Pin Lithium là gì? Cấu tạo và các loại pin Lithium

Pin Lithium là gì ?

Pin Lithium là một loại pin sạc, có tên gọi khác là pin Li-on, hoặc pin Lithi-on, viết tắt là LIB. Loại pin này thường có mật độ năng lượng cao hơn nên khả năng duy trì năng lượng tốt hơn so với nhiều loại pin khác nên được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy tính xách tay, máy ảnh số, máy nghe nhạc , pin xe điện , hệ thống lưu trữ  và nhiều ứng dụng khác.

Pin lithium có hai loại gồm pin lithium metal (không thể sạc lại) và pin lithium-ion (có thể sạc lại).

2 . Cấu tạo và dung lượng của pin Lithium

Cấu tạo

Pin Lithium được hình thành từ bốn thành phần chính:

• 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. Đồng thời, cực âm còn dùng để xác định công suất và điện áp của pin và là nguồn của các ion Lithium.
• Cực dương: Được làm bằng hợp chất oxit kim loại chuyển tiếp và Li (như LiMnO2, LiCoO2,…) cho phép dòng điện chạy qua mạch ngoài và khi pin được sạc, các ion Lithium được lưu trữ trong cực dương.
• Chất điện phân: Các chất có khả năng dẫn điện ion Lithium giữa các điện cực, được hình thành từ muối, dung môi và chất phụ gia.
• Dải phân cách: Thường được làm bằng nhựa PE hoặc PP có tác dụng như một rào vật lý giữ cho cực âm và cực dương cách nhau.

• Dung lượng của pin Lithium

  Dung lượng của pin Lithium sẽ giảm dần tuổi thọ qua các lần xả. Nhiều nghiên cứu cho thấy, sạc pin nhiều lần sẽ tốt hơn sạc ít lần. Do đó, bạn hãy sạc pin thường xuyên để giúp pin có thể hoạt động tốt hơn chứ không nên để pin hết sạch năng lượng rồi mới sạc . 

   Quá Trình Sạc Xả 

• Quá trình điều tiết sạc/xả một tế bào pin Li-ion và một hệ pin Li-ion hoàn chỉnh, bao gồm nhiều tế bào pin lắp nối tiếp, tương đối khác biệt.

  Đối với một tế bào pin Li-ion được sạc/xả qua hai giai đoạn:

  1 : Chế độ dòng điện không đổi: constant current (CC)

  2 :  Chế độ điện thế không đổi: constant voltage (CV)

  Đối với một hệ pin Li-ion hoàn chỉnh, cần 3 giai đoạn

  1 : Chế độ dòng điện không đổi: constant current (CC)

  2 : Cân bằng

  3 :  Chế độ điện thế không đổi: constant voltage (CV)

  Ở chế độ dòng điện không đổi, bộ sạc sẽ áp một dòng điện không đổi lên pin thông qua một điện thế ổn định tăng dần cho đến khi đạt đến điện thế tới hạn của pin. Ở chế độ cân bằng, bộ sạc giảm dần dòng điện sạc lên pin, hoặc điều tiết bật tắt dòng điện sạc để trạng thái sạc cho từng tế bào pin đạt trạng thái cân bằng trong cả mạch, cho đến khi tất cả các tế bào trong mạch đều cân bằng. Một số thiết bị sạc điều tiết cân bằng bằng cách sạc lần lượt từng tế bào pin, tuy nhiên điều này kéo dài thời gian sạc, việc tạo thuật toán tối ưu hóa quá trình cân bằng này có thể tăng hiệu năng và tối ưu hóa thời gian sạc pin. Ở chế độ điện thế cân bằng, bộ sạc áp một điện thế bằng với điện thế tới hạn của mỗi tế bào nhân với số tế bào lắp nối tiếp lên toàn bộ pin, đây chính là quá trình xả, vì thế dòng điện sẽ giảm về 0, đến khi dòng điện dưới ngưỡng 3% giá trị ban đầu của dòng điện sạc, thì pin ngừng hoạt động. Nếu như sạc/xả vượt ngưỡng thế năng và dòng điện cho phép, có thể dẫn đến nổ pin.

  Nhiệt độ hoạt động 

• Nhiệt độ giới hạn của pin khi sạc quan trọng hơn nhiệt độ xả (nhiệt độ lúc sử dụng). Các nhà khoa học nhận thấy rằng chính việc hoạt động ở nhiệt độ quá cao làm giảm tuổi thọ pin. Pin sẽ hoạt động tốt nhất khi sạc ở 5-45^oC, lúc này có thể sạc tốc độ cao. Nhiệt độ thấp hơn, tức 0-5 ^oC có thể sạc được nhưng dòng điện sẽ giảm, dù trong quá trình sạc, nhiệt độ của pin sẽ tăng lên đôi chút do điện trở trong của pin. Hiện tượng tăng nhiệt độ trong quá trình sạc là nguyên nhân làm giảm hiệu năng pin, khi nhiệt độ tăng lên trên 45 ^oC pin sẽ bị chai nhanh chóng. Mặc dầu vậy khi sạc ở nhiệt độ thấp, điện trở trong của pin lại tăng và làm giảm tốc độ và tăng thời gian sạc. 
•  

•  

  Pin LIB không nên sạc ở nhiệt độ dưới 0 ^oC. Ở nhiệt độ này, tuy hệ pin đang được sạc bình thường, nhưng do ở nhiệt độ thấp, độ dẫn của vật liệu điện cực kém sẽ làm giảm khả năng phản ứng của ion lithi với vật liệu điện cực, khi đó lithi sẽ được mạ lên bề mặt điện cực thay vì khuếch tán vào sâu bên trong vật liệu và tham gia phản ứng trong điều kiện sạc lạnh, lớp mạ này bám chặt trên điện cực dù có tiếp tục sạc hay xả. Vì thế hầu hết các pin đều không thể hoạt động ngoài khoảng 0-45 ^oC vì yếu tố an toàn.