Baterie Lipo využívá k dosažení nabití a vybití chemickou reakci, která je reverzibilní a snadno se ovládá, takže baterii lze dobíjet.
Katoda baterie Lipo se skládá z vysoce čistého oxidu kovu obsahujícího lithium. Čím jednotnější je chemické složení a krystalická struktura katodového materiálu, tím lepší výkon a delší životnost baterie. Na druhém konci je anoda složená z grafitu, což je vrstvená struktura uhlíku. Baterie obsahuje také vodivý střední elektrolyt, který v ní umožňuje nabitému Li+ volný pohyb. Čistota tohoto elektrolytu musí být velmi vysoká a musí být pokud možno bezvodý, aby bylo zajištěno účinné nabíjení baterie. Aby se zabránilo zkratům, je mezi obě elektrody přidána izolační vrstva membrány.
Komerčně dostupné katodové materiály pro Lipo baterie jsou obecně LiCo02 nebo LiMn204, zatímco materiály anody jsou lithium nebo lithium-uhlíkové sloučeniny. Tento článek uvádí LiCoO2 a lithium-uhlíkové sloučeniny jako příklady pro představení procesu nabíjení a vybíjení Lipo baterie.
Princip:
Li+ v katodě a elektrolyt se hromadí k anodě a získávají elektrony, které se při nabíjení redukují na Li. Protože grafit má dokonalou krystalickou strukturu s vrstevnatou rovinou, bude redukované Li zapuštěno do uhlíkového materiálu anody a uloženo mezi vrstvami uhlíkového grafitu. Během procesu vybíjení je elementární Li aktivní a nejvzdálenější elektrony se snadno ztratí. Když je vnější obvod zapnutý, Co+ v CoO2 na anodě přitahuje elektrony k migraci z anody přes vnější obvod a elektrony jsou odděleny od atomů Li. Li vložené do uhlíkového materiálu záporné elektrody ztrácí elektrony a vstupuje do elektrolytu. Velké množství Li+ se pohybuje směrem ke katodě a vytváří vnitřní proud a dostává se ke katodě přes elektrolyt za vzniku LiCoO2 s kobaltem a kyslíkem.
Když se Li, které neztratilo elektrony, setká s látkou na opačné straně elektrolytu, chemická reakce se nekontrolovatelně zrychlí a způsobí požár nebo vážnější výbuch. Našli jsme způsob, jak umístit nevodivý průsvitný separátor mezi katodu a anodu, který pouze umožňuje průchod Li+. Protože grafit a CoO2 nejsou dobré při sběru nebo distribuci elektronů. Vodivá vrstva Cu je přidána vedle grafitu a vodivá vrstva AI je přidána vedle CoO2 pro lepší vodivost.
Proč se maximální energie baterie Lipo v průběhu času snižuje?
Důvody jsou dva, jedním z nich je, že Li+ reaguje s organickými rozpouštědly v elektrolytu za vzniku pevných krystalů elektrolytu (sloučeniny sei), sei nevratně spotřebovává Li+ a elektrolyt, čímž se snižuje Li a maximální kapacita baterie. Dalším důvodem je, že když je vaše baterie zcela vybitá, může být na katodě příliš mnoho Li+, což vede k nevratné spotřebě oxidu lithného a oxidu kobaltu, čímž se snižuje životnost baterie. Z tohoto důvodu se nedoporučuje dobíjet baterii po jejím úplném vybití. Nejlepší je začít nabíjet, když je zbývající energie 30%~40%.