguridad adoptadas dentro de las baterías de iones de litio (consulte la publicación anterior, ***3 medidas.) durante el uso, incluso si una determinada medida de seguridad se sale de control, la batería no se incendiará ni explotará, a menos que haya un problema con la calidad de la propia batería, ¡esa es otra cuestión! Los experimentos con baterías individuales de iones de litio pueden demostrar plenamente que las baterías de iones de litio tienen un rendimiento de seguridad muy bueno.

1: Prueba de cortocircuito

Después de que la batería sufre un cortocircuito, la corriente aumenta rápidamente. La corriente de cortocircuito instantánea puede alcanzar varios amperios, por lo que la temperatura de la batería también aumenta gradualmente. Después de aproximadamente 170 s, la temperatura de la batería puede alcanzar alrededor de 120 grados Celsius, se alcanza el punto de protección de la batería y las medidas de protección de la batería PTC comienzan a surtir efecto. La corriente de cortocircuito de la batería cae rápidamente a cero y la batería se detiene. ¡descarga! La temperatura bajará gradualmente, asegurando así que la batería de iones de litio no se incendie ni explote después de un cortocircuito (no olvide que el orificio de ventilación en la parte superior de la batería actúa como el respiradero en la parte superior del condensador). .

2: Prueba de sobrecarga

Para evitar que la forma cristalina del óxido de cobalto y litio colapse debido a la pérdida de demasiados iones de litio en el electrodo positivo, el voltaje de carga generalmente no puede ser superior a 4,2 V Cuando se carga a este valor especificado, la temperatura de la batería aumenta rápidamente, la protección PTC funciona y la corriente de carga de la batería cae rápidamente a 0 A. En este momento, la temperatura de la batería desciende gradualmente, lo que puede evitar eficazmente que la batería. ¡Incendiarse o explotar!

3: Prueba de impacto

Después de que una batería de iones de litio completamente cargada sea golpeada, la batería sufrirá un cortocircuito interno, el voltaje caerá rápidamente a 0 y la temperatura de la batería aumentará gradualmente, pero no superará los 120 grados Celsius (no olvide ptc), por lo que no habrá sobrecalentamiento, incendio ni explosión.

Las principales ventajas y desventajas de las baterías de iones de litio:

Hablemos primero de las ventajas:

1: El voltaje del circuito abierto es relativamente alto, alcanzando 3,6 V y una sola batería de iones de litio. Para alimentar circuitos lógicos de 3 V, también se puede reducir considerablemente la cantidad de baterías necesarias en serie para paquetes de baterías que requieren voltajes relativamente altos.

2: Tamaño pequeño, peso ligero, alta relación energía-masa. En comparación con las baterías de níquel-hidruro metálico de la misma capacidad, el volumen se reduce en un 30% y el peso se reduce en un 50%. ¡Imagínese que la batería que utilizamos sigue en buen estado!

3: Larga vida. En la actualidad, el ciclo de vida de las baterías de iones de litio puede alcanzar más de 1.000 veces, mucho mayor que el de otros tipos de baterías.

4: Carga segura y rápida. Las baterías de iones de litio utilizan electrodos de carbono especiales en el electrodo negativo, lo que permite una carga rápida. ¡Las medidas de protección interna mejoran su seguridad!

5: Amplio rango de temperatura de funcionamiento; excelentes características de descarga a alta y baja temperatura, puede funcionar en el rango de temperatura de -20 °C ~ 60 °C y el rendimiento de descarga a alta temperatura es mejor que otros tipos de baterías.

Además, las baterías de iones de litio tienen las ventajas de una pequeña corriente de autodescarga, sin efecto memoria y sin contaminación ambiental. Por ejemplo, las baterías de níquel-cadmio pueden causar contaminación por cadmio. El rendimiento general es mejor que el de otros tipos de baterías, y las baterías de iones de litio se consideran las de mejor rendimiento en la actualidad.

Las principales desventajas de las baterías de iones:

1: No hay intercambiabilidad con las baterías secas. ¡La razón es simple porque el voltaje es diferente!

2: No se puede cargar rápidamente. Algunas baterías de níquel-cadmio se pueden cargar rápidamente en 15 minutos, pero las baterías de iones de litio no tardan aproximadamente 2 horas en cargarse por completo y solo pueden cargarse hasta aproximadamente el 80% de la capacidad nominal en la primera hora.

3: Alta impedancia interna. Debido a que el electrolito de las baterías de iones de litio es un disolvente orgánico, la resistencia es mayor que la del electrolito dentro de las baterías de níquel-cadmio o níquel-hidrógeno, por lo que la resistencia interna es aproximadamente 10 veces mayor que la de las dos últimas baterías. de baterías 18650 es de unos 50 m ohmios.

4: El voltaje de funcionamiento cambia mucho.

Esto es fácil de entender. El voltaje de carga completa de una batería de iones de litio es de 4,2 V y el voltaje de parada de descarga es de 2,5 V, lo que supone una caída de 1,7 V. Sin embargo, la batería de hidruro metálico de níquel o níquel cadmio es aproximadamente. 1,2 v desde el inicio de la descarga hasta el voltaje de parada, ¡y la fluctuación de voltaje es relativamente pequeña! Para los dispositivos que funcionan con baterías, esta deficiencia de los iones de litio es muy fatal, ¡pero la gente usa esta deficiencia para detectar la energía de la batería!

5: Cuando la tasa de descarga es grande, la capacidad disminuye considerablemente. Esto es inferior a las baterías de níquel-cadmio o níquel-hidruro metálico.

¡Las baterías de polímero de litio son más ligeras, estables y seguras que las baterías de iones de litio con la misma capacidad! El rendimiento de estas dos baterías no es muy diferente