Přehled lithiových baterií |Obnovitelná energie BSLBATT

BSLBATT Engineered Technologies využívá naše zkušené inženýrské, konstrukční, kvalitativní a výrobní týmy, aby si naši zákazníci mohli být jisti technicky vyspělými bateriovými řešeními, která splňují jedinečné požadavky jejich specifických aplikací.Specializujeme se na design dobíjecích a nenabíjecích lithiových článků a bateriových sad, protože spolupracujeme s různými chemickými složeními lithiových článků a nabízíme možnosti a řešení pro náročné aplikace po celém světě.

Lithiová baterie Technologie

Naše široké výrobní možnosti nám umožňují vyrábět nejzákladnější bateriové sady až po vlastní sady se specializovanými obvody, konektory a pouzdry.Od malých po velké objemy máme schopnosti a odbornou způsobilost k uspokojení jedinečných potřeb všech výrobců OEM, protože náš zkušený inženýrský tým může navrhovat, vyvíjet, testovat a vyrábět vlastní řešení baterií pro specifické potřeby většiny aplikací.

BSLBATT nabízí řešení na klíč na základě požadavků a specifikací zákazníka.Spolupracujeme s předními výrobci článků, abychom poskytovali optimální řešení, a vyvíjíme a integrujeme nejsofistikovanější řídicí a monitorovací elektroniku do bateriových sad.

Jak funguje lithium-iontová baterie?

Lithium-iontové baterie využívají silného redukčního potenciálu lithiových iontů k napájení redoxní reakce, která je ústřední pro všechny technologie baterií – redukce na katodě, oxidace na anodě.Propojení kladných a záporných pólů baterie prostřednictvím obvodu sjednocuje dvě poloviny redoxní reakce, což umožňuje zařízení připojenému k obvodu získávat energii z pohybu elektronů.

I když se dnes v průmyslu používá mnoho různých typů chemických látek na bázi lithia, my použijeme Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) – chemii, která umožnila lithium-iontovým bateriím nahradit nikl-kadmiové baterie, které byly standardem pro spotřebitele. elektroniku až do 90. let — abychom demonstrovali základní chemii za touto populární technologií.

Úplná reakce pro katodu LiCoO2 a grafitovou anodu je následující:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Kde dopředná reakce představuje nabíjení a zpětná reakce představuje vybíjení.To lze rozdělit do následujících polovičních reakcí:

Na kladné elektrodě dochází při vybíjení k redukci na katodě (viz reverzní reakce).

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

Na záporné elektrodě dochází při vybíjení k oxidaci na anodě (viz reverzní reakce).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Během vybíjení se ionty lithia (Li+) pohybují od záporné elektrody (grafit) přes elektrolyt (lithné soli suspendované v roztoku) a separátor ke kladné elektrodě (LiCoO2).Současně se elektrony přesouvají z anody (grafitu) na katodu (LiCoO2), která je připojena přes vnější obvod.Pokud je použit externí zdroj energie, reakce se obrátí spolu s rolemi příslušných elektrod a nabíjí článek.

Co je součástí lithium-iontové baterie

Váš typický válcový článek 18650, který je běžným tvarovým faktorem používaným v průmyslu pro komerční aplikace od notebooků po elektrická vozidla, má OCV (napětí naprázdno) 3,7 voltu.V závislosti na výrobci může dodat kolem 20 ampérů s kapacitou 3000 mAh nebo více.Baterie se bude skládat z více článků a obecně bude obsahovat ochranný mikročip, který zabrání přebíjení a vybíjení pod minimální kapacitu, což může vést k přehřátí, požáru a výbuchu.Podívejme se blíže na vnitřnosti buňky.

Pozitivní elektroda/katoda

Klíčem k návrhu kladné elektrody je vybrat materiál, který má elektrický potenciál větší než 2,25 V ve srovnání s čistými lithiovými kovy.Katodové materiály v lithium-iontových materiálech se velmi liší, ale obecně mají vrstvené lithiové oxidy přechodných kovů, jako je konstrukce katody LiCoO2, kterou jsme prozkoumali dříve.Mezi další materiály patří spinely (tj. LiMn2O4) a olivíny (tj. LiFePO4).

Negativní elektroda/anoda

V ideální lithiové baterii byste jako anodu použili čistý lithiový kov, protože poskytuje optimální kombinaci nízké molekulové hmotnosti a vysoké specifické kapacity možné pro baterii.Existují dva hlavní problémy, které brání použití lithia jako anody v komerčních aplikacích: bezpečnost a reverzibilita.Lithium je vysoce reaktivní a náchylné ke katastrofickým poruchám pyrotechnického druhu.Také během nabíjení se lithium nevrátí do původního jednotného kovového stavu, místo aby přijalo jehlovitou morfologii známou jako dendrit.Tvorba dendritů může vést k proražení separátorů, což může vést ke zkratům.

Řešením, které výzkumníci navrhli, aby využili výhody kovového lithia bez všech nevýhod, byla interkalace lithia - proces vrstvení iontů lithia v uhlíkovém grafitu nebo jiném materiálu, aby se umožnil snadný pohyb iontů lithia z jedné elektrody na druhou.Jiné mechanismy zahrnují použití anodových materiálů s lithiem, které umožňují reverzibilní reakce.Typické materiály anody zahrnují grafit, slitiny na bázi křemíku, cín a titan.

Oddělovač

Úkolem separátoru je poskytnout vrstvu elektrické izolace mezi zápornou a kladnou elektrodou, přičemž stále umožňuje iontům procházet skrz ni během nabíjení a vybíjení.Musí být také chemicky odolný vůči degradaci elektrolytem a jinými druhy v článku a musí být dostatečně mechanicky pevný, aby odolal opotřebení.Běžné lithium-iontové separátory jsou obecně vysoce porézní povahy a sestávají z polyethylenových (PE) nebo polypropylenových (PP) fólií.

Elektrolyt

Úlohou elektrolytu v lithium-iontovém článku je poskytnout médium, kterým mohou ionty lithia volně proudit mezi katodou a anodou během nabíjecích a vybíjecích cyklů.Cílem je vybrat médium, které je zároveň dobrým vodičem Li+ a elektronickým izolantem.Elektrolyt by měl být tepelně stabilní a chemicky kompatibilní s ostatními složkami v článku.Obecně platí, že soli lithia jako LiCl04, LiBF4 nebo LiPF6 suspendované v organickém rozpouštědle, jako je diethylkarbonát, ethylenkarbonát nebo dimethylkarbonát, slouží jako elektrolyt pro konvenční lithium-iontové konstrukce.

Interfáze pevného elektrolytu (SEI)

Důležitým konstrukčním konceptem pro pochopení lithium-iontových článků je interfáze pevného elektrolytu (SEI) — pasivační film, který se vytváří na rozhraní mezi elektrodou a elektrolytem, ​​když ionty Li+ reagují s produkty degradace elektrolytu.Film se vytvoří na negativní elektrodě během počátečního nabíjení článku.SEI chrání elektrolyt před dalším rozkladem během následného nabíjení článku.Ztráta této pasivační vrstvy může nepříznivě ovlivnit životnost, elektrický výkon, kapacitu a celkovou životnost článku.Na druhou stranu výrobci zjistili, že mohou zlepšit výkon baterie jemným doladěním SEI.

Seznamte se s rodinou lithium-iontových baterií

Půvab lithia jako ideálního elektrodového materiálu pro baterie vedl k mnoha druhům lithium-iontových baterií.Zde je pět nejběžnějších komerčně dostupných baterií na trhu.

Lithium Cobalt Oxide

LiCoO2 baterie jsme již podrobně probrali v tomto článku, protože představují nejoblíbenější chemii pro přenosnou elektroniku, jako jsou mobilní telefony, notebooky a elektronické fotoaparáty.LiCoO2 vděčí za svůj úspěch své vysoké specifické energii.Krátká životnost, špatná tepelná stabilita a cena kobaltu nutí výrobce přejít na návrhy smíšených katod.

Oxid lithný a manganatý

Lithium-manganoxidové baterie (LiMn2O4) používají katody na bázi MnO2.Ve srovnání se standardními bateriemi LiCoO2 jsou baterie LiMn2O4 méně toxické, stojí méně a jejich použití je bezpečnější, ale mají sníženou kapacitu.Zatímco dobíjecí konstrukce byly zkoumány v minulosti, dnešní průmysl obvykle používá tuto chemii pro primární (jednocyklové) články, které nelze dobíjet a jsou určeny k likvidaci po použití.Díky své odolnosti, vysoké tepelné stabilitě a dlouhé životnosti jsou skvělé pro elektrické nářadí nebo lékařské přístroje.

Lithium Nikl Mangan Kobalt Oxid

Někdy je celek větší než součet jeho částí a lithium-nikl-manganové baterie s oxidem kobaltu (také známé jako baterie NCM) se mohou pochlubit vyšším elektrickým výkonem než LiCoO2.NCM získává svou sílu při vyvažování kladů a záporů jednotlivých katodových materiálů.NCM, jeden z nejúspěšnějších lithium-iontových systémů na trhu, je široce používán v pohonných jednotkách, jako jsou elektrické nářadí a elektrokola.

Lithium-železo fosfát

Lithium Iron Phosphate (LiFePO4) baterie dosahují dlouhé životnosti cyklu a vysokého jmenovitého proudu s dobrou tepelnou stabilitou pomocí nanostrukturovaného fosfátového katodového materiálu.Navzdory těmto vylepšením není tak energeticky hustý jako technologie s příměsí kobaltu a má nejvyšší samovybíjení ze všech ostatních baterií v tomto seznamu.LiFePO4 baterie jsou oblíbené jako alternativa k olověným kyselinám jako startovací baterie do auta.

Titanát lithný

Nahrazením grafitové anody nanokrystaly titaničitanu lithného se značně zvětší povrch anody na přibližně 100 m2 na gram.Nanostrukturovaná anoda zvyšuje počet elektronů, které mohou proudit obvodem, což dává lithium titanátovým článkům schopnost bezpečně se nabíjet a vybíjet rychlostí vyšší než 10C (desetinásobek jmenovité kapacity).Kompromisem pro nejrychlejší nabíjecí a vybíjecí cyklus lithium-iontových baterií je relativně nižší napětí 2,4 V na článek, lithium-titanátové články na spodním konci spektra energetické hustoty lithiových baterií, ale stále vyšší než u alternativních chemikálií, jako je nikl- kadmium.Navzdory této nevýhodě celkový elektrický výkon, vysoká spolehlivost, tepelná stabilita a mimořádně dlouhá životnost znamenají, že baterie stále nachází uplatnění v elektrických vozidlech.

Budoucnost lithium-iontových baterií

Společnosti a vlády po celém světě vyvíjejí velký tlak na další výzkum a vývoj lithium-iontových a dalších technologií baterií, aby uspokojily rostoucí poptávku po čisté energii a snížení emisí uhlíku.Inherentně přerušované zdroje energie, jako je slunce a vítr, by mohly velmi těžit z vysoké hustoty energie a dlouhé životnosti lithných iontů, které již pomohly této technologii ovládnout trh s elektrickými vozidly.

Aby uspokojili tuto rostoucí poptávku, výzkumníci již začali posouvat hranice stávajících lithium-iontových nových a vzrušujících způsobů.Lithiové polymerové články (Li-Po) nahrazují nebezpečné tekuté elektrolyty na bázi lithných solí bezpečnějšími polymerovými gely a polomokrými konstrukcemi článků, pro srovnatelný elektrický výkon se zlepšenou bezpečností a nižší hmotností.Pevné lithium je nejnovější technologií na bloku, která slibuje zlepšení v hustotě energie, bezpečnosti, životnosti cyklu a celkové životnosti se stabilitou pevného elektrolytu.Je těžké předvídat, která technologie vyhraje závod o nejlepší řešení pro ukládání energie, ale lithium-ion bude jistě i v nadcházejících letech hrát hlavní roli v energetické ekonomice.

Poskytovatel řešení pro ukládání energie

Vyrábíme špičkové produkty, které spojují přesné inženýrství s rozsáhlými aplikačními znalostmi, abychom zákazníkům pomohli integrovat řešení pro ukládání energie do jejich produktů.BSLBATT Engineered Technologies má osvědčené technologické a integrační odborné znalosti, které přivedou vaše aplikace od koncepce až po komercializaci.

Chcete-li se dozvědět více, podívejte se na náš příspěvek na blogu úložiště lithiové baterie .