Pin Lithium là gì? Ưu và nhược điểm của Pin Lithium

Pin lithium là gì?

• Pin Lithium ion hay còn gọi là pin li-on, viết tắt là LIB. Đây là công nghệ pin tiên tiến có ion lithium là thành phần chính, điều đặc biệt là loại pin này có thể sạc được.
• “Pin lithium” là loại pin sử dụng kim loại lithium hoặc hợp kim lithium làm vật liệu điện cực âm và sử dụng dung dịch điện giải không dính. Pin lithium kim loại lần đầu tiên được Gilbert N. Lewis đề xuất và nghiên cứu vào năm 1912. Vào những năm 1970, MSWhitTIngham đã đề xuất và bắt đầu nghiên cứu pin lithium-ion. Do tính chất hóa học rất tích cực của kim loại lithium, việc xử lý, lưu trữ và sử dụng kim loại lithium rất đòi hỏi môi trường. Do đó, pin lithium không được sử dụng trong một thời gian dài. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, pin lithium đã trở thành dòng chính.

Phân loại pin lithium

Pin kim loại Lithium:

Pin lithium kim loại thường là một loại pin sử dụng mangan dioxit như một vật liệu điện cực dương, kim loại lithium hoặc kim loại hợp kim của chúng như một vật liệu điện cực âm, và một dung dịch điện giải không dính.

Phản ứng xả: Li + MnO2 = LiMnO2

Pin Lithium Ion:

Pin lithium ion thường là pin sử dụng một oxit kim loại hợp kim lithium như một vật liệu điện cực dương, graphite như một vật liệu điện cực âm, và một chất điện phân không dính.

Tên đầy đủ của pin lithium sắt phosphate là pin lithium sắt lithium ion lithium, tên quá dài, được gọi là pin lithium sắt phosphate. Bởi vì hiệu suất của nó đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng năng lượng, từ “power” được thêm vào tên, cụ thể là pin lithium iron phosphate. Một số người gọi nó là “pin LiFe sắt (LiFe)”.

Ý nghĩa:

Trong thị trường giao dịch kim loại, coban (Co) là đắt nhất, và lưu trữ không nhiều, nickel (Ni), mangan (Mn) rẻ hơn, và sắt (Fe) là rẻ nhất.Giá của vật liệu catốt cũng phù hợp với giá của các kim loại này. Do đó, một pin lithium ion được làm từ vật liệu điện cực dương LiFePO4 nên rẻ nhất. Một tính năng khác của nó là nó thân thiện với môi trường.

Các yêu cầu cho pin sạc là: công suất cao, điện áp đầu ra cao, phí tốt và xả chu kỳ hiệu suất, ổn định điện áp đầu ra, cao hiện tại phí và xả, điện hóa ổn định, và an toàn trong quá trình sử dụng (không quá nạp, trên xả, và ngắn mạch) hoạt động không đúng do cháy hoặc nổ), phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng, không độc hại hoặc ít độc hại, không gây ô nhiễm môi trường. Lithium iron phosphate pin sử dụng LiFePO4 như điện cực dương có yêu cầu hiệu suất tốt, đặc biệt là trong xả lớn xả tỷ lệ (5 ~ 10C xả), ổn định xả điện áp, an toàn (không đốt, không có vụ nổ), và cuộc sống (chu kỳ số)), nó là tốt nhất cho môi trường, nó là pin năng lượng đầu ra cao nhất hiện nay.

Cấu trúc

 

 

– Điện cực dương (Cathode)

Vật liệu dùng làm điện cực dương là LicoO2 và LiMnO4. Cấu trúc phân tử bao gồm phân tử Oxide Coban liên kết với nguyên tử Lithium. Khi có dòng điện chạy qua, nguyên tử Lithium nhanh chóng tách khỏi cấu trúc tạo thành ion dương Lithium, Li+.

 – Điện cực âm (Anode)

Cực âm được cấu tạo từ Than chì (graphene) và các vật liệu Cacbon khác có chức năng lưu giữ các ion Lithium L+ trong tinh thể.

 – Bộ phân tách

Bộ phân tách hay còn gọi là màng ngăn cách điện được làm bằng nhựa PE hoặc PP. Bộ phận này nằm giữa cực dương và cực âm, có nhiều lỗ nhỏ, có chức năng ngăn cách giữa cực dương và cực âm. Tuy nhiên, các ion Li+ vẫn được đi qua.

 – Chất điện phân

Chất điện phân là chất lỏng lấp đầy hai cực và màng ngăn. Dung dịch điện phân có chứa LiPF6 và dung môi hữu cơ. Dung dịch có chức năng như vật dẫn các ion Li+ từ.

Chất điện phân là môi trường truyền ion lithium giữa 2 điện cực trong quá trình sạc và xả pin. Nguyên tắc cơ bản trong dung dịch điện ly cho pin li-on là có độ dẫn ion tốt. Cụ thể độ dẫn ion liti ở mức 1-2 S/cm ở nhiệt độ phòng. Tăng 30-40% khi nhiệt độ lên 40 độ và giảm nhẹ khi nhiệt độ xuống 0 độ C.

 

Nguyên tắc làm việc của pin Lithium

Cực âm, cực dương đóng vai trò là nguyên liệu trong phản ứng điện hóa ở pin li-on. Dung dịch điện phân tạo môi trường dẫn cho ion liti di chuyển giữa 2 điện cực âm và dương. Dòng điện chạy ở mạch ngoài khi pin di chuyển. Quá trình này thể hiện ở quy trình sạc, xả. Cụ thể như sau:

– Quy trình xả:

Ion-liti mang điện dương di chuyển từ cực âm (thường là graphite) qua dung dịch điện ly sang cực dương và dương cực sẽ có phản ứng với ion liti. Mỗi ion Li dịch chuyển từ cực âm sang cực dương trong pin thì ở mạch ngoài, lại tiếp tục có 1 electron chuyển động từ cực âm sang cực dương, sinh ra dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm. Điều này tạo ra cân bằng điện tích giữa 2 cực.

 – Quy trình sạc:

Quá trình sạc diễn ra ngược lại quá trình xả. Dưới điện áp sạc, electron bị buộc chạy từ điện cực dương của pin (trở thành cực âm), ion Li tách khỏi cực dương di chuyển trở về điện cực âm của pin (ở quy trình này đóng vai trò cực dương). Trong quá trình sạc và xả pin sẽ đảo chiều.

Trong một chu kỳ phóng điện, những nguyên tử liti ở cực dương bị ion hóa và tách khỏi các điện tử của chúng. Các ion liti di chuyển từ cực dương và đi qua chất điện phân cho đến khi chúng đến được cực âm. Tại đây chúng tái kết hợp với các điện tử và trung hòa về điện.

Hiệu suất chính:

Điện áp danh định của pin LiFePO4 là 3.2V, điện áp nạp điện chấm dứt là 3.6V, và điện áp xả kết thúc là 2.0V. Do chất lượng và quá trình của các vật liệu tích cực và tiêu cực và vật liệu điện phân được sử dụng bởi các nhà sản xuất khác nhau, sẽ có một số khác biệt về hiệu suất của chúng. Ví dụ, cùng một mô hình (pin tiêu chuẩn của cùng một gói) có sự khác biệt lớn về dung lượng pin (10% đến 20%).

Các đặc tính chính của pin lithium iron phosphate được liệt kê trong Bảng 1. Các loại hiệu suất pin sạc khác cũng được liệt kê trong bảng để so sánh với các loại pin có thể sạc lại khác. Cần lưu ý ở đây rằng pin lithium iron phosphate sản xuất bởi các nhà máy khác nhau có thể có một số khác biệt trong các thông số hiệu suất khác nhau. Ngoài ra, một số hiệu suất pin không được bao gồm, chẳng hạn như pin nội bộ kháng chiến, tự xả tỷ lệ, phí và xả nhiệt độ, và muốn.

Ưu nhược điểm của Pin Lithium

Ưu điểm:

• Khối lượng nhẹ và kích thước nhỏ gọn (tùy loại).
• Chu kì nạp – xả lớn, khoảng 500-1000 lần.
• Tuổi thọ lâu, khoảng 2 – 5 năm.
• Mật độ năng lượng cao, trên 500Wh/kg. Một số loại pin có thể đạt đến 1800Wh/kg.
• Có thể sạc bất kỳ khi nào mà không cần phải đợi sử dụng hết dung lượng pin.
• Dòng xả lớn, có thể lên đến 30-35 lần dung lượng (C) trong thời gian ngắn.
• Dòng nạp tức thời có thể lớn đến 10C.

Nhược điểm

• Xuất hiện hiệu ứng tự xả, nghĩa là dung lượng bị giảm 5 – 10%/ tháng (tùy theo chế độ sử dụng pin ra sao) sau khi có thể chịu được số lần chu kì xả- nạp.
• Khi điện áp pin thấp dưới 3V hoặc cao quá 4,2V có thể làm hỏng pin (nên tham khảo hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất)
• Giá thành tương đối cao, tùy vào mỗi thương hiệu mà giá pin Lithium sẽ dao động mức giá khác nhau.
• Nhạy cảm và dễ hư hỏng bởi nhiệt, chỉ nên dùng pin ở nhiệt độ nhỏ hơn 60 độ C. Điều này còn có nghĩa là, khi sạc pin Lithium, bạn cần sạc đúng thời lượng vì nếu sạc quá lâu so với quy định, thì pin dễ sinh nhiệt, khí CO2 làm tăng áp suất trong pin, gây cháy nổ.

 

Để cùng nhau học hỏi nhiều hơn về PCB hay thích Group: Dientuhay

Cần gia công PCB liên hệ ngay: Dientuhay