Общ преглед на литиевата батерия |BSLBATT Възобновяема енергия

BSLBATT Engineered Technologies използва нашите опитни екипи за инженеринг, дизайн, качество и производство, така че нашите клиенти да могат да бъдат сигурни в технически усъвършенствани решения за батерии, които отговарят на уникалните изисквания на техните специфични приложения.Ние сме специализирани в дизайна на акумулаторни и не презареждащи се литиеви клетки и батерии, като работим с различни химикали на литиеви клетки, за да предложим опции и решения за взискателни приложения по целия свят.

Пакет литиева батерия Технологии

Нашите широки производствени възможности ни позволяват да създаваме най-основните пакети батерии, до пакети по поръчка със специализирани схеми, конектори и корпуси.От малък до голям обем, ние имаме способността и експертния опит в индустрията да отговорим на уникалните нужди на всички производители на оригинално оборудване, тъй като нашият опитен инженерен екип може да проектира, разработи, тества и произвежда персонализирани решения за батерии за специфичните нужди на повечето приложения.

BSLBATT предлага готови решения, базирани на изискванията и спецификациите на клиента.Ние си партнираме с водещите в индустрията производители на клетки, за да предоставим оптималните решения и разработваме и интегрираме най-сложната електроника за управление и наблюдение в своите батерийни пакети.

Как работи литиево-йонната батерия?

Литиево-йонните батерии се възползват от силния редуциращ потенциал на литиевите йони за захранване на окислително-редукционната реакция, която е централна за всички батерийни технологии – редукция на катода, окисляване на анода.Свързването на положителните и отрицателните клеми на батерия чрез верига обединява двете половини на редокс реакцията, позволявайки на устройството, прикрепено към веригата, да извлича енергия от движението на електрони.

Въпреки че днес в индустрията се използват много различни видове базирани на литий химикали, ние ще използваме литиев кобалтов оксид (LiCoO2) – химията, която позволи на литиево-йонните батерии да заменят никел-кадмиевите батерии, които бяха норма за потребителите електроника до 90-те години — за да демонстрирате основната химия зад тази популярна технология.

Пълната реакция за LiCoO2 катод и графитен анод е както следва:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Където правата реакция представлява зареждане, а обратната реакция представлява разреждане.Това може да се раздели на следните полуреакции:

При положителния електрод редукция при катода възниква по време на разреждане (виж обратна реакция).

LiCo3+O2 ⇌ xLi+ + Li1-xCo4+xCo3+1-xO2 + e-

При отрицателния електрод окисляването на анода възниква по време на разреждане (вижте обратната реакция).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

По време на разреждането литиевите йони (Li+) се движат от отрицателния електрод (графит) през електролита (литиеви соли, суспендирани в разтвор) и сепаратора към положителния електрод (LiCoO2).В същото време електроните се движат от анода (графит) към катода (LiCoO2), който е свързан чрез външна верига.Ако се приложи външен източник на захранване, реакцията се обръща заедно с ролите на съответните електроди, зареждащи клетката.

Какво има в литиево-йонната батерия

Вашата типична цилиндрична клетка 18650, която е общият форм фактор, използван от индустрията за търговски приложения от лаптопи до електрически превозни средства, има OCV (напрежение на отворена верига) от 3,7 волта.В зависимост от производителя може да достави около 20 ампера с капацитет от 3000mAh или повече.Батерийният пакет ще бъде съставен от множество клетки и обикновено включва защитен микрочип за предотвратяване на презареждане и разреждане под минималния капацитет, което може да доведе до прегряване, пожари и експлозии.Нека разгледаме по-отблизо вътрешността на клетката.

Положителен електрод/катод

Ключът към проектирането на положителен електрод е да изберете материал, който има електропотенциал по-голям от 2,25 V в сравнение с чистите литиеви метали.Катодните материали в литиево-йонните се различават значително, но те обикновено имат наслоени литиеви оксиди на преходни метали, като дизайна на катода LiCoO2, който изследвахме по-рано.Други материали включват шпинели (т.е. LiMn2O4) и оливини (т.е. LiFePO4).

Отрицателен електрод/анод

В идеална литиева батерия бихте използвали чист литиев метал като анод, тъй като той осигурява оптималната комбинация от ниско молекулно тегло и висок специфичен капацитет, възможна за една батерия.Има два основни проблема, които пречат на лития да се използва като анод в търговски приложения: безопасност и обратимост.Литият е силно реактивен и предразположен към катастрофални повреди от пиротехнически тип.Освен това по време на зареждане, литият няма да се върне обратно в първоначалното си еднообразно метално състояние, вместо да приеме иглоподобна морфология, известна като дендрит.Образуването на дендрити може да доведе до пробити сепаратори, което може да доведе до късо съединение.

Решението, което изследователите измислиха, за да използват плюсовете на литиевия метал без всички минуси, беше литиева интеркалация - процесът на наслояване на литиеви йони във въглероден графит или някакъв друг материал, за да позволи лесното движение на литиевите йони от един електрод към друг.Други механизми включват използването на анодни материали с литий, които правят обратимите реакции по-възможни.Типичните анодни материали включват графит, сплави на основата на силиций, калай и титан.

Разделител

Ролята на сепаратора е да осигури слой електрическа изолация между отрицателния и положителния електрод, като същевременно позволява на йони да преминават през него по време на зареждане и разреждане.Той също така трябва да бъде химически устойчив на разграждане от електролита и други видове в клетката и достатъчно механично здрав, за да устои на износване.Обичайните литиево-йонни сепаратори обикновено са силно порьозни по природа и се състоят от полиетиленови (PE) или полипропиленови (PP) листове.

Електролит

Ролята на електролита в литиево-йонната клетка е да осигури среда, през която литиевите йони могат свободно да преминават между катода и анода по време на циклите на зареждане и разреждане.Идеята е да се избере среда, която е едновременно добър Li+ проводник и електронен изолатор.Електролитът трябва да бъде термично стабилен и химически съвместим с другите компоненти в клетката.Като цяло литиеви соли като LiClO4, LiBF4 или LiPF6, суспендирани в органичен разтворител като диетилкарбонат, етиленкарбонат или диметилкарбонат, служат като електролит за конвенционалните литиево-йонни конструкции.

Интерфаза на твърдия електролит (SEI)

Важна конструктивна концепция, която трябва да разберете за литиево-йонните клетки, е интерфазата на твърдия електролит (SEI) — пасивиращ филм, който се натрупва на границата между електрода и електролита, докато Li+ йони реагират с продуктите на разграждане на електролита.Филмът се образува върху отрицателния електрод по време на първоначалното зареждане на клетката.SEI предпазва електролита от по-нататъшно разлагане по време на следващите зареждания на клетката.Загубата на този пасивиращ слой може да повлияе неблагоприятно на жизнения цикъл, електрическите характеристики, капацитета и цялостния живот на клетката.От друга страна, производителите са открили, че могат да подобрят производителността на батерията чрез фина настройка на SEI.

Запознайте се със семейството литиево-йонни батерии

Привлекателността на лития като идеален електроден материал за приложения на батерии доведе до много видове литиево-йонни батерии.Ето пет от най-често срещаните налични батерии на пазара.

Литиев кобалтов оксид

Вече разгледахме LiCoO2 батериите в дълбочина в тази статия, защото представлява най-популярната химия за преносима електроника като мобилни телефони, лаптопи и електронни фотоапарати.LiCoO2 дължи успеха си на високата си специфична енергия.Краткият живот, лошата термична стабилност и цената на кобалта карат производителите да преминат към смесени катодни конструкции.

Литиев манганов оксид

Батериите с литиево-манганов оксид (LiMn2O4) използват катоди на основата на MnO2.В сравнение със стандартните LiCoO2 батерии, LiMn2O4 батериите са по-малко токсични, струват по-малко и са по-безопасни за използване, но с намален капацитет.Докато презареждаемите дизайни са били проучвани в миналото, днешната индустрия обикновено използва тази химия за първични (с един цикъл) клетки, които не са презареждаеми и са предназначени да бъдат изхвърлени след употреба.Устойчивостта, високата термична стабилност и дългият срок на годност ги правят чудесни за електрически инструменти или медицински устройства.

Литиев никел Манган Кобалтов оксид

Понякога цялото е по-голямо от сбора на неговите части и литиево-никел-манган-кобалт-оксидните батерии (известни също като NCM батерии) могат да се похвалят с по-висока електрическа производителност от LiCoO2.NCM печели силата си в балансирането на плюсовете и минусите на своите отделни катодни материали.Една от най-успешните литиево-йонни системи на пазара, NCM се използва широко в задвижващи механизми като електрически инструменти и електрически велосипеди.

Литиев железен фосфат

Литиево-железно-фосфатните (LiFePO4) батерии постигат дълъг цикъл на живот и висок ток с добра термична стабилност с помощта на наноструктуриран фосфатен катоден материал.Въпреки тези подобрения, тя не е толкова енергийна, колкото кобалтовите смесени технологии и има най-високата степен на саморазреждане от другите батерии в този списък.LiFePO4 батериите са популярни като алтернатива на оловно-киселинните като стартерна батерия за автомобили.

Литиев титанат

Замяната на графитния анод с нанокристали от литиев титанат значително увеличава повърхностната площ на анода до около 100 m2 на грам.Наноструктурираният анод увеличава броя на електроните, които могат да протичат през веригата, давайки на клетките от литиев титанат способността безопасно да се зареждат и разреждат при скорости, по-високи от 10C (десет пъти над номиналния капацитет).Компромисът за най-бързия цикъл на зареждане и разреждане на литиево-йонните батерии е относително по-ниско напрежение 2,4 V на клетка, клетки от литиев титанат в долния край на спектъра на енергийна плътност на литиевите батерии, но все още по-високи от алтернативни химикали като никел- кадмий.Въпреки този недостатък, цялостната електрическа производителност, висока надеждност, термична стабилност и изключително дълъг живот на цикъла означават, че батерията все още намира приложение в електрически превозни средства.

Бъдещето на литиево-йонните батерии

Има голям натиск от компании и правителства по целия свят да продължат по-нататъшни изследвания и разработки на литиево-йонни и други технологии за батерии, за да отговорят на нарастващото търсене на чиста енергия и намалени въглеродни емисии.По своята същност прекъсващите енергийни източници като слънчева и вятърна енергия могат да се възползват значително от високата енергийна плътност на литиево-йонните йони и дългия живот на цикъла, което вече помогна на технологията да завладее пазара на електрически превозни средства.

За да отговорят на това нарастващо търсене, изследователите вече са започнали да разширяват границите на съществуващите литиево-йонни продукти по нови и вълнуващи начини.Литиево-полимерните (Li-Po) клетки заменят опасните течни електролити на базата на литиева сол с по-безопасни полимерни гелове и дизайни на полумокри клетки за сравнима електрическа производителност с подобрена безопасност и по-леко тегло.Литият в твърдо състояние е най-новата технология в света, обещаваща подобрения в енергийната плътност, безопасността, жизнения цикъл и цялостната дълготрайност със стабилността на твърд електролит.Трудно е да се предвиди коя технология ще спечели надпреварата за най-доброто решение за съхранение на енергия, но литиево-йонните със сигурност ще продължат да играят важна роля в енергийната икономика през следващите години.

Доставчик на решения за съхранение на енергия

Ние произвеждаме авангардни продукти, съчетавайки прецизно инженерство с богат опит в приложенията, за да помогнем на клиентите да интегрират решения за съхранение на енергия в техните продукти.BSLBATT Engineered Technologies разполага с доказана технологична и интеграционна експертиза, за да доведе вашите приложения от концепцията до комерсиализацията.

За да научите повече, вижте нашата публикация в блога съхранение на литиева батерия .