Visió general de la bateria de liti |BSLBATT Energies Renovables

BSLBATT Engineered Technologies utilitza els nostres experimentats equips d'Enginyeria, Disseny, Qualitat i Fabricació perquè els nostres clients puguin estar segurs de solucions de bateries tècnicament avançades que compleixin els requisits únics de les seves aplicacions específiques.Estem especialitzats en el disseny de cèl·lules de liti i paquets de bateries recarregables i no recarregables i treballem amb una varietat de productes químics de cèl·lules de liti per oferir opcions i solucions per a aplicacions exigents a tot el món.

Paquet de bateries de liti Tecnologies

Les nostres àmplies capacitats de fabricació ens permeten construir els paquets de bateries més bàsics, fins a paquets personalitzats amb circuits, connectors i carcasses especialitzats.De baix a gran volum, tenim la capacitat i l'experiència del sector per satisfer les necessitats úniques de tots els OEM, ja que el nostre equip d'enginyers experimentat pot dissenyar, desenvolupar, provar i fabricar solucions de bateries personalitzades per a les necessitats específiques de la majoria d'aplicacions.

BSLBATT ofereix solucions clau en mà basades en els requisits i especificacions del client.Ens associem amb els fabricants de cèl·lules líders del sector per oferir les solucions òptimes i desenvolupem i integrem l'electrònica de control i monitorització més sofisticada als seus paquets de bateries.

Com funciona una bateria de ions de liti?

Les bateries d'ions de liti aprofiten el fort potencial reductor dels ions de liti per alimentar la reacció redox central de totes les tecnologies de bateries: reducció al càtode, oxidació a l'ànode.Connectant els terminals positius i negatius d'una bateria a través d'un circuit, uneix les dues meitats de la reacció redox, permetent que el dispositiu connectat al circuit extreu energia del moviment dels electrons.

Tot i que hi ha molts tipus diferents de productes químics basats en liti que s'utilitzen a la indústria avui en dia, utilitzarem l'òxid de cobalt de liti (LiCoO2), la química que va permetre que les bateries d'ió de liti substituessin les bateries de níquel-cadmi que havien estat la norma per als consumidors. electrònica fins als anys 90, per demostrar la química bàsica darrere d'aquesta tecnologia popular.

La reacció completa per a un càtode de LiCoO2 i un ànode de grafit és la següent:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

On la reacció directa representa la càrrega i la reacció inversa representa la descàrrega.Això es pot dividir en les mitges reaccions següents:

A l'elèctrode positiu, la reducció al càtode es produeix durant la descàrrega (vegeu la reacció inversa).

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

A l'elèctrode negatiu, l'oxidació a l'ànode es produeix durant la descàrrega (vegeu la reacció inversa).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Durant la descàrrega, els ions de liti (Li+) es mouen des de l'elèctrode negatiu (grafit) a través de l'electròlit (sals de liti suspeses en una solució) i el separador fins a l'elèctrode positiu (LiCoO2).Al mateix temps, els electrons es mouen de l'ànode (grafit) al càtode (LiCoO2) que està connectat mitjançant un circuit extern.Si s'aplica una font d'alimentació externa, la reacció s'inverteix juntament amb els papers dels respectius elèctrodes, carregant la cèl·lula.

Què hi ha en una bateria de ions de liti

La seva cèl·lula cilíndrica 18650 típica, que és el factor de forma comú utilitzat per la indústria per a aplicacions comercials, des d'ordinadors portàtils fins a vehicles elèctrics, té un OCV (voltatge de circuit obert) de 3,7 volts.Depenent del fabricant, pot oferir uns 20 amperes amb una capacitat de 3000 mAh o més.El paquet de bateries estarà format per diverses cel·les i, generalment, inclourà un microxip protector per evitar la sobrecàrrega i la descàrrega per sota de la capacitat mínima, cosa que pot provocar sobreescalfament, incendis i explosions.Fem una ullada més de prop a l'interior d'una cèl·lula.

Elèctrode/càtode positiu

La clau per dissenyar un elèctrode positiu és triar un material que tingui un electro potencial superior a 2,25 V en comparació amb metalls de liti pur.Els materials del càtode en ions de liti varien molt, però generalment tenen òxids de metalls de transició de liti en capes, com el disseny del càtode LiCoO2 que hem explorat anteriorment.Altres materials inclouen espinels (és a dir, LiMn2O4) i olivines (és a dir, LiFePO4).

Elèctrode/Ànode negatiu

En una bateria de liti ideal, utilitzaríeu metall de liti pur com a ànode, perquè proporciona la combinació òptima de baix pes molecular i alta capacitat específica possible per a una bateria.Hi ha dos problemes principals que impedeixen que el liti s'utilitzi com a ànode en aplicacions comercials: la seguretat i la reversibilitat.El liti és altament reactiu i propens a modes de fallada catastròfica de tipus pirotècnic.També durant la càrrega, el liti no tornarà al seu estat metàl·lic uniforme original, en lloc d'adoptar una morfologia semblant a una agulla coneguda com a dendrita.La formació de dendrites pot conduir a separadors perforats que poden provocar curts.

La solució que els investigadors van idear per aprofitar els avantatges del metall de liti sense tots els inconvenients va ser la intercalació de liti: el procés de col·locar ions de liti dins de grafit de carboni o algun altre material, per permetre el fàcil moviment dels ions de liti d'un elèctrode a un altre.Altres mecanismes impliquen l'ús de materials d'ànode amb liti que fan més possibles les reaccions reversibles.Els materials d'ànode típics inclouen grafit, aliatges a base de silici, estany i titani.

Separador

El paper del separador és proporcionar una capa d'aïllament elèctric entre els elèctrodes negatius i positius, alhora que permet que els ions viatgin a través d'ella durant la càrrega i la descàrrega.També ha de ser químicament resistent a la degradació per part de l'electròlit i altres espècies de la cèl·lula i mecànicament prou fort com per resistir el desgast.Els separadors d'ions de liti comuns són generalment de naturalesa altament porosa i consisteixen en làmines de polietilè (PE) o polipropilè (PP).

Electròlit

El paper d'un electròlit en una cèl·lula d'ions de liti és proporcionar un medi a través del qual els ions de liti puguin fluir lliurement entre el càtode i l'ànode durant els cicles de càrrega i descàrrega.La idea és triar un mitjà que sigui alhora un bon conductor Li+ i un aïllant electrònic.L'electròlit ha de ser tèrmicament estable i químicament compatible amb els altres components de la cèl·lula.En general, les sals de liti com LiClO4, LiBF4 o LiPF6 suspeses en un dissolvent orgànic com el carbonat de dietil, el carbonat d'etilè o el carbonat de dimetil serveixen com a electròlit per als dissenys convencionals d'ions de liti.

Interfase d'electròlits sòlids (SEI)

Un concepte de disseny important per entendre sobre les cèl·lules d'ions de liti és la interfase d'electròlit sòlid (SEI): una pel·lícula de passivació que s'acumula a la interfície entre l'elèctrode i l'electròlit a mesura que els ions Li+ reaccionen amb els productes de degradació de l'electròlit.La pel·lícula es forma a l'elèctrode negatiu durant la càrrega inicial de la cèl·lula.El SEI protegeix l'electròlit de la descomposició posterior durant les càrregues posteriors de la cèl·lula.La pèrdua d'aquesta capa de passivació pot afectar negativament la vida del cicle, el rendiment elèctric, la capacitat i la vida global d'una cèl·lula.D'altra banda, els fabricants han descobert que poden millorar el rendiment de la bateria ajustant el SEI.

Coneix la família de bateries d'ions de liti

L'atractiu del liti com a material d'elèctrode ideal per a aplicacions de bateries ha donat lloc a molts tipus de bateries d'ions de liti.A continuació es mostren cinc de les bateries comercials més comunes al mercat.

Òxid de cobalt de liti

Ja hem tractat en profunditat les bateries LiCoO2 en aquest article perquè representa la química més popular per a l'electrònica portàtil com ara telèfons mòbils, ordinadors portàtils i càmeres electròniques.LiCoO2 deu el seu èxit a la seva alta energia específica.Una vida útil curta, una mala estabilitat tèrmica i el preu del cobalt fan que els fabricants canviïn als dissenys de càtode combinat.

Òxid de manganès de liti

Les bateries d'òxid de manganès de liti (LiMn2O4) utilitzen càtodes basats en MnO2.En comparació amb les bateries LiCoO2 estàndard, les bateries LiMn2O4 són menys tòxiques, costen menys i són més segures d'utilitzar, però amb capacitat reduïda.Tot i que en el passat s'han explorat dissenys recarregables, la indústria actual normalment utilitza aquesta química per a cèl·lules primàries (cicles únics) que no són recarregables i estan destinades a ser eliminades després del seu ús.Duradors, alta estabilitat tèrmica i una llarga vida útil els fan ideals per a eines elèctriques o dispositius mèdics.

Liti níquel manganès òxid de cobalt

De vegades, el conjunt és més gran que la suma de les seves parts, i les bateries de liti níquel manganès d'òxid de cobalt (també conegudes com a bateries NCM) tenen un rendiment elèctric més gran que LiCoO2.NCM guanya la seva força en equilibrar els pros i els contres dels seus materials càtods individuals.Un dels sistemes d'ions de liti amb més èxit del mercat, NCM s'utilitza àmpliament en trens de propulsió com eines elèctriques i bicicletes elèctriques.

Fosfat de ferro de liti

Les bateries de fosfat de ferro de liti (LiFePO4) aconsegueixen una vida útil llarga i una alta qualificació de corrent amb una bona estabilitat tèrmica amb l'ajuda del material càtode de fosfat nanoestructurat.Malgrat aquestes millores, no és tan densa en energia com les tecnologies de barreja de cobalt i té la taxa d'autodescàrrega més alta de les altres bateries d'aquesta llista.Les bateries LiFePO4 són populars com a alternativa al plom-àcid com a bateria d'arrencada de cotxes.

Titanat de liti

La substitució de l'ànode de grafit per nanocristalls de titanat de liti augmenta considerablement la superfície de l'ànode fins a uns 100 m2 per gram.L'ànode nanoestructurat augmenta el nombre d'electrons que poden fluir pel circuit, donant a les cèl·lules de titanat de liti la capacitat de carregar-se i descarregar-se amb seguretat a velocitats superiors a 10 °C (deu vegades la seva capacitat nominal).La compensació per tenir el cicle de càrrega i descàrrega més ràpid de les bateries d'ions de liti és una tensió relativament més baixa de 2,4 V per cèl·lula, cèl·lules de titanat de liti a l'extrem inferior de l'espectre de densitat d'energia de les bateries de liti, però encara més alta que les químiques alternatives com el níquel. cadmi.Malgrat aquest inconvenient, el rendiment elèctric general, l'alta fiabilitat, l'estabilitat tèrmica i un cicle de vida extrallarg fan que la bateria encara s'utilitzi en vehicles elèctrics.

El futur de les bateries d'ions de liti

Hi ha una gran empenta d'empreses i governs d'arreu del món per continuar la investigació i el desenvolupament sobre ions de liti i altres tecnologies de bateries per satisfer la demanda creixent d'energia neta i emissions de carboni reduïdes.Les fonts d'energia inherentment intermitents com la solar i l'eòlica podrien beneficiar-se enormement de l'alta densitat d'energia dels ions de liti i la llarga vida útil que ja ha ajudat a la tecnologia a arraconar el mercat dels vehicles elèctrics.

Per satisfer aquesta demanda creixent, els investigadors ja han començat a impulsar els límits dels ions de liti existents de maneres noves i emocionants.Les cèl·lules de polímer de liti (Li-Po) substitueixen els perillosos electròlits a base de sal de liti líquida per gels de polímer més segurs i dissenys de cèl·lules semi-humides, per obtenir un rendiment elèctric comparable amb una seguretat millorada i un pes més lleuger.El liti d'estat sòlid és la tecnologia més nova del bloc, que promet millores en la densitat d'energia, la seguretat, la vida útil del cicle i la longevitat general amb l'estabilitat d'un electròlit sòlid.És difícil predir quina tecnologia guanyarà la cursa per a la solució d'emmagatzematge d'energia definitiva, però segur que l'ió de liti continuarà jugant un paper important en l'economia energètica en els propers anys.

Proveïdor de solucions d'emmagatzematge d'energia

Fabriquem productes d'avantguarda, combinant l'enginyeria de precisió amb una àmplia experiència en aplicacions per ajudar els clients a integrar solucions d'emmagatzematge d'energia als seus productes.BSLBATT Engineered Technologies té l'experiència en tecnologia i integració provada per portar les vostres aplicacions des de la concepció fins a la comercialització.

Per obtenir més informació, consulteu la nostra publicació al bloc emmagatzematge de la bateria de liti .