باتری های لیتیوم یون

باتری های لیتیوم-یون یا به اصطلاح برخی منابع لیتیوم-ایون (Lithium-ion battery) (یا به اختصار Li-ion یا LIB) یک خانواده از باتری‌های قابل شارژ هستند که در زمان تخلیه ان، یون‌های لیتیوم از الکترود منفی به سمت الکترود مثبت و در هنگام شارژ شدن برعکس حرکت می‌کنند.

باتری لیتیوم-یون  18650 ،دارای سایز استاندارد می باشد، یعنی 65 میلیمتر طول بلندی باتری و 18 میلیمتر قطر باتری.

با ظرفیتهای مختلف  تقریبا از 1000mAhتا 3000mAh موجود میباشد.

باتری‌های لیتیوم-یون بالاترین چگالی انرژی را دارند که تقریباً دو برابر انرژی باتری‌های نیکل-کادمیم است. باتری‌ لیتیوم-یون 18650 معمولاً برای تأمین انرژی لازم در دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل مانند چراغ قوه ها، پاوربانک ها، لپتاپ ها، پیچ گوشی های شارژی و اسپیکرها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در مقایسه با نسل‌های قدیمی‌تر باتری‌ها یعنی باتری نیکل–کادمیم و باتری نیکل– هیدرید فلز، باتری‌های لیتیم-یون حدود ۳ تا ۵ برابر وزن و حجم کمتری دارند. باتری های لیتیم-یون انرژی زیادی تولید می‌کنند اما در مقابل باتری‌های نیکل-هیدرید ایمنی آنها پایین است. مثلا این نوع باتری‌ها زود آتش می‌گیرند. اما نسل جدید باتری لیتیم-یون با حل «مشکل کاتدی» درصد ایمنی ان ها را افزایش داده اند.

از ویژگی های باتری لیتیوم-یون 18650 می توان به این نکته اشاره کرد که ان ها به دشارژ کامل نیاز ندارند و می‌توان از جریان الکتریکی بالاتر برای شارژ و دشارژ بدون آسیب به باتری استفاده کرد. در هنگام دشارژ افت ولتاژ کمی دارند (در حدود 1 ولت) . ولی بستگی به کیفیت ساخت ان ها، این افزایش جریان در شارژ یا دشارژ می تواند ممکن اختلال طول عمر یا تخلیه زودهنگام باتری شوند.

منابع لیتیوم در جهان

باتری لیتیوم-یون  18650 را می‌توان در هر زمان بدون این که روی کارایی باتری اثر بگذارد شارژ کرد. اما چون باتری‌های لیتیوم-یون معمولاً دارای طول عمر ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه شارژ هستند (در حدود 3 تا 5 سال)، اگر زود به زود و قبل از تخلیه، این باتری شارژ شود طول عمرش کاهش می یابد. همچنین در صورت ادامه شارژ پس از پر شدن، باتری آسیب دیده و ممکن است اتش بگیرد و از عمر آن کاسته می‌شود. به همین دلیل برای شارژ ان ها از مدارهای محافظ هوشمند استفاده می‌شود تا پس از پر شدن، جریان شارژ قطع شود و باتری بیش از حد شارژ نشود.

خود تخلیه باتری

باتری لیتیوم-یون 18650 رفته رفته و به مرور زمان خود به خود از میزان شارژ آنها کاسته می‌شود. برای باتری‌های لیتیومی امروزی معمولاً این میزان به ۱٫۵ تا ۲ درصد در ماه می‌رسد. با افزایش دما و وضعیت شارژ باتری این نرخ می‌تواند افزایش یابد. باتری‌های لیتیومی  میزان خود تخلیه ای در حدود ۸٪ در دمای ۲۱ درجه و ۱۵٪ در دمای ۴۰ درجه و ۳۱٪ در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد داشتند.

یک باتری لیتیوم-یون چگونه کار می‌کند؟

آنود و کاتود باتری لیتیوم-یون 18650 به ترتیب از کربن و اکسید لیتیم ساخته شده‌اند. الکترولیت از نمک‌های li ساخته شده‌است که در حلال‌های الی محلول ساخته شده‌اند.

مواد آنود بیشتر گرافیت هستند و مواد کاتود می‌تواند هر کدام از این مواد باشد: اکسید کبالت لیتیوم ، فسفات لیتیم آهن یا اکسید منگنز لیتیوم. الکترولیت‌هایی که معمولاً استفاده می‌شوند از نمک لیتیم مانند لیتیم هگزافلوروفسفات ، لیتیم تترافلوئوروبات، لیتیم پرکلرات و … هستند، که در حلال‌های عالی مانند اتیلن کربنات، کربنات دی متیل، دی اتیل و محلول کربنات حل شده‌اند. الکترولیت مورد استفاده در آن‌ها یک محلول غیر آبی است، زیرا در محلول ابی ، لیتیم (فلز قلیایی بسیار واکنش‌پذیر) با آب به فرم هیدروکسید لیتیوم و گاز هیدروژن به شدت واکنش نشان می‌دهد، که این امر اصلاً مدنظر نیست.

در طول شارژ، یون لیتیوم از کاتود به سوی آنود حرکت کرده و در لایه آنود ساکن می‌شود. جریان یون لیتیوم از طریق الکترولیت است. وقتی این فرایند انجام می شود، باتری لیتیومی شارژ می‌شود و انرژی الکتریکی در آن ذخیره می‌گردد. در طی فرایند تخلیه، لیتیوم یون از طرف آنود به طرف کاتود بر می‌گردد. وقتی که باتری لیتیوم-یون 18650 پر می‌شود، حرکت جریان‌های الکترونی مخالف به طرف لیتیوم یون‌ها، در مدار بیرونی انجام می‌گیرد. با توجه به حرکت این الکترون‌ها، جریان الکتریکی تولید می‌شود. در واقع، اختلاف پتانسیل و مقاومتی که بین الکترودها ایجاد می‌شود، باعث می‌شود که جریان الکتریکی به حرکت در آاید. وقتی که باتری لیتیومی از طریق یک منبع خارجی شارژ می‌شود، حرکت یونی اتفاق می‌افتد.