Sự xen vào của ion Li+ xảy ra trong khoảng 0,2 ÷ 0,0V, điện tích tiêu
thụ trong khoảng 0,8 ÷ 0,2V (phụ thuộc Li/Li+) là do sự khử của các thành phần điện phân tại bề mặt điện cực. Phản ứng này được gọi là lớp chuyển tiếp rắn - điện phân (lớp chuyển tiếp không gian) và các phản ứng xảy ra từ các chất điện phân có trạng thái nhiệt động ổn định. Quá trình đó diễn ra liên tục cho đến khi bề mặt điện cực được bao bọc hoàn toàn và độ dày lớp chuyển tiếp xuất hiện ít nhất đủ để tạo ra hiệu ứng xuyên hầm của các điện tử. Các điều kiện mà từ đó pin được tạo thành quyết định các tính chất và độ dày của lớp chuyển tiếp, độ dày của lớp chuyển tiếp có thể thay đổi (15
÷ 900A0) trên cùng một điện cực. Sự tạo thành lớp chuyển tiếp ổn định là điều kiện quyết định tới sự tạo thành Pin. Mặt khác, sự khử chất điện phân tiếp tục xảy ra, lớp chuyển tiếp cũng rất quan trọng để có cấu trúc ổn định của cực âm graphite. Nếu không có lớp chuyển tiếp, sẽ rất nguy hiểm bởi các phân tử dung môi cũng tham gia vào quá trình điền kẽ và dẫn tới sự phá huỷ cấu trúc graphite. Tính chất của lớp chuyển tiếp ảnh hưởng đến một số yếu tố quan trọng của pin trong quá trình sử dụng: độ an toàn, hiện tượng tự phóng, dung lượng Pin và việc sử dụng pin ở nhiệt độ thấp cũng như nhiệt độ cao.
Cả vật liệu âm cực và dung dịch điện phân cũng đóng vai trò quyết định tới quá trình tạo thành lớp chuyển tiếp và các tính chất hoá học của chúng. Các phản ứng với các thành phần khác nhau tại các bề mặt điện cực
Chương 3: HOẠT ĐỘNG CỦA PIN LI -ION
Những đặc trưng hoạt động của pin Li-ion được phác thảo trong bảng sau:
Bảng 7: Những đặc trưng hoạt động của pin Li-ion.
Đặc trưng Phạm vi hoạt động
Điện áp làm việc 4,2V ÷ 2,5V
Năng lượng riêng 245 ÷ 430 Wh/L
Khả năng tốc độ liên tục Điển hình: 1C
Tốc độ cao: 5C
Khả năng tốc độ xung Trên 25C
Chu kỳ đời sống ở 100% DOD Tiêu biểu 3000
Chu kỳ đời sống ở DOD từ 20÷ 40% Ngoà 1000
Đời sống Trên 5 năm
Tốc độ tự phóng điện 2÷10%/tháng
Nhiệt độ có thể hoạt động -400C ÷ 650C
Hiệu ứng nhớ Không
Mật độ năng lượng 2000 ÷ 8000 W/L
Năng lượng riêng 700 ÷ 1300 W/Kg
Pin Li-ion có điện áp cao, dải điện thế vận hành điển hình từ 2,5V ÷ 4,2V, gần gấp 3 lần so với NiCd hoặc NiMH. Pin Li-ion cho năng lượng riêng và mật độ năng lượng cao, năng lượng riêng hơn 150Wh/Kg và mật độ năng lượng trên 400Wh/L được khả dụng. Pin Li-ion cho khả năng tốc độ cao, tốc độ liên tục trên 5C và tốc độ xung trên 25C, do đó có mật độ năng lượng cao và tốc độ tự phóng nhỏ, đời sống khoảng vài năm, không có hiệu ứng nhớ và dải nhiệt hoạt động rất rộng. Pin Li-ion có thể nạp điện ở nhiệt độ từ -200C đến 600C và phóng điện ở nhiệt độ từ -400C đến 650C.
Công nghệ này đã đem lại khả năng mà chỉ nó có đó là cho mức hiệu suất cao trong nhiều khía cạnh, bao gồm mật độ năng lượng, năng lượng riêng, khả năng về tốc độ, chu kỳ đời sống, và thời gian dự trữ, tính an toàn, giá thành thấp. Trong khi mà giá thành được giảm thì những vấn đề khả dụng khác lại tăng lên, và hiệu suất được cải tiến. Pin Li-ion đang được
Chương 4- PIN LI-ION POLYMER VÀ PIN LI-ION TRẠNG THÁI RẮN
4.1.Pin Li – ion polymer
Pin Li - ion polymer có những đặc tính vận hành của pin Li-ion, bao gồm năng lượng đặc trưng và mật độ năng lượng cao, mỏng, tỉ lệ kích thước cao. Công nghệ này được ứng dụng trong những thiết bị truyền thông di động đặc biệt và những thiết bị đòi hỏi sự mỏng, pin nạp lại có vùng phủ sóng rộng. Trong đó pin Li-ion Polymer được sử dụng tương tự như pin Li- ion dạng trụ hoặc lăng trụ; trong pin Li-ion polymer, sự nối các điện cực cho phép tạo thành những pin được nén mỏng phía trong một màng chắn,
điều này trái ngược với những công nghệ pin Li-ion khác có vỏ bằng thép hoặc nhôm. Cấu trúc này được mô tả như sau:
Hình 14: Sơ đồ phác hoạ mô tả cấu trúc của một polymer.pin Li-ion
Những điện cực của pin Li-ion polymer có thể được đúc từ hỗn hợp nhớt (huyền phù) bao gồm một vật liệu hoạt động (ví dụ: LiMn2O4, LiCoO2, LiAl0,05CO0,15Ni0,8O2 ... cho điện cực dương; và graphite nhân tạo hoặc nghiền sợi graphite cho điện cực âm), một chất phụ gia dẫn điện (ví dụ super P carbon); một chất tăng bền trùng hợp hoà tan (như PVDF - HFP ...) một vật liệu dễ tạo hình, như dibutyl phthalate hoặc propylene carbonate và chất xử lý, bao gồm chất hoạt động bề mặt, chất chống oxi hoá ... và một dung môi khả biến như acetone hoặc methyl ethyl ketone (MEK). Màng ngăn cách plastic có thể được tạo thành từ huyền phù được làm đồng nhất như PVDF - HFP, phèn, và chất tạo hình ... trong một dung môi khả biến tương tự.
Pin Li-ion polymer mỏng, độ dày của pin từ 1,2mm tới 8,4mm được khả dụng, mặc dù 3,5mm tới 4,0mm là độ dày điển hình của pin; dải dung lượng khả dụng từ 0,5Ah tới 8Ah. Những pin này có năng lượng riêng và
Trong quá trình nạp điện, pin Li-ion polymer có thể nạp liên tục cho tới khi điện thế của pin đạt điện áp tối đa là 4,2V. Trong quá trình phóng điện, ở tốc độ thấp (1C) pin Li-ion có điện thế trung bình 3,8V; ở tốc độ 2C, 3,55V; ở tốc độ 3C, 2,45V.
Pin Li-ion polymer có nhiều thuộc tính mà thị trường thèm muốn bao gồm dung lượng tốt, sự tự phóng thấp, tính ổn định trong sự tích trữ dài và an toàn. Những sản phẩm đó hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong khối dữ liệu cao và được sử dụng ngày càng tăng trong pin điện thoại và PDAs.