סוללת ליתיום-יון היא סוג של סוללה העשויה מתמיסת אלקטרוליטים לא מימית עם מתכת ליתיום או סגסוגת ליתיום כחומר אלקטרודה שלילי. בשנת 1912, גילברט נ. לואיס הציע לראשונה וחקר סוללות מתכת ליתיום. בשנות ה-70, MS Whittingham הציעה והחלה לחקור סוללות ליתיום-יון. בשל התכונות הכימיות האקטיביות מאוד של ליתיום מתכת, לעיבוד, לאחסון ולשימוש של ליתיום מתכת יש דרישות סביבתיות גבוהות מאוד. לכן, סוללות ליתיום-יון לא היו בשימוש במשך זמן רב. עם התפתחות המדע והטכנולוגיה, סוללות ליתיום-יון הפכו למיינסטרים.
ניתן לחלק את סוללות הליתיום-יון לשתי קטגוריות: סוללות מתכת ליתיום וסוללות ליתיום-יון. סוללות ליתיום-יון אינן מכילות ליתיום מתכתי וניתנות לטעינה מחדש. סוללת מתכת ליתיום נטענת מהדור החמישי נולדה בשנת 1996, והבטיחות, הקיבולת הספציפית, קצב הפריקה העצמית ויחס הביצועים שלה טובים יותר מסוללות ליתיום-יון. בשל הדרישות הטכניות הגבוהות שלה, רק חברות בודדות במדינות בודדות מייצרות כיום סוללות מתכת ליתיום כאלה.
לסוללות ליתיום-יון יש את היתרונות הבאים:
צפיפות אנרגיה גבוהה: על פי חומרי אלקטרודה שונים, המסה שלה יכולה להגיע ל-150~200Wh/kg (540~720kJ/kg). הנפח יכול להגיע ל-250~530Wh/L (0.9~1.9kJ/cm3). [2]
מתח מעגל פתוח גבוה: עם שינוי חומר האלקטרודה, עד 3.3 ~ 4.2 וולט.
High output power: up to 300~1500W/kg (@20 seconds), depending on electrode material. [1] (does not match source)
אין אפקט זיכרון: לסוללת ליתיום ברזל פוספט אין אפקט זיכרון, ניתן לטעון ולפרוק את הסוללה בכל עת ללא טעינה ריקה, והיא קלה לשימוש ולתחזוקה.
פריקה עצמית נמוכה:<5%~10% onth.="" the="" monitoring="" circuitry="" built="" into="" the="" smart="" li-ion="" battery="" is="" even="" more="" efficient="" than="" the="" self-discharge="">
טווח טמפרטורות הפעלה רחב: -20 מעלות ~60 מעלות עבודה רגילה.
טעינה ופריקה מהירה
לכן, סוללות ליתיום-יון נמצאות בשימוש נרחב באלקטרוניקה, מוצרים מיוחדים, מוצרים מיוחדים ותחומים אחרים. סוללת ליתיום-יון היא סוללה נטענת הפועלת על ידי העברת יוני ליתיום בין אלקטרודות חיוביות ושליליות. סוללות ליתיום-יון משתמשות בתרכובות ליתיום משולבות כחומרי אלקטרודה. כיום, תחמוצת קובלט ליתיום (LiCoO2), חומצת ליתיום מנגן (LiMn2O4), חומצת ליתיום ניקל (LiNiO2), ופוספט ליתיום ברזל (LiFePO4) הם חומרי אלקטרודה שליליים בשימוש נפוץ עבור סוללות ליתיום יון. יחד עם זאת, לסוללות ליתיום-יון יש גם את החסרונות הבאים: (1) פריקת יתר אינה נסבלת: במקרה של פריקת יתר (המתח במהלך הפריקה הוא פחות מ-3.0v), הליתיום המופרש יתר על המידה יונים יתקבעו בסריג ולא יוכלו להשתחרר שוב, וכתוצאה מכך קיצור החיים. , ופריקות עמוקות נוטות יותר לגרום נזק לסוללה. לכן, שימוש בהספק נמוך במיוחד עלול לגרום נזק לסוללה, אך כל עוד הסוללה נטענת במתח גבוה מספר פעמים, ניתן להפעיל מחדש את כושר הטעינה המקסימלי של הסוללה. (2) טעינת יתר בלתי נסבלת: במהלך תהליך טעינת היתר, האלקטרודה מופשטת על ידי כמות גדולה של יוני ליתיום, ויוני הליתיום אינם מתחדשים בזמן, וכתוצאה מכך קריסה ארוכת טווח של הסריג, מה שמפחית באופן בלתי הפיך את האחסון של אנרגיה חשמלית. לכן, יש להשתמש בסוללות Li-Ion לעתים קרובות כדי למנוע מהן להישאר טעונות במלואן ומחוברות כל הזמן למחבר המטען. יש צורך לשמור על זרימת האלקטרונים מאוחסנת בפנים כראוי ולשמור על בריאות הסוללה לטווח ארוך. (3) ההזדקנות לא יכולה לסבול חום, בניגוד לסוללות נטענות אחרות, סוללות ליתיום-יון יתמעטו בהכרח במחזור האיטי הטבעי עם השימוש במחזור, אפילו ללא שימוש, קיבולת האחסון תקטן, הקשורה לשימוש (אלא אם כן זה מרושע ניפוח יתר רכיבה על אופניים גורמת לאובדן שכבות הסריג, מכיוון שתהליך ההזדקנות נקרא יותר אובדן), והוא תלוי טמפרטורה. מנגנון אפשרי הוא תוספת הדרגתית של התנגדות פנימית, ולכן אלקטרוניקה עם זרם הפעלה גבוה נוטה יותר להתדרדרות תרמית, ויש להגן עליה גם מפני טמפרטורות חיצוניות.