Visión xeral da batería de litio |BSLBATT Enerxías Renovables

BSLBATT Engineered Technologies utiliza os nosos experimentados equipos de Enxeñaría, Deseño, Calidade e Fabricación para que os nosos clientes poidan ter a seguridade de solucións de baterías tecnicamente avanzadas que cumpran os requisitos exclusivos das súas aplicacións específicas.Somos especializados no deseño de pilas de litio e baterías recargables e non recargables, xa que traballamos con diversas químicas de pilas de litio para ofrecer opcións e solucións para aplicacións esixentes en todo o mundo.

Paquete de batería de litio Tecnoloxías

As nosas amplas capacidades de fabricación permítennos construír os paquetes de baterías máis básicos, ata paquetes personalizados con circuítos, conectores e carcasas especializados.De baixo a alto volume, temos a capacidade e a experiencia da industria para satisfacer as necesidades únicas de todos os OEM, xa que o noso experimentado equipo de enxeñería pode deseñar, desenvolver, probar e fabricar solucións de batería personalizadas para as necesidades específicas da maioría das aplicacións.

BSLBATT ofrece solucións chave en man baseadas nos requisitos e especificacións do cliente.Colaboramos cos fabricantes de células líderes do sector para ofrecer as solucións óptimas e desenvolvemos e integramos a electrónica de control e monitorización máis sofisticada nos seus paquetes de baterías.

Como funciona unha batería de ión-litio?

As baterías de ión-litio aproveitan o forte potencial redutor dos ións de litio para alimentar a reacción redox central en todas as tecnoloxías de baterías: redución no cátodo, oxidación no ánodo.Conectando os terminales positivo e negativo dunha batería a través dun circuíto, une as dúas metades da reacción redox, o que permite que o dispositivo conectado ao circuíto extraia enerxía do movemento dos electróns.

Aínda que hai moitos tipos diferentes de químicas a base de litio utilizadas na industria hoxe en día, utilizaremos óxido de cobalto de litio (LiCoO2), a química que permitiu que as baterías de iones de litio substituisen ás baterías de níquel-cadmio que foran a norma para os consumidores. electrónica ata os anos 90, para demostrar a química básica detrás desta tecnoloxía popular.

A reacción completa para un cátodo de LiCoO2 e un ánodo de grafito é a seguinte:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Onde a reacción directa representa a carga e a reacción inversa representa a descarga.Isto pódese dividir nas seguintes medias reaccións:

No electrodo positivo, a redución no cátodo ocorre durante a descarga (ver reacción inversa).

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

No electrodo negativo, a oxidación no ánodo ocorre durante a descarga (ver reacción inversa).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Durante a descarga, os ións de litio (Li+) móvense desde o electrodo negativo (grafito) a través do electrólito (sales de litio suspendidos nunha solución) e do separador ata o electrodo positivo (LiCoO2).Ao mesmo tempo, os electróns móvense desde o ánodo (grafito) ata o cátodo (LiCoO2) que está conectado a través dun circuíto externo.Se se aplica unha fonte de enerxía externa, a reacción invírtese xunto coas funcións dos electrodos respectivos, cargando a cela.

Que hai nunha batería de ión-litio

A súa típica cela cilíndrica 18650, que é o factor de forma común que usa a industria para aplicacións comerciais, desde portátiles ata vehículos eléctricos, ten un OCV (voltaxe de circuíto aberto) de 3,7 voltios.Dependendo do fabricante, pode entregar uns 20 amperios cunha capacidade de 3000 mAh ou máis.A batería estará composta por varias celas e, polo xeral, inclúe un microchip protector para evitar a sobrecarga e a descarga por debaixo da capacidade mínima, o que pode provocar quecemento, incendios e explosións.Vexamos máis de cerca as partes internas dunha célula.

Electrodo/Cátodo positivo

A clave para deseñar un electrodo positivo é escoller un material que teña un potencial electro superior a 2,25 V en comparación cos metais de litio puro.Os materiais do cátodo en ión-litio varían moito, pero xeralmente teñen óxidos de metais de transición de litio en capas, como o deseño do cátodo LiCoO2 que exploramos anteriormente.Outros materiais inclúen espinelas (é dicir, LiMn2O4) e olivinas (é dicir, LiFePO4).

Electrodo/Ánodo negativo

Nunha batería de litio ideal, usarías metal de litio puro como ánodo, porque proporciona a combinación óptima de baixo peso molecular e alta capacidade específica posible para unha batería.Hai dous problemas principais que impiden que o litio se utilice como ánodo en aplicacións comerciais: a seguridade e a reversibilidade.O litio é altamente reactivo e propenso a modos de falla catastróficas de tipo pirotécnico.Tamén durante a carga, o litio non volverá ao seu estado metálico uniforme orixinal, en lugar de adoptar unha morfoloxía similar a unha agulla coñecida como dendrita.A formación de dendritas pode levar a separadores perforados que poden provocar curtos.

A solución ideada polos investigadores para aproveitar os pros do litio metálico sen todos os inconvenientes foi a intercalación de litio: o proceso de colocar ións de litio en capas dentro do grafito de carbono ou dalgún outro material, para permitir o fácil movemento dos ións de litio dun electrodo a outro.Outros mecanismos implican o uso de materiais ánodos con litio que fan máis posibles as reaccións reversibles.Os materiais de ánodo típicos inclúen grafito, aliaxes a base de silicio, estaño e titanio.

Separador

O papel do separador é proporcionar unha capa de illamento eléctrico entre os electrodos negativos e positivos, aínda que permite que os ións viaxan por el durante a carga e a descarga.Tamén debe ser químicamente resistente á degradación polo electrólito e outras especies da célula e mecánicamente o suficientemente forte como para resistir o desgaste.Os separadores de iones de litio comúns son xeralmente de natureza moi porosa e consisten en follas de polietileno (PE) ou polipropileno (PP).

Electrolito

O papel dun electrólito nunha célula de ión-litio é proporcionar un medio a través do cal os ións de litio poidan fluír libremente entre o cátodo e o ánodo durante os ciclos de carga e descarga.A idea é escoller un medio que sexa un bo condutor de Li+ e un illante electrónico.O electrólito debe ser térmicamente estable e químicamente compatible cos outros compoñentes da célula.Xeralmente, sales de litio como LiClO4, LiBF4 ou LiPF6 suspendidas nun disolvente orgánico como o carbonato de dietilo, o carbonato de etileno ou o carbonato de dimetilo serven como electrólito para os deseños de iones de litio convencionais.

Interfase de electrolitos sólidos (SEI)

Un concepto de deseño importante para entender sobre as células de ión-litio é a interfase de electrólitos sólidos (SEI), unha película de pasivación que se acumula na interface entre o eléctrodo e o electrólito cando os ións Li+ reaccionan cos produtos de degradación do electrólito.A película fórmase no electrodo negativo durante a carga inicial da célula.O SEI protexe o electrólito da descomposición posterior durante as cargas posteriores da célula.A perda desta capa de pasivación pode afectar negativamente a vida do ciclo, o rendemento eléctrico, a capacidade e a vida útil total dunha célula.Por outra banda, os fabricantes descubriron que poden mellorar o rendemento da batería axustando o SEI.

Coñece a familia de baterías de ión-litio

O atractivo do litio como material de electrodo ideal para aplicacións de batería levou a moitos tipos de baterías de iones de litio.Aquí tes cinco das baterías máis comúns dispoñibles no mercado.

Óxido de litio cobalto

Xa abordamos en profundidade as baterías LiCoO2 neste artigo porque representa a química máis popular para produtos electrónicos portátiles como teléfonos móbiles, portátiles e cámaras electrónicas.LiCoO2 debe o seu éxito á súa alta enerxía específica.Unha vida útil curta, unha escasa estabilidade térmica e o prezo do cobalto fan que os fabricantes cambien a deseños de cátodos mesturados.

Óxido de Litio Manganeso

As baterías de óxido de litio manganeso (LiMn2O4) usan cátodos baseados en MnO2.En comparación coas baterías de LiCoO2 estándar, as baterías de LiMn2O4 son menos tóxicas, custan menos e son máis seguras de usar, pero con capacidade reducida.Aínda que no pasado se exploraron deseños recargables, a industria actual normalmente usa esta química para as células primarias (ciclo único) que non son recargables e están destinadas a ser eliminadas despois do seu uso.A alta estabilidade térmica duradeira e unha longa vida útil fan que sexan excelentes para ferramentas eléctricas ou dispositivos médicos.

Litio Níquel Manganeso Óxido de Cobalto

Ás veces, o conxunto é maior que a suma das súas partes, e as baterías de óxido de litio níquel manganeso cobalto (tamén coñecidas como baterías NCM) teñen un maior rendemento eléctrico que o LiCoO2.NCM gaña a súa forza ao equilibrar os pros e os contras dos seus materiais de cátodo individuais.Un dos sistemas de iones de litio máis exitosos do mercado, NCM é amplamente utilizado en sistemas de propulsión como ferramentas eléctricas e bicicletas eléctricas.

Fosfato de ferro de litio

As baterías de fosfato de ferro de litio (LiFePO4) alcanzan un longo ciclo de vida e unha alta clasificación de corrente cunha boa estabilidade térmica coa axuda de material de cátodo de fosfato nanoestruturado.A pesar destas melloras, non é tan densa enerxética como as tecnoloxías de mestura de cobalto e ten a taxa de autodescarga máis alta das outras baterías desta lista.As baterías LiFePO4 son populares como unha alternativa ao chumbo-ácido como batería de arranque do coche.

Titanato de litio

A substitución do ánodo de grafito por nanocristais de titanato de litio aumenta moito a superficie do ánodo ata uns 100 m2 por gramo.O ánodo nanoestruturado aumenta o número de electróns que poden fluír polo circuíto, dándolle ás células de titanato de litio a capacidade de cargarse e descargarse con seguridade a velocidades superiores a 10 C (dez veces a súa capacidade nominal).A compensación para ter o ciclo de carga e descarga máis rápido das baterías de iones de litio é unha tensión relativamente máis baixa de 2,4 V por cela, células de titanato de litio no extremo inferior do espectro de densidade de enerxía das baterías de litio, pero aínda máis alta que as químicas alternativas como o níquel. cadmio.A pesar desta desvantaxe, o rendemento eléctrico xeral, a alta fiabilidade, a estabilidade térmica e un ciclo de vida extralongo fan que a batería aínda se use nos vehículos eléctricos.

O futuro das baterías de ión-litio

Hai un gran impulso de empresas e gobernos de todo o mundo para continuar a investigación e o desenvolvemento de tecnoloxías de iones de litio e outras baterías para satisfacer a crecente demanda de enerxía limpa e redución de emisións de carbono.As fontes de enerxía inherentemente intermitentes como a solar e o vento poderían beneficiarse enormemente da alta densidade enerxética do ión de litio e da longa vida útil do ciclo, que xa axudou á tecnoloxía a dominar o mercado dos vehículos eléctricos.

Para satisfacer esta crecente demanda, os investigadores xa comezaron a superar os límites do ión de litio existente de formas novas e emocionantes.As células de polímero de litio (Li-Po) substitúen os perigosos electrólitos a base de sal de litio líquido por xeles de polímero máis seguros e deseños de células semi-húmidas, para conseguir un rendemento eléctrico comparable cunha seguridade mellorada e un peso máis lixeiro.O litio de estado sólido é a tecnoloxía máis nova do bloque, que promete melloras na densidade de enerxía, a seguridade, a vida útil do ciclo e a lonxevidade xeral coa estabilidade dun electrólito sólido.É difícil predicir que tecnoloxía gañará a carreira pola solución de almacenamento de enerxía definitiva, pero o ión de litio seguramente seguirá xogando un papel importante na economía enerxética nos próximos anos.

Provedor de solucións de almacenamento de enerxía

Fabricamos produtos de vangarda, combinando enxeñería de precisión con ampla experiencia en aplicacións para axudar aos clientes a integrar solucións de almacenamento de enerxía nos seus produtos.BSLBATT Engineered Technologies ten a tecnoloxía comprobada e a experiencia en integración para levar as súas aplicacións desde a concepción ata a comercialización.

Para saber máis, consulta a nosa publicación no blog almacenamento de batería de litio .