De 8 typer lithiumbatterier forklaret - hvad er det rigtige for dig?

Indledning

Lithium-batterier er blevet allestedsnærværende i det moderne samfund og driver alt fra forbrugerelektronik til elektriske køretøjer. Lithiumbatteriet blev først kommercialiseret af Sony i 1991, hvilket giver et let genopladeligt batteri alternativ til tidligere teknologier som nikkel-cadmium. I de tre årtier, der er gået siden, har igangværende forskning ført til store forbedringer i energitæthed, sikkerhed, levetid og ladehastigheder.

Lithiumbatterier er afhængige af strømmen af ​​lithiumioner mellem en positiv elektrode (katode) og negativ elektrode (anode). Under afladning strømmer lithiumionerne fra anoden til katoden gennem en elektrolytopløsning. Dette genererer en elektrisk strøm, der driver enheden. Ved opladning påføres en ekstern spænding for at vende strømmen af ​​lithiumioner tilbage til anoden.

Forskellige lithiumbatterikemier er opstået gennem årene, hver med deres egne fordele og afvejninger. Tidlige lithium-ion-batterier brugte lithium-koboltoxidkatoder, mens mere moderne varianter bruger nikkel-, mangan- og aluminiumkatoder. Nye kemier som lithiumjernfosfat øger stabiliteten og sikkerheden yderligere. Solid state lithium batterier med faste elektrolytter frem for flydende er også et område med aktiv forskning.

Lithium-batteriers høje energitæthed og lette natur har gjort dem ideelle til at forsyne forbrugerenheder og køretøjer. Fortsatte forbedringer inden for lithiumbatteriteknologi vil spille en nøglerolle i at muliggøre bredere transportelektrificering og indførelse af vedvarende energi i de kommende år.

BSLBATT er en professionel producent af lithium-ion batteri , inklusive R&D og OEM-service over 20 år, vores produkter er kvalificeret med ISO/CE/UL/UN38.3/ROHS/IEC-standarden. Virksomheden er på en mission om at udvikle og producere avanceret serie "BSLBATT" (Best Solution Lithium Battery). Søg efter BSLBATT Lithium driver en række applikationer, herunder, Solcelledrevne løsninger , mikrogrid, husholdningernes energilagring , golfvogn , Marine , RV , industribatteri , og mere. Virksomheden tilbyder et komplet udvalg af tjenester og produkter af høj kvalitet, der fortsætter med at bane vejen frem til en grønnere og mere effektiv fremtid for energilagring. Forskellige typer lifepo4-batterier til dit valg!

Primære lithiumbatterier - lithiumbatterityper

Primære lithium batterier er ikke-genopladelige engangsbatterier, der indeholder metallisk lithium. De har en højere energitæthed end de fleste andre primære batterityper, hvilket giver mere energilagring pr. vægt.

Nogle nøgleegenskaber ved primære lithiumbatterier:

• Brug rent lithiummetal som anodemateriale. Dette giver meget høj energitæthed, men kan også introducere sikkerhedsproblemer, hvis det ikke er ordentligt indeholdt.

• Ikke genopladelig. Primære lithiumbatterier er designet til engangsbrug. Forsøg på at genoplade dem kan føre til overophedning og potentiel eksplosionsfare.      

• Selvafladning hurtigere end andre primære batterityper. De vil gradvist miste strøm, selv når de ikke er i brug. Nyttig levetid er typisk 5-10 år.      

• Dyrere end alkaliske og kul-zink engangsbatterier. Den høje energitæthed gør dem bedst egnede til enheder med lang batterilevetid.

• Kræv beskyttelseskredsløb for at forhindre drift uden for sikre spændings- og temperaturområder. Ubeskyttede lithiumbatterier kan være usikre.

• Bruges almindeligvis i ure, lommeregnere, fjernbetjente billåse og andre enheder, der kræver kompakte batterier med lang levetid. Bruges også i specialenheder med høj effekt.

Primære lithiumbatterier giver ydeevnefordele i forhold til konventionelle engangsbatterier, men kræver ekstra sikkerhedshensyn. De er bedst til enheder med lavt dræn med lang levetid, hvor fordelene ved lav vægt og høj energitæthed retfærdiggør de højere omkostninger.

Sekundære lithium-ion-batterier-lithium-batterityper

Sekundære lithium-ion-batterier er genopladelige og den mest almindelige type lithiumbatteri i brug i dag. De har høj energitæthed, ingen hukommelseseffekt og mister kun 5 % af deres opladning om måneden, når de ikke bliver brugt. Dette gør dem velegnede til forbrugerelektronik som bærbare computere, telefoner og tablets, der kræver hyppig genopladning.

Katoden er lavet af lithiummetaloxid såsom lithiumcoboltoxid og anoden er lavet af grafit eller titaniumoxid. Under afladning strømmer lithiumionerne fra anoden til katoden gennem elektrolytten og separatoren. Ved opladning strømmer ionerne tilbage for at genindsætte sig selv i anoden.

Lithium-ion-batterier har høj energitæthed, men kan nedbrydes over tid med høj temperatur eller overopladning. De har også sikkerhedsproblemer, hvis de er beskadigede eller defekte. Men når de bruges korrekt, tilbyder de en effektiv genopladelig strømkilde til bærbar elektronik. Fortsat forskning sigter mod at øge energitætheden yderligere og forbedre sikkerheden og levetiden.

Lithium Polymer Batterier-lithium batterityper

Lithium polymer batterier , nogle gange forkortet LiPo, anvender et fleksibelt posedesign, der tillader elektrolytten at blive suspenderet i en solid polymerkomposit. Dette giver lithiumpolymerbatterier en lettere, tyndere og mere formbar formfaktor sammenlignet med stive cylindriske eller prismatiske celler.

Polymerelektrolytten gør batterierne mere sikre ved at reducere risikoen for elektrolytlækage. Det giver også producenterne mulighed for at forme cellerne i en række forskellige størrelser for bedre at passe til en enheds kabinet. Lithium polymerceller kan laves meget tynde, kun få millimeter tykke. Denne kompakte størrelse gør dem velegnede til små forbrugerelektronik som smartphones og tablets.

De fleksible kabinetter og elektrolytten giver en vis ekstra stød- og vibrationsmodstand i forhold til stive celler. Imidlertid er polymermaterialet stadig sårbart over for punkteringer. Man skal passe på ikke at beskadige lithiumpolymerceller for at undgå interne kortslutninger.

Lithium-polymerbatterier har generelt en lavere indre modstand end tilsvarende lithium-ion-batterier. Dette resulterer i bedre afladningsydelse og evnen til at give høje strømimpulser. Kemien har også en fladere udladningskurve end lithium-ion, der opretholder en højere gennemsnitsspænding i mere af sin kapacitet.

Samlet set giver posedesignet af lithiumpolymerbatterier fordele i vægt, størrelse og formfleksibilitet sammenlignet med traditionelle batteriformfaktorer. Dette gør dem til et populært valg til bærbare forbrugerenheder, droner, radiostyrede modeller og andre applikationer, hvor der kræves små, lette batterier.

Lithium Iron Phosphate Batterier LiFePo4-lithium batterityper

Søg efter BSLBATT Lithium driver en række applikationer, herunder, Solcelledrevne løsninger , mikrogrid, husholdnings energilagring , golfvogn , Marine , RV , industribatteri .

Lithium jernfosfat (LiFePO4) batterier bruger en katode lavet af lithiumjernfosfatmateriale. Dette giver en sikrere og mere stabil kemi sammenlignet med andre lithium-ion-batterier.

Den vigtigste fordel ved lithiumjernfosfatbatterier er deres lange levetid. De er i stand til at modstå hundreder til tusindvis af opladnings-/afladningscyklusser. Dette gør dem velegnede til applikationer, der kræver høj cykluslevetid, såsom lagring af vedvarende energi og elektriske køretøjer.

BSLBATTs LFP batteri er blevet selvstændigt udviklet gennem BMS batteristyringssystemet, som kan øge strømbatteriets cykluslevetid til 4.000 + gange og energilagerbatteriet til 6.000-10.000 + gange.

LiFePO4-batterier har en lavere energitæthed end andre lithium-ion-batterier, men deres stabile kemi giver meget god sikkerhed. De er i sagens natur ikke-brændbare, hvis de er beskadigede eller overopladede. Der er ingen termisk løbsrisiko.

Samlet set tilbyder lithiumjernfosfatbatterier en god balance mellem sikkerhed, lang levetid og god ydeevne. Deres relativt sikre og stabile kemi gør dem til et populært valg til mange anvendelser på trods af deres lidt lavere energitæthed sammenlignet med andre lithium-ion-batterier. Den lange levetidsevne er især vigtig for anvendelser som elektriske køretøjer.

Lithium Titanate Batterier-lithium batterityper

Lithium titanat batterier repræsenterer et fremskridt i forhold til traditionelle lithium-ion-batterier. De bruger lithiumtitanat i stedet for grafit på anoden. Dette giver lithium-titanat-batterier nogle vigtige fordele:

Hurtig opladning – Lithium-titanat giver mulighed for meget hurtigere opladning sammenlignet med standard lithium-ion-batterier. Nogle lithium-titanat-batterier kan oplades til over 80 % kapacitet inden for 10 minutter. Dette gør dem velegnede til applikationer, der kræver hurtig genopladning som elbiler.

Lang levetid – Lithiumtitanat-anoden er meget stabil. Dette gør det muligt for batterierne at håndtere tusindvis af opladnings-/afladningscyklusser. Lithium titanat-batterier kan generelt holde over 10 gange længere end standard lithium-ion-batterier, før de skal udskiftes. Nogle versioner har en levetid på 20 år eller mere.

Sikkerhed   – Lithium-titanat-batterier er mindre tilbøjelige til termiske løbeproblemer og har øget stabilitet. Dette giver dem en fordel i sikkerhedskritiske applikationer som medicinsk udstyr.

Ydeevne ved lav temperatur – Anodematerialet muliggør overlegne afladningsevner i kolde temperaturer. Lithium titanat batterier kan fungere effektivt selv ned til -30°C.

De høje omkostninger ved lithium-titanat-batterier har begrænset deres anvendelse indtil videre. Men efterhånden som produktionen opskaleres, forventes omkostningerne at blive mere konkurrencedygtige med standard lithium-ion. Deres enestående levetid og cykelegenskaber gør lithium-titanat-batterier ideelle til roller, der kræver pålidelig, langsigtet strøm.

Lithium svovlbatterier-lithium batterityper

Lithium svovl batterier er en spændende ny batterikemi, der tilbyder markant højere energitæthed sammenlignet med lithium-ion-batterier. Disse batterier anvender svovl som katodemateriale, som teoretisk kan lagre omkring 5 gange mere energi efter vægt end traditionelle lithium-koboltoxid-katoder, der bruges i lithium-ion-batterier.

Nogle vigtige fordele ved lithiumsvovlbatterier:

• Ekstremt høj teoretisk energitæthed på omkring 500 Wh/kg eller 2800 Wh/L. Dette er 2-5 gange højere end lithium-ion-batterier.

• Brug af svovl som katodemateriale er rigeligt og meget billigere end kobolt eller nikkel, der bruges i lithium-ion-batterier. Dette kan reducere omkostningerne betydeligt.

• Svovlkatoder er lette sammenlignet med metaloxidkatoder.

• Ingen risiko for termisk flugt som lithium-ion-batterier.

• Miljøvenlige materialer.

Lithiumsvovlbatterier står dog stadig over for nogle tekniske udfordringer før udbredt kommercialisering:      

• Kort cykluslevetid på grund af tab af svovlaktivt materiale over cyklusser. Der pågår forskning i tilsætningsstoffer og belægninger for at løse dette.

• Lav coulombisk effektivitet. De komplekse reaktionsmekanismer fører til tab af aktivt svovl.

• Volumenudvidelse af svovl op til 80 % under afladning, hvilket fører til mekanisk nedbrydning af katoden. Nanostrukturering af svovl hjælper med at løse dette.

• Dårlig elektrisk ledningsevne af svovl, der kræver ledende tilsætningsstoffer.

• Lithiummetalanode reagerer med opløste polysulfider, hvilket fører til hurtig kapacitetsfading. Beskyttende belægninger på lithiummetallet er under udvikling.

Hvis disse udfordringer kan overvindes, kan lithiumsvovlbatterier tilbyde en sikker, høj energitæthed, lavpris batteriteknologi til applikationer som elektriske køretøjer og netlagring. Men de er stadig en lovende batterikemi, der kræver yderligere forskning og udvikling.

Solid State Lithium Batterier-lithium batterityper

Solid state lithium batterier bruges en fast elektrolyt i stedet for en flydende eller polymer elektrolyt. Dette gør dem mere sikre end flydende elektrolytbatterier, da der ikke er nogen risiko for, at elektrolytten lækker eller antændes.

Den faste elektrolyt muliggør også en højere energitæthed sammenlignet med flydende elektrolyt-lithium-ion-batterier. Den faste elektrolyt fylder mindre i batteriet, hvilket giver mere plads til anode- og katodematerialerne. Nogle prototyper af solid state-batterier har vist energitætheder på over 500 Wh/L sammenlignet med omkring 250-300 Wh/L for konventionel lithium-ion.

Den faste elektrolyt har også større termisk og kemisk stabilitet. Den kan modstå højere temperaturer uden at gå i stykker sammenlignet med flydende elektrolytter. Dette hjælper med at forbedre batterisikkerheden og kan tillade hurtigere opladningshastigheder i fremtiden.

De største udfordringer med solid state lithium batterier er at udvikle elektrolytter med høj nok lithium ion ledningsevne og at sikre god kontakt mellem den faste elektrolyt og elektrodematerialer. Men mange virksomheder og forskningsgrupper arbejder aktivt på at kommercialisere solid state lithium-batterier, da deres fordele i sikkerhed og energitæthed gør dem meget lovende til elektriske køretøjer, forbrugerelektronik og andre applikationer.

Lithium Air Batteries-lithium batterityper

Lithium-luftbatterier repræsenterer en spændende fremtidig batteriteknologi, der lover ekstremt høje energitætheder, der endda overstiger benzin. De bruger lithiummetal som anode og ilt fra luften som katode.

Ved afladning afgiver lithiummetallet elektroner, som kombineres med lithiumioner og oxygen for at danne lithiumperoxid. Denne kemiske reaktion frigiver energi til at drive batteriet. Under opladning vendes processen - lithiumperoxid nedbrydes for at frigive ilt, elektroner vender tilbage til lithiummetalanoden, og lithiumioner vender tilbage til elektrolytten.

En stor fordel ved lithium-luftbatterier er deres teoretiske energitæthed på omkring 12kWh/kg, hvilket er 10 gange højere end lithium-ion-batterier. Denne massive energitæthed aktiveres ved at bruge oxygen fra den omgivende luft i stedet for at opbevare et tungt katodemateriale.

Lithium-luftbatterier står dog stadig over for betydelige tekniske udfordringer. Lithiummetalanoden er ustabil og tilbøjelig til at danne dendritter under opladning. Reaktionsprodukterne kan tilstoppe porerne i luftkatoden, hvilket reducerer ydeevnen. Der er også problemer med effektivitet, cykluslevetid og sikkerhed, der skal løses, før lithium-luftbatterier bliver kommercielt levedygtige. Men hvis disse udfordringer kan overvindes, kan lithium-luftbatterier give et revolutionerende fremskridt inden for energilagring. Deres usædvanligt høje energitæthed gør dem til et spændende perspektiv for langrækkende elektriske køretøjer og andre applikationer, der kræver den højest mulige energi i den mindste pakke.

Konklusion

Lithium-batterier har revolutioneret bærbar elektronik og elektriske køretøjer ved at give høj energitæthed i en letvægtspakke. Efterhånden som forskning og udvikling fortsætter, vil lithiumbatterier sandsynligvis blive ved med at blive bedre med hensyn til kapacitet, opladningshastigheder, sikkerhed og omkostninger.

Primære lithiumbatterier, selvom de ikke kan genoplades, giver lang holdbarhed og høj effekt til engangsenheder. Sekundære genopladelige lithium-ion-batterier dominerer i øjeblikket forbrugerelektronikmarkedet og bevæger sig ind i større applikationer som elbiler. Varianter som lithiumpolymer og lithiumjernfosfat giver fordele i fleksibilitet og sikkerhed.

Nye batterikemier som lithiumsvovl og lithiumluft sigter mod at øge energitætheden væsentligt sammenlignet med lithium-ion. Solid state lithium batterier kunne give endnu højere effekt og sikkerhed ved at erstatte flydende elektrolytter med faste komponenter.

Samlet set har lithiumbatteriteknologien udviklet sig hurtigt i de sidste par årtier og vil fortsat være et meget aktivt innovationsområde. Vi kan forvente at se lithiumbatterier forsyne flere og flere aspekter af vores moderne teknologiske samfund, mens de støt forbedres på kritiske områder som omkostninger, sikkerhed og miljømæssig bæredygtighed. Fremtiden er lys for disse alsidige højtydende batterier.

Hvis du har spørgsmål om dette emne, er du velkommen til at kontakt os .