2012年9月5日 星期三

DIY - PIC:18F4550 Data Logger 資料記錄儀 – 鋰離子電池 (一百四十六)

DIY - PIC18F4550 Data Logger 資料記錄儀 – 鋰離子電池 (一百四十六)

鋰離子電池的體積小電量高,鋰是一種金屬元素,其化學符號為 Li (Lithium),是一種銀白色、十分柔軟、化學性能活潑的金屬,在金屬中是最輕的,可製造特種合金。鋰離子電池正極是鋰離子可以嵌入/脫嵌 (多採用鋰鈷氧化物 LiCoO2 或 磷酸鋰鐵 LiFePO4) 的材料,負極是碳元素 (多採用石墨) 為主,電解質溶液常採用鋰鹽 (如高氯酸鋰 LiClO4)

鋰離子電池 (lithium-ion Battery) 結構

正極材料
正極材料
平均輸出電壓
能量密度
LiCoO2
鋰鈷氧化物
3.7 V
140 mAh/g
Li2Mn2O4
錳酸鋰
4.0 V
100 mAh/g
LiFePO4
磷酸鋰鐵 ?
3.3 V
100 mAh/g
Li2FePO4F
磷酸鐵鋰 ?
3.6 V
115 mAh/g

鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當對電池進行充電時,能量(電力)令到鋰元素改變本性,傾向和負極是的碳元素結合,鋰元素和其它金屬元素一樣,最外面的一個位置電子是極容易被能量勾走的自由電子,失去自由電子的鋰元素便是鋰離子,正極生成的鋰離子經過電解液運動到被能負極,而作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。而自由電子留守原地。

當停止了充電時,沒有外來的能量引導,鋰離子靠自身力量不能移動。

當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程),負極的自由電子感應到線路另一端,有鋰離子正欠一個電子,它會通過你電腦上的各條導電通道,最後跑到負極和鋰離子匯合,在自由電子帶來的能量引導下,一起返回正極,嵌在負極碳層中的鋰離子脫出,又運動回到正極。回到正極的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。電子移動,電流流動,你的電腦便也一起動。

鋰離子電池 (lithium-ion Battery) 充放電反應
正極反應:放電時鋰離子嵌入,充電時鋰離子脫嵌。
充電時:LiCoO2 Li1-nCoO2 + nLi+ + ne 
放電時:Li1-nCoO2 + nLi+ + ne LiCoO2 (lithium cobalt oxide 鋰鈷氧化物) 

負極反應:放電時鋰離子脫插,充電時鋰離子插入。
充電時:nLi+ + ne + C LiyC 
放電時:LiyC nLi+ + ne + C 

鋰離子電池充電要求很高,要保證終止電壓精度在 1% 之內,
單一枚鋰離子電池的充電過程分兩階段: 
1. CC (constant current) 恆定電流充電:先以恆定電流充電,這樣會使電池電漸漸上升,直至電壓到達一特定數值。此特定數值的電壓視電池物料而定。 
2. CV (constant voltage) 定電壓充電:以固定電壓向電池充電,這樣充電電流會漸漸減小,直到電流小於某一程度後充電過程即完成。

鋰離子電池的充電特性
鋰離子電池的放電特性
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2012年 9月 5日 天氣報告
氣溫:28.4@ 22:00
相對濕度:百分之 81%
天氣:大致多雲

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