Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Pin Li-ion cung cấp nguồn năng lượng cao có trọng lượng nhẹ và mật độ cao cho nhiều loại thiết bị. Để sử dụng các thiết bị lớn hơn, chẳng hạn như xe điện, kết nối nhiều pin nhỏ trong một mạch song song có hiệu quả hơn là kết nối một pin lớn. Các thiết bị

Pin Li-ion cung cấp nguồn năng lượng cao có trọng lượng nhẹ và mật độ cao cho nhiều loại thiết bị. Để sử dụng các thiết bị lớn hơn, chẳng hạn như xe điện, kết nối nhiều pin nhỏ trong một mạch song song có hiệu quả hơn là kết nối một pin lớn. Các thiết bị

Tải bản đầy đủ - 0trang

Hình ảnh nhện hình lục giác (hình 27) tóm tắt hiệu suất của Li-cobalt về năng lượng

riêng (specific energy) hoặc lượng điện lưu trữ có liên quan đến thời gian chạy; Công suất

riêng (specific power ) hoặc khả năng cung cấp dòng điện cao; An tồn (safety); Hoạt động

(hoạt động) ở nhiệt độ nóng và lạnh; tuổi thọ (life pan) phản ánh chu kỳ làm việc và tuổi thọ;

và chi phí. Các đặc tính khác khơng được hiển thị trong mạng lưới nhện là độc tính, khả năng

sạc nhanh, tự xả và thời hạn sử dụng.



Hình 16: Tóm tắt hiệu suất của pin Li-cobalt

Pin Li-Cobalt có năng lượng riêng cao nhưng cơng

suất riêng, độ an tồn và tuổi thọ trung bình.

Nguồn: Courtesy of Cadex



Bảng 3: Tóm tắt đặc tính của pin Lithium Cobalt Oxide

Lithium Cobalt Oxide: Catot: LiCoO2(~60% Co), anot: graphite

Dạng rút gọn: LCO or Li-cobalt, từ năm 1991

Điện áp



3.60V danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 3.0–4.2V/cell



Năng lượng riêng



150–200Wh/kg. . Các tế bào đặc biệt cung cấp lên đến 240Wh /

kg



Sạc (C-rate)



0.7–1C, sạc đến 4.20V (hầu hết các tế bào); sạc trong 3 giờ.

Dòng điện sạc trên 1C sẽ rút ngắn tuổi thọ của pin.



Xả (C-rate)



1C; trên 2.V sẽ cắt. Dòng điện xả trên 1C sẽ rút ngắn tuổi thọ

của pin.



Chu kỳ sạc-xả



500–1000 lần, liên quan đến xả sâu, tải, nhiệt độ



Thốt nhiệt



150°C (302°F). Q trình sạc thúc đẩy sự thốt nhiệt.



Ứng dụng



Điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay, máy ảnh



Đánh giá



Năng lượng cao, hạn chế về công suất, sử dụng như các tế bào

năng lượng, giá thành của cobalt đắt, thị phần đã ổn định.



Pin Lithium Mangan Oxide (LiMn2O4)

Pin Li-ion với spinel mangan lần đầu tiên được công bố trong Bản tin nghiên cứu Vật

liệu năm 1983. Năm 1996, Moli Energy đã thương mại hóa một tế bào Li-ion với oxit mangan

Lithi làm vật liệu catot. Kiến trúc tạo thành một cấu trúc spinel ba chiều cải thiện luồng ion

trên điện cực, dẫn đến việc điện trở nội bộ thấp hơn và cải tiến việc xử lý hiện tại. Một lợi thế

nữa của spinel là ổn định nhiệt độ cao và tăng cường độ an toàn, nhưng chu kỳ và tuổi thọ rất

hạn chế.

18



Điện trở trong tế bào nội vi thấp cho phép sạc nhanh và xả điện cao. Trong gói 18650,

pin Li-mangan có thể được thải ra ở dòng 20-30A với nhiệt độ tích tụ vừa phải. Cũng có thể áp

dụng xung tải một giây lên đến 50A. Một tải liên tục cao ở dòng điện này sẽ gây ra sự tích tụ

nhiệt và nhiệt độ của tế bào không thể vượt quá 80 ° C (176 ° F). Pin Li-mangan được sử dụng

cho các dụng cụ điện, dụng cụ y tế, cũng như xe hybrid và điện.

Hình 28 minh họa việc hình thành một khn hình tinh thể ba chiều trên cực âm của pin

Li-mangan. Cấu trúc spinel, thường bao gồm các hình dạng kim cương kết nối vào mạng tinh

thể, xuất hiện sau khi hình thành ban đầu.

Hình 17: Cấu trúc Li-mangan.

Sự hình thành tinh thể catot của oxit

mangan Lithi có cấu trúc khung ba

chiều xuất hiện sau khi hình thành ban

đầu. Spinel cung cấp điện trở thấp

nhưng có năng lượng riêng trung bình

hơn cobalt. Nguồn: Courtesy of Cadex

Pin Li-mangan có năng suất thấp hơn một phần ba so với Pin Li-cobalt. Tính linh hoạt

của thiết kế cho phép các kỹ sư tối đa hóa tuổi thọ pin, dòng điện tải tối đa (công suất riêng)

hoặc công suất cao (năng lượng riêng). Ví dụ, phiên bản cuộc đời dài trong tế bào 18650 có

cơng suất vừa phải chỉ có cơng suất trung bình là1.100mAh; phiên bản cơng suất cao là

1.500mAh.

Hình 29 cho thấy mạng nhện của một pin Li-mangan điển hình. Những đặc điểm này

xuất hiện ít nhưng thiết kế mới hơn đã được cải thiện về mặt sức mạnh, an toàn và tuổi thọ cụ

thể. Pin Li-Mangan tinh khiết khơng còn phổ biến ngày nay; chúng chỉ có thể được sử dụng

cho các ứng dụng đặc biệt.



Hình 18: Tóm tắt hiệu suất của pin Li-mangan

tinh khiết

Mặc dù hiệu suất tổng thể trung bình, thiết kế

mới hơn của Li-mangan mang lại những cải tiến

về cơng suất, an tồn và tuổi thọ cụ thể.

Nguồn: Boston Consulting Group



Hầu hết Li-mangan trộn với oxit cobalt mangan niken (NMC) Lithi để cải thiện năng

lượng riêng và kéo dài tuổi thọ. Sự kết hợp này mang lại sự tốt nhất trong mỗi hệ thống, và

LMO (NMC) được chọn cho hầu hết các loại xe điện, chẳng hạn như Nissan Leaf, Chevy Volt

và BMW i3. Phần LMO của pin, có thể khoảng 30%, cung cấp tăng tốc hiện tại cao; Phần

NMC cho phép tầm lái dài.

Nghiên cứu pin Li-ion hấp dẫn rất nhiều trong việc kết hợp Li-mangan với coban,

niken, mangan và / hoặc nhôm làm vật liệu catốt hoạt động. Trong một số kiến trúc, một lượng

19



nhỏ silic được thêm vào cực dương. Điều này cung cấp tăng 25% công suất; tuy nhiên, việc

tăng này được thường kết nối với một chu kỳ làm việc ngắn hơn.

Ba kim loại hoạt động, cũng như việc tăng cường silicon có thể được lựa chọn thuận

tiện để tăng năng lượng riêng (công suất), công suất riêng (khả năng tải) hoặc tuổi thọ. Mặc dù

pin tiêu dùng có dung lượng cao, các ứng dụng cơng nghiệp đòi hỏi hệ thống pin có khả năng

tải tốt, cung cấp một tuổi thọ lâu dài và cung cấp dịch vụ an toàn và đáng tin cậy.

Bảng 4: Tóm tắt đặc tính của pin Lithium Manganese Oxide

Lithi Manganese Oxide: catot: LiMn2O4; anot: graphite

Dạng rút gọn: LMO or Li-manganese (cấu trúc spinel); Từ năm 1996

Điện áp



3.70V (3.80V) danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 3.0–4.2V/cell



Năng lượng riêng



100–150Wh/kg



Sạc (C-rate)



0.7–1C, cao nhất: 3C, sạc đến 4.20V (hầu hết các tế bào)



Xả (C-rate)



1C; có thể là 10C đối với một vài tế bào, 30C xung (5s), 2.50V

sẽ cắt



Chu kỳ sạc-xả



300–700 lần (liên quan đến xả sâu, nhiệt độ)



Thoát nhiệt



250°C (482°F). Q trình sạc thúc đẩy sự thốt nhiệt.



Ứng dụng



Dụng cụ điện, thiết bị y tế, hệ thống truyền động điện



Đánh giá



Năng lượng cao nhưng cơng suất thấp; an tồn hơn Pin Licobalt; thường trộn lẫn với NMC để cải thiện hiệu suất.



Pin Lithium Nickel Mangan Cobalt Oxide (LiNiMnCoO2 hoặc NMC)

Một trong những hệ thống pin Li-ion thành công nhất là một sự kết hợp catốt của

nickel-mangan-cobalt (NMC). Tương tự như Li-mangan, các hệ thống này có thể được điều

chỉnh để phục vụ như là các tế bào năng lượng hoặc các tế bào điện năng. Ví dụ, NMC trong

một tế bào 18650 cho điều kiện tải trung bình có cơng suất khoảng 2.800 mAh và có thể cung

cấp 4A đến 5A; NMC trong cùng một tế bào được tối ưu hóa cho điện cụ thể có cơng suất chỉ

khoảng 2.000 mWh nhưng cung cấp một dòng chảy xả liên tục của 20A. Một anot nền silicon

sẽ tăng lên đến 4.000mAh và cao hơn nhưng ở khả năng tải giảm và tuổi thọ ngắn hơn. Silicon

được thêm vào graphite có nhược điểm là anot phát triển và thu hẹp với việc sạc và xả, làm

cho tế bào không ổn định về mặt cơ học.

Bí mật của NMC nằm trong việc kết hợp niken và mangan. Một ví dụ tương tự của điều

này là muối ăn, trong đó các thành phần chính, natri và clorua (có sự độc hại riêng), nhưng

trộn chúng làm gia vị muối và thức ăn gia cầm. Nickel được biết đến với năng lượng đặc trưng

cao nhưng sự ổn định kém; Mangan có lợi ích trong việc tạo thành cấu trúc spinel để đạt được

điện trở nội tại thấp nhưng cung cấp năng lượng riêng thấp. Kết hợp các kim loại tăng cường

sức mạnh của nhau.

NMC là pin được lựa chọn cho các công cụ điện, xe đạp điện và các hệ thống điện khác.

Sự kết hợp để làm catot thường là niken nano : mangan : cobalt, với tỉ lệ 1:1:1. Điều này cung

cấp một sự pha trộn độc đáo mà cũng làm giảm chi phí nguyên vật liệu do giảm hàm lượng

cobalt. Một thành công khác là NCM với 5 phần niken, 3 phần coban và 2 phần mangan. Có

thể kết hợp thêm bằng cách sử dụng một số lượng vật liệu catot khác nhau. Chất điện phân và

20



chất phụ gia mới có thể sạc tới 4.4V / ô và cao hơn để tăng công suất. Hình 7 thể hiện các đặc

tính của NMC.



Hình 19: Tóm tắt hiệu suất của NMC.

NMC có hiệu suất tổng thể tốt và vượt trội

về năng lượng riêng. Pin này là ứng cử viên

được ưa thích cho xe điện và có tỷ lệ tự gia

nhiệt thấp nhất.

Nguồn: Boston Consulting Group



Có một động thái hướng đến Li-ion kết hợp với NMC vì hệ thống có thể được xây dựng

về mặt kinh tế và đạt được hiệu suất tốt. Ba chất hoạt tính của niken, mangan và coban có thể

dễ dàng pha trộn cho phù hợp với nhiều ứng dụng cho hệ thống lưu trữ năng lượng và ô tô

(EES) cần phải đi xe đạp thường xun.

Bảng 5: Tóm tắt đặc tính của pin Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide

Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide: LiNiMnCoO2 - catot, graphite – anot

Dạng rút gọn: NMC (NCM, CMN, CNM, MNC, MCN - tương tự với các kết hợp kim loại

khác nhau) Từ năm 2008

Điện áp



3.60V, danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 3.0–4.2V/cell, hoặc cao

hơn



Năng lượng riêng



150–220Wh/kg



Sạc (C-rate)



0.7–1C, sạc đến 4.20V, có một số có thể sạc đến 4.30V; sạc

trong 3 giờ. Dòng điện sạc trên 1C sẽ rút ngắn tuổi thọ của pin.



Xả (C-rate)



1C; một số tế bào có thể đến 2C; 2.50V sẽ cắt



Chu kỳ sạc-xả



1000–2000 lần (liên quan đến xả sâu, nhiệt độ)



Thoát nhiệt



210°C (410°F) . Q trình sạc thúc đẩy sự thốt nhiệt.



Ứng dụng



Xe đạp điện, thiết bị y tế, công nghiệp



Đánh giá



Cung cấp năng lượng cao và công suất cao. Sử dụng nhiều mục

đích trong hóa học. Thị phần đang gia tăng.



Pin Lithium Sắt Phốt phát (LiFePO4)

Năm 1996, Đại học Texas và các cộng tác viên khác đã phát hiện ra chất phosphate làm

vật liệu catot cho pin Lithi có thể sạc lại. Pin Li-phosphate mang lại hiệu năng điện hóa tốt với

điện trở thấp. Điều này được thực hiện bằng vật liệu catot phosphate có kích thước nano. Các

lợi ích chính là tốc độ dòng cao và tuổi thọ dài, bên cạnh đó là sự sự ổn định nhiệt tốt, tăng

cường an tồn.

Pin Li-phosphat chịu được điều kiện đầy đủ và ít bị quá tải hơn các hệ thống Lithi-ion

khác nếu giữ ở điện áp cao trong một thời gian dài. Là một sự cân bằng, điện áp danh định

21



dưới 3.2V / cell làm giảm năng lượng riêng dưới mức Lithi-ion cobalt. Với hầu hết pin, nhiệt

độ lạnh giảm hiệu suất và nhiệt độ cất cao làm giảm tuổi thọ, và pin Li-phosphate cũng khơng

phải là ngoại lệ. pin Li-phosphate có lượng tự xả cao hơn các loại pin Li-ion khác, có thể gây

ra sự cân bằng giữa lão hóa. Sự cẩn trọng trong sản xuất có tầm quan trọng đối với tuổi thọ. Độ

ẩm gây ảnh hưởng không tốt đến pin vì vậy pin sẽ chỉ phân phối 50 chu kỳ. Hình 9 tóm tắt các

thuộc tính của pin Li-phosphate.



Hình 20: Tóm tắt hiệu suất của của pin Liphosphate điển hình.

Pin Li-phosphate có độ an tồn và tuổi thọ cao

nhưng năng lượng riêng vừa phải và sự tự xả cao.

Nguồn: Courtesy of Cadex



Pin Li-phosphate thường được sử dụng để thay thế pin chì khởi động. Bốn tế bào trong

loạt sản xuất 12.80V, một điện áp tương tự tới sáu pin chì axit 2V trong chuỗi. Các phương tiện

sạc chì axit đến 14.40V (2.40V / cell) và duy trì một quá trình sạc cao. Với bốn pin Liphosphate liên tiếp, mỗi tế bào đều có điện áp 3,60 V, đây là điện áp đầy đủ cần thiết. Tại thời

điểm này, quá trình sạc phải được ngắt kết nối nhưng một quá trình sạc vẫn tiếp tục trong khi

lái xe. Pin Li-phosphate có khả năng chịu đựng được việc sạc quá mức; Tuy nhiên, giữ điện áp

ở 14.40V trong một thời gian dài, như hầu hết các xe chạy trên một thời gian dài, có thể ảnh

hưởng đến chất lượng pin Li-phosphate. Hoạt động của nhiệt độ lạnh bắt đầu cũng có thể là

một vấn đề với Li-phosphate như một pin khởi động.

Bảng 6: Tóm tắt đặc tính của pin Lithium Iron Phosphate

Lithium Iron Phosphate: LiFePO4 - catot, graphite - anot

Dạn rút gọn: LFP or Li-phosphate; Từ năm 1996

Điện áp



3.20, 3.30V danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 2.5–3.65V/cell



Năng lượng riêng



90–120Wh/kg



Sạc (C-rate)



1C, sạc tới to 3.65V; sạc trong 3 giờ



Xả (C-rate)



1C, 25C trên một vài tế bào; 40A xung (2s); 2.50V sẽ cắt (thấp

hơn 2V sẽ gây nguy hiểm)



Chu kỳ sạc-xả



1000–2000 lần (liên quan đến xả sâu, nhiệt độ)



Thốt nhiệt



270°C (518°F); rất an tồn khi được sạc đầy



Ứng dụng



Máy di động và văn phòng cần dòng điện và độ bền cao



Đánh giá



Đường cong xả điện áp rất phẳng nhưng công suất thấp. Một

trong những loại pin Li-ion an toàn nhất. Được sử dụng cho các

thị trường đặc biệt. Tự xả cao



Pin Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (LiNiCoAlO2)

22



Pin Lithium niken cobalt nhôm oxide, hoặc NCA, đã được sử dụng từ năm 1999 cho các ứng

dụng đặc biệt. Nó giống như NMC, cung cấp năng lượng riêng cao, cơng suất riêng cao và tuổi

thọ dài. Hình 11 tóm tắt sáu đặc điểm chính. NCA là một sự phát triển hơn nữa của oxit Lithi

nikel; cộng thêm nhơm đã cung cấp cho sự ổn định hóa học lớn hơn



Hình 21: Tóm tắt hiệu suất của NCA.

Mật độ năng lượng và công suất cao, cũng như tuổi

thọ tốt, làm cho NCA trở thành ứng cử viên cho hệ

thống truyền động EV. Chi phí cao và an tồn biên

là những tiêu cực. Nguồn: Courtesy of Cadex



Bảng 7: Tóm tắt đặc tính của pin Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide

Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide: LiNiCoAlO2 - catot (~9% Co), graphite - anot

Dạng rút gọn: NCA or Li-aluminum. Từ năm 1999

Điện áp



3.60V danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 3.0–4.2V/cell



Năng lượng riêng



200-260Wh/kg; 300Wh/kg có thể dự đốn



Sạc (C-rate)



0.7C, Sạc đến 4.20V (hầu hết các tế bào), sạc trong 3 giờ, một

số tế bào có thể sạc nhanh



Xả (C-rate)



1C; 3.00V sẽ cắt; tốc độ xả cao sẽ làm giảm tuổi thọ pin.



Chu kỳ sạc-xả



500 lần (liên quan đến xả sâu, nhiệt độ)



Thoát nhiệt



150°C (302°F) typical, Q trình sạc nhanh thúc đẩy sự thốt

nhiệt.



Ứng dụng



Thiết bị y tế, công nghiệp, hệ thống truyền động điện



Đánh giá



Tính chất tương đồng với Li-cobalt. Phục vụ như tế bào năng

lượng.



Pin Lithium Titanate (Li4Ti5O12)

Pin với anot bằng Lithium titanate đã được biết đến từ những năm 1980. Li-titanat thay

thế graphite trong cực âm (anot) của pin Lithi-ion điển hình và vật liệu tạo thành cấu trúc

spinel. Các cực dương (catot) có thể là oxit mangan Lithi hoặc NMC. Pin Li-titanate có điện

thế danh định là 2.40V, có thể được sạc nhanh và cung cấp dòng điện xả cao 10C, hoặc gấp 10

lần công suất định mức. Số lượng chu kỳ được cho là cao hơn so với Li-ion thông thường. Lititanat an tồn, có đặc tính phóng điện cực tốt ở nhiệt độ thấp và đạt được công suất 80% ở

-30°C (-22°F). Tuy nhiên, pin có giá thành đắt và ở 65Wh / kg có năng lượng riêng thấp. Pin

Li-titanate sạc đến 2.80V / tế bào, và kết thúc xả là 1.80V / tế bào. Hình 13 minh họa các đặc

tính của pin Li-titanate. Sử dụng điển hình là các hệ thống điện, UPS và chiếu sáng đường phố

chạy bằng năng lượng mặt trời.

23



Hình 22: Tóm tắt hiệu suất của pin Li-titanate.

Pin Li-titanate vượt trội về độ an toàn, hoạt động

ở nhiệt độ thấp và tuổi thọ. Các nỗ lực đang được

thực hiện để cải thiện năng lượng riêng và chi phí

thấp hơn. Nguồn: Boston Consulting Group



Bảng 8: Tóm tắt đặc tính của pin Lithi Titanate

Lithium Titanate: Catot có thể Lithium manganese oxide or NMC; anot: Li4Ti5O12 (titanate)

Dạng rút gọn: LTO or Li-titanate. Được thương mại hóa từ khoảng năm 2008.

Voltages



2.40V danh nghĩa; phạm vi hoạt động: 1.8–2.85V/cell



Specific energy (capacity)



70–80Wh/kg



Charge (C-rate)



1C thông thường; cao nhất là 5C, sạc đếb 2.85V



Discharge (C-rate)



Có thể: 10C, 30C xung (5s); 1.80V sẽ cắt trên LCO/LTO



Cycle life



3,000–7,000 lần



Thermal runaway



Một trong những pin Li-ion an toàn nhất



Applications



UPS, hệ thống truyền động điện powertrain, Chiếu sáng đường

phố bằng năng lượng mặt trời



Comments



Tuổi thọ cao, sạc nhanh, phạm vi nhiệt độ rộng nhưng năng

lượng riêng thấp và đắt tiền. Là một trong số các pin Li-ion an

toàn nhất.



Hình 34 so sánh

năng lượng riêng của các

hệ thống dựa trên chì,

niken và Lithi. Trong khi

Li-nhơm (NCA) có ưu

thế rõ ràng bằng cách lưu

trữ nhiều năng lượng hơn

các hệ thống khác, điều

này chỉ áp dụng cho năng

lượng riêng. Về sức

mạnh riêng và nhiệt độ,

Li-mangan (LMO) và Liphosphate (LFP) là đẳng

cấp. Li-titanat (LTO) có

thể có cơng suất thấp

24



nhưng loại pin này tồn tại lâu hơn hầu hết các loại pin khác về tuổi thọ và cũng có hiệu suất ở

nhiệt độ lạnh tốt nhất. Động cơ chạy bằng điện, độ an tồn và vòng đời sẽ đạt được sự vượt trội

về

cơng

suất.

Hình 23: Năng lượng riêng điển hình của pin chì, niken và Lithi.

Nguồn: Courtesy of Cadex

Bảng 9: Tóm tắt các đặc tính của các pin Li-ion chính.

Lithium

Cobalt

Oxide



Lithium

Manganese

Oxide



Lithium

Nickel

Manganese



Lithium

Iron

Phosphate



Lithium

Nickel Cobalt

Aluminum

Oxide



Lithium

Titanate



Li-cobalt



Li-manganese



NMC



Li-phosphate



Li-aluminum



Li-titanate



LiCoC2

(LCO)



LiMn2O4

(LMO)



LiNiMnCO2

(NMC)



LiFePo4

(LFP)



LiNiCoAlO2(N

CA)



Li2TiO3

(LTO)



3.60V



3.70V

(3.80V)



3.60V (3.70V)



3.20, 3.30V



3.60V



2.40V



4.20V



4.20V



4.20V (or

higher)



3.65V



4.20V



2.85V



Xả đầy



3.00V



3.00V



3.00V



2.50V



3.00V



1.80V



Điện áp tối

thiểu



2.50V



2.50V



2.50V



2.00V



2.50V



1.50V (est.)



Năng lượng

riêng



150–

200Wh/kg



100–

150Wh/kg



150–

220Wh/kg



90–

120Wh/kg



Tốc độ sạc



0.7–1C

(3h)



0.7–1C (3h)



0.7–1C (3h)



1C (3h)



1C



1C (5C max)



1C (1h)



1C, 10C

possible



1–2C



1C (25C

pule)



1C



10C possible



500–1000

lần



300–700 lần



1000–2000

lần



1000–2000

lần



500 lần



3,000–7,000

lần



150°C (cao

hơn khi

rỗng)



250°C

(cao hơn khi

rỗng)



210°C

(cao hơn khi

rỗng)



270°C (an 150°C (cao hơn

toàn khi sạc

khi rỗng)

đầy)



Dạng rút gọn

Chữ viết tắt

Điện áp

Sạc đầy



Tốc độ xả

Chu kỳ (tuổi

thọ)



Thốt nhiệt



Bảo trì



200-260Wh/kg 70–80Wh/kg



Một trong

những pin

Li-on an

tồn nhẩ



Giữ mát, lưu trữ một phần sạc, ngăn ngừa những chu kỳ sạc đầy, sử dụng dòng điện sạc và

xả vừa phải



25



Lithium

Cobalt

Oxide



Lithium

Manganese

Oxide



Lithium

Nickel

Manganese



Lithium

Iron

Phosphate



Lithium

Nickel Cobalt

Aluminum

Oxide



Lithium

Titanate



18650,

lăng trụ và

túi tế bào



lăng trụ



18650, lăng

trụ và túi tế

bào



26650, lăng

trụ



18650



lăng trụ



Đóng gói

điển hình

Lịch sử phát

hiện



1991

(Sony)



1996



2008



1996



1999



2008



Dụng cụ điện, Xe đạp điện,

thiết bị y tế,

thiết bị y tế,

dây dẫn điện EVs, công

nghiệp



Văn phòng

phẩm với

dòng điện

cao và độ

bền



Y tế, cơng

nghiệp, EV

(Tesla)



Ứng dụng



Điện thoại

di động,

máy tính

bảng, máy

tính xác

tay, máy

ảnh



UPS, EV,

chiếu sáng

đường phố

năng lượng

mặt trời



Năng

lượng cao,

hạn chế về

công suất,

thị phần đã

ổn định.



Năng lượng

Cung cấp

cao nhưng

năng lượng

cơng suất

cao và cơng

thấp; an tồn suất cao, thị

hơn Pin Li- phần đang gia

cobalt;

tăng

thường trộn

lẫn với NMC

để cải thiện

hiệu suất



Đường cong

xả điện áp

rất phẳng

nhưng cơng

suất thấp.

Rất an tồn.

Tự xả cao



Tuổi thọ cao,

sạc nhanh,

phạm vi nhiệt

độ rộng nhưng

năng lượng

riêng thấp và

đắt tiền



Tuổi thọ

cao, sạc

nhanh,

phạm vi

nhiệt độ

rộng nhưng

năng lượng

riêng thấp

và đắt tiền



Đánh giá



2.1.4. Ưu và nhược điểm của pin Lithi-ion

Ưu điểm

- Trọng lượng nhẹ: so với các chất khác như chì và nickel thì Lithi nhẹ hơn, vật liệu nhẹ

cũng có thể dẫn đến tăng cường hiệu suất của phương tiện.

- Khả năng dự trữ năng lượng cao hơn: Khi nhu cầu năng lượng cho các thiết bị di động

ngày càng cao thì đây là một điểm khá ưu việt của pin Lithi-ion.

- Cho phép người dùng sạc bất cứ lúc nào, bất kể trạng thái hiện tại là còn hay hết điện.

Người dùng cũng có thể ngưng sạc bất cứ lúc nào, không cần đợi pin được sạc đầy như các

loại pin khác.

- Với cùng điều kiện nhiệt độ, pin Lithi-ion khơng đòi hỏi phải sạc đầy trước khi cất trữ

và thời gian lưu trữ dài hơn. Với dụng lượng sạc 40% pin li-ion có thể được lưu trữ từ 12 đến

18 tháng ở nhiệt độ 0 - 25°C (nhiệt độ càng cao thời gian lưu trữ càng giảm).

- Phần năng lượng bị rò rỉ giảm tới gần 50%: các thế hệ pin cũ có tốc độ tự xả lên đến

3%/ tháng thì pin Li-ion chỉ có 1,5% - 2%/ tháng.

26



- Lợi ích mơi trường: Pin Lithi-ion có khả năng sạc lại, tuổi thọ pin dài cho nên sẽ ít thải

các chất độc hại ra ngồi mơi trường.

- Khơng u cầu xả định kì, khơng có hiệu ứng nhớ.

- Đa dạng về chủng loại.

* Lithi polymer

- Ưu điểm của loại pin này là có thể chịu được những va chạm về mặt vật lý. Giá thành

sản xuất cũng thấp hơn.

- Có thể được tạo hình dáng hợp với các thiết bị khác nhau. Bản phân tách và các bản

cực cùng được dát mỏng và khơng cần có vỏ bọc kim loại bên ngoài để giữ các bản cực nên

pin Lithi-polime nhẹ hơn nhiều so với pin Lithi-ion.

- Và một vấn đề quan trọng nữa đó là các tế bào Lithi polymer có khả năng chịu được

va chạm vật lý tốt hơn do đó sẽ giảm được độ nguy hiểm khi mất bảo vệ vỏ bọc kim loại.

- So sánh với Lithi ion, các pin Lithi polyme cũng cho phép nhiều lần nạp và xả hơn. Có

thể thực hiện xạc lại tới hơn 500 lần trước khi dung lượng của nó giảm xuống đến 80%.

- Với những ưu điểm trên, pin Lithi polyme nhanh chóng được sử dụng rộng rãi trong

các thiết bị điện tử di động như PDA, điện thoại di dộng và các thiết bị iPod.

* Pin Lithi mỏng

Một biến thể mới hơn từ các cơng nghệ Lithi ion có tên gọi là Lithi mỏng. Cơng nghệ

này hiện chỉ có lợi cho các ứng dụng đặc biệt (chuyên dụng), có thể sẽ không được sử dụng

rộng rãi trong các máy laptop hay PDA. Loại pin này cho thấy tiềm năng trong công nghệ của

Lithi ion.

* Lithi sắt photphat

Một sự thay thế khác cho pin Lithi ion chuẩn là Lithi sắt - phốt phát. Công nghệ này đã

được phát triển để giải quyết vấn đề cháy nổ với các pin Lithi ion. Nó có thể khắc phục được

vấn đề này vì sự liên kết hóa học, vì iron và phốt pho, sẽ mạnh hơn và sẽ không bị hỏng khi

gặp các điều kiệm ngắn mạch

Tuy nhiên, có một số nhược điểm lớn đối với pin Lithi iron phốt phát. Nhược điểm

không được mong muốn nhất là mật độ năng lượng thấp. Mật độ năng lượng thấp có nghĩa

rằng để có được năng lượng tích trữ đủ dùng thì kích thước của pin phải lớn hơn rất nhiều.

Nhược điểm

- Yêu cầu bảo vệ: Tránh việc trên sạc hoặc xả quá sâu, Pin Li-ion u cầu được tích hợp

mạch bảo vệ để có thể hoạt động một cách an tồn.

- Lão hóa: Mức độ lão hóa của pin khơng chỉ phụ thuộc vào thời gian mà nó phụ thuộc

vào số lần sạc mà pin đã trải qua. Do đó, khi lưu trữ các loại pin Li-ion đặc biệt, nhà sản xuất

thường sạc một lần tới mức 40%-50% và bảo quản trong kho lạnh. Điều này sẽ giúp tăng tuổi

thọ của pin.

- Giá thành: Đây là nhược điểm chính của pin Li-ion bởi giá thành của nó cao hơn tới

40% so với pin Ni-Cd.

- Vận chuyển: Pin Lithi ion có thể có những hạn chế nhất định về vận chuyển, đặc biệt

là bằng đường hàng khơng. Mặc dù pin có thể mang trong hành lý máy bay tuy nhiên nên hạn

chế nếu không cần thiết.



27



- Cơng nghệ chưa hồn thiện: Hiện tại cơng nghệ pin Li-ion vẫn đang tiếp tục được

nghiên cứu và phát triển, do đó cơng nghệ chưa thực sự ổn định. Tuy nhiên các cơng nghệ

Lithi ion mới có thể sẽ là những giải pháp tốt hơn cho những sản phẩm sẵn có.

- Trong quy trình sản xuất pin lion thường để lại mạt kim loại trong dung dich điện

phân. Trong quá trình hoạt động, pin sẽ sinh ra nhiệt do có dòng điện chạy qua và các yếu tố

khác, nhiệt sinh ra có thể tăng cao do điện trở ngồi xuống thấp, tiếp xúc kém. Nếu nhiệt sinh

quá cao khiến các hạt kim loại trong dung dich điện ly chuyển động mạnh hơn, khi chúng

chuyển động quá gần màn ngăn cách có thể làm làm thủng màn phân cách vốn có chức năng

cách điện giữa cực dương và âm. Kết quả là cực âm và dương của pin bị ngắn mạch, nhiệt tăng

cao bất thường phá hủy kết cấu của pin và có thể gây nổ pin do áp suất bên trong tăng cao. Khi

màn phân cách bị thủng có thể gây phóng điện giữa hai cực và gây cháy.

- Trong quá trình sử dụng pin tạo ra nhiều hạt lắng đọng trong dung dịch và cản trở các

+

ion Li di chuyển giữa 2 cực và làm tăng nội trở của pin. Điện trở nội của pin tăng làm giảm

khả năng dẫn điện của pin, áp suất tăng khiến điện áp rơi trên tải không đủ định mức. Điều này

cũng có nghĩa là pin sử dụng qua thời gian sẽ khơng sạc được tồn bộ như pin ban đầu.

- LiCoO2 được sử dụng làm cực dương của pin do khả năng tạo ra ion Li + cao nhưng

cũng có nhược điểm lớn là rất nhạy cảm với nhiệt. Khi nhiệt độ tăng LiCo 2 bị phân hủy tạo

thành Oxy phản ứng tỏa nhiệt với dung dich điện phân, có thể gây cháy pin. LiCo 2 ở cực

dương bị suy giảm cũng làm giảm tuổi thọ và dung lượng pin. Thông thường ở nhiệt độ 25°C

dung lượng pin giảm 25% mỗi năm. Nhiệt độ càng cao thì tuổi thọ pin càng giảm. Do tính ổn

định nhiệt kém, nên LiCo2 được dùng chế tạo pin sử dụng trong các thiết bị không hỏi cao về

tính an tồn và liên tục cấp điện như máy ảnh, laptop. Đối với các thiết bị đòi hỏi tính an tồn

và ổn định như các thiết bị y tế, xe hơi điện, LiCo 2 được thay thế bằng Lithi manganese oxide

vốn ổn định nhiệt hơn nhưng công suất lại thấp.

- Lithi bị cảnh báo có hại với cơ thể người, gây suy yếu cơ tim khi tiếp xúc. Khi xảy ra

sự cố, dung dịch điện phân có chứa Lithi có thể rò ra ngồi gây nguy hiểm cho người sử dụng.

2.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin Lithi-ion

2.2.1. Cấu tạo của pin Lithi-ion

Pin Lithi ion hay pin Li-ion là loại pin có thể sạc lại trong đó các ion Lithi di chuyển từ

điện cực âm (anot) đến cực dương (catot) trong quá trình xả, và ion Lithi di chuyển trở lại

khi sạc. Pin li-ion sử dụng một hợp chất Lithi làm vật liệu điện cực, so với Lithi kim loại

được sử dụng trong pin Lithi khơng thể sạc.

Cấu tạo một viên pin Lion hình trụ cơ bản gồm: Vỏ ngoài, cực dương, cực âm, màng

ngăn cách điện và dung dịch điện phân.

Cực dương còn gọi là catot, được cấu tạo từ Lithi cacbonat oxide (LiCoO 2), Lithi sắt

photphat (LiFePO4), Lithi mangan oxide (LiMn2O4, Li2MnO3, hoặc LMO) và Lithi cobalt

nangan niken oxide (LiNiMnCoO2 hoặc NMC),…Khi có dòng điện chạy qua, ngun từ Lithi

dễ dàng tách khỏi cấu trúc tạo thành ion dương Lithi, Li+.

Cực âm (anot) cấu tạo từ graphene (than chì) có chức năng lưu giữ các ion Lithi Li +

trong tinh thể.

Màng ngăn cách điện (seperator) là mỏng làm bằng nhựa PE hoặc PP nằm giữa cực

dương và cực âm, có nhiều lỗ nhỏ có chức năng ngăn cách giữa cực dương và cực âm nhưng

28



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Pin Li-ion cung cấp nguồn năng lượng cao có trọng lượng nhẹ và mật độ cao cho nhiều loại thiết bị. Để sử dụng các thiết bị lớn hơn, chẳng hạn như xe điện, kết nối nhiều pin nhỏ trong một mạch song song có hiệu quả hơn là kết nối một pin lớn. Các thiết bị

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×