סקירת סוללת ליתיום |BSLBATT אנרגיה מתחדשת

BSLBATT Engineered Technologies משתמשת בצוותי ההנדסה, העיצוב, האיכות והייצור המנוסים שלנו, כך שלקוחותינו יכולים להיות בטוחים בפתרונות סוללה מתקדמים טכנית העונים על הדרישות הייחודיות של היישומים הספציפיים שלהם.אנו מתמחים בעיצוב תאי ליתיום ואריזת סוללות נטענים ולא נטענים כעבודה עם מגוון כימיקלים של תאי ליתיום כדי להציע אפשרויות ופתרונות ליישומים תובעניים ברחבי העולם.

חבילת סוללות ליתיום טכנולוגיות

יכולות הייצור הרחבות שלנו מאפשרות לנו לבנות את חבילות הסוללות הבסיסיות ביותר, ועד מארזים מותאמים אישית עם מעגלים מיוחדים, מחברים ומארזים.מנפח נמוך ועד גבוה, יש לנו את היכולת והמומחיות בתעשייה לענות על הצרכים הייחודיים של כל יצרני ה-OEM, שכן צוות ההנדסה המנוסה שלנו יכול לתכנן, לפתח, לבדוק ולייצר פתרונות סוללה מותאמים אישית לצרכים הספציפיים של רוב היישומים.

BSLBATT מציעה פתרונות סוהר המבוססים על דרישות ומפרטים של הלקוח.אנו משתפים פעולה עם יצרני התאים המובילים בתעשייה כדי לספק את הפתרונות האופטימליים ואנו מפתחים ומשלבים את מוצרי הבקרה והניטור המתוחכמים ביותר בערכות הסוללות שלו.

כיצד פועלת סוללת ליתיום-יון?

סוללות ליתיום-יון מנצלות את פוטנציאל ההפחתה החזק של יוני ליתיום כדי להפעיל את תגובת החיזור המרכזית בכל טכנולוגיות הסוללה - הפחתה בקתודה, חמצון באנודה.חיבור המסוף החיובי והשלילי של סוללה דרך מעגל, מאחד את שני החצאים של תגובת החיזור, ומאפשר למכשיר המחובר למעגל להפיק אנרגיה מתנועת אלקטרונים.

אמנם ישנם סוגים רבים ושונים של כימיקלים מבוססי ליתיום המשמשים כיום בתעשייה, אנו נשתמש ב-Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) - הכימיה שאפשרה לסוללות ליתיום-יון להחליף את סוללות ניקל-קדמיום שהיו הנורמה לצרכנים. אלקטרוניקה עד שנות ה-90 - כדי להדגים את הכימיה הבסיסית מאחורי הטכנולוגיה הפופולרית הזו.

התגובה המלאה עבור קתודה LiCoO2 ואנודת גרפיט היא כדלקמן:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

כאשר התגובה הקדמית מייצגת טעינה, והתגובה ההפוכה מייצגת פריקה.ניתן לחלק את זה לחצי התגובות הבאות:

באלקטרודה החיובית, הפחתה בקתודה מתרחשת במהלך הפריקה (ראה תגובה הפוכה).

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

באלקטרודה השלילית, חמצון באנודה מתרחש במהלך הפריקה (ראה תגובה הפוכה).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

במהלך הפריקה, יוני ליתיום (Li+) נעים מהאלקטרודה השלילית (גרפיט) ​​דרך האלקטרוליט (מלחי ליתיום התלויים בתמיסה) והמפריד לאלקטרודה החיובית (LiCoO2).במקביל, אלקטרונים עוברים מהאנודה (גרפיט) ​​אל הקתודה (LiCoO2) המחוברת באמצעות מעגל חיצוני.אם מופעל מקור כוח חיצוני, התגובה מתהפכת יחד עם תפקידי האלקטרודות המתאימות, ומטעינות את התא.

מה יש בסוללת ליתיום-יון

לתא גלילי 18650 הטיפוסי שלך, שהוא גורם הצורה הנפוץ בשימוש בתעשייה ליישומים מסחריים, ממחשבים ניידים ועד לרכב חשמלי, יש OCV (מתח מעגל פתוח) של 3.7 וולט.בהתאם ליצרן הוא יכול לספק כ-20 אמפר בקיבולת של 3000mAh או יותר.ערכת הסוללות תהיה מורכבת ממספר תאים, ובדרך כלל תכלול שבב מגן למניעת טעינת יתר ופריקה מתחת לקיבולת המינימלית, שעלולה להוביל גם להתחממות יתר, לשריפות וגם לפיצוצים.בואו נסתכל מקרוב על החלק הפנימי של התא.

אלקטרודה/קתודה חיובית

המפתח לתכנון אלקטרודה חיובית הוא לבחור חומר בעל פוטנציאל אלקטרו גדול מ-2.25V בהשוואה למתכות ליתיום טהורות.חומרי קתודה בליתיום-יון משתנים מאוד, אך יש להם בדרך כלל תחמוצות מתכת מעבר ליתיום, כמו עיצוב הקתודה LiCoO2 שחקרנו קודם לכן.חומרים אחרים כוללים ספינלים (כלומר LiMn2O4) ואוליבינים (כלומר LiFePO4).

אלקטרודה/אנודה שלילית

בסוללת ליתיום אידיאלית, תשתמש במתכת ליתיום טהורה כאנודה, מכיוון שהיא מספקת את השילוב האופטימלי של משקל מולקולרי נמוך וקיבולת סגולית גבוהה האפשרית לסוללה.ישנן שתי בעיות עיקריות שמונעות מליתיום לשמש כאנודה ביישומים מסחריים: בטיחות והפיכות.ליתיום הוא מאוד תגובתי ונוטה למצבי כשל קטסטרופליים מהסוג הפירוטכני.גם במהלך הטעינה, הליתיום לא יחזור למצב המתכתי האחיד המקורי שלו, במקום לאמץ מורפולוגיה דמוית מחט המכונה דנדריט.היווצרות דנדריטים עלולה להוביל למפרידים מנוקבים שעלולים להוביל לקצרים.

הפתרון שחוקרים המציאו לרתום את היתרונות של מתכת ליתיום ללא כל החסרונות היה שילוב ליתיום - תהליך שכבת יוני ליתיום בתוך גרפיט פחמן או חומר אחר, כדי לאפשר תנועה קלה של יוני ליתיום מאלקטרודה אחת לאחרת.מנגנונים אחרים כוללים שימוש בחומרי אנודה עם ליתיום המאפשרים יותר תגובות הפיכות.חומרים אופייניים לאנודה כוללים גרפיט, סגסוגות על בסיס סיליקון, פח וטיטניום.

מפריד

תפקידו של המפריד הוא לספק שכבת בידוד חשמלי בין האלקטרודה השלילית לחיובית, תוך שהוא מאפשר ליונים לעבור דרכו במהלך טעינה ופריקה.הוא חייב להיות גם עמיד מבחינה כימית לפירוק על ידי האלקטרוליט ומינים אחרים בתא וחזק מספיק מכנית כדי להתנגד לבלאי.מפרידי ליתיום-יון נפוצים הם בדרך כלל נקבוביים מאוד בטבעם והם מורכבים מיריעות פוליאתילן (PE) או פוליפרופילן (PP).

אלקטרוליט

תפקידו של אלקטרוליט בתא ליתיום-יון הוא לספק תווך שדרכו יוני ליתיום יכולים לזרום בחופשיות בין הקתודה לאנודה במהלך מחזורי טעינה ופריקה.הרעיון הוא לבחור מדיום שהוא גם מוליך Li+ טוב וגם מבודד אלקטרוני.האלקטרוליט צריך להיות יציב תרמית, ותואם כימית לשאר הרכיבים בתא.בדרך כלל, מלחי ליתיום כמו LiClO4, LiBF4 או LiPF6 המורחפים בממס אורגני כמו דיאתיל קרבונט, אתילן קרבונט או דימתיל קרבונט משמשים כאלקטרוליט עבור עיצובי ליתיום-יון קונבנציונליים.

אינטרפאז אלקטרוליט מוצק (SEI)

תפיסת תכנון חשובה שיש להבין לגבי תאי ליתיום-יון היא אינטרפאזת האלקטרוליטים המוצקים (SEI) - סרט פסיביות המצטבר בממשק בין האלקטרודה והאלקטרוליט כאשר יוני Li+ מגיבים עם תוצרי פירוק של האלקטרוליט.הסרט נוצר על האלקטרודה השלילית במהלך המטען הראשוני של התא.ה-SEI מגן על האלקטרוליט מפני פירוק נוסף במהלך הטענות הבאות של התא.אובדן השכבה הפסיבית הזו עלול להשפיע לרעה על חיי המחזור, הביצועים החשמליים, הקיבולת והחיים הכוללים של התא.מהצד השני, יצרנים גילו שהם יכולים לשפר את ביצועי הסוללה על ידי כוונון עדין של ה-SEI.

הכירו את משפחת סוללות הליתיום-יון

הפיתוי של ליתיום כחומר אלקטרודה אידיאלי ליישומי סוללה הוביל לסוגים רבים של סוללות ליתיום-יון.להלן חמש מהסוללות הנפוצות ביותר בשוק.

ליתיום קובלט אוקסיד

כבר כיסינו לעומק את סוללות LiCoO2 במאמר זה מכיוון שהיא מייצגת את הכימיה הפופולרית ביותר עבור מוצרי אלקטרוניקה ניידים כמו טלפונים סלולריים, מחשבים ניידים ומצלמות אלקטרוניות.LiCoO2 חייב את הצלחתו לאנרגיה הספציפית הגבוהה שלו.תוחלת חיים קצרה, יציבות תרמית גרועה ומחיר הקובלט גורמים ליצרנים לעבור לעיצובי קתודה מעורבת.

תחמוצת ליתיום מנגן

סוללות ליתיום מנגן אוקסיד (LiMn2O4) משתמשות בקתודות מבוססות MnO2.בהשוואה לסוללות LiCoO2 סטנדרטיות, סוללות LiMn2O4 הן פחות רעילות, עולות פחות, והן בטוחות יותר לשימוש, אך עם קיבולת מופחתת.בעוד שעיצובים נטענים נחקרו בעבר, התעשייה של היום משתמשת בדרך כלל בכימיה זו עבור תאים ראשוניים (מחזור בודד) שאינם נטענים ואמורים להיפטר לאחר השימוש.עמיד, יציבות תרמית גבוהה וחיי מדף ארוכים הופכים אותם למעולים עבור כלים חשמליים או מכשור רפואי.

ליתיום ניקל מנגן תחמוצת קובלט

לפעמים השלם גדול מסך חלקיו, וסוללות ליתיום ניקל מנגן תחמוצת קובלט (הידועות גם כסוללות NCM) מתהדרות בביצועים חשמליים גדולים יותר מאשר LiCoO2.NCM צוברת את כוחה באיזון היתרונות והחסרונות של חומרי הקתודה הבודדים שלה.אחת ממערכות הליתיום-יון המוצלחות ביותר בשוק, NCM נמצאת בשימוש נרחב במערכות הנעה כמו כלי עבודה ואופניים חשמליים.

ליתיום ברזל פוספט

סוללות ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4) משיגות חיי מחזור ארוכים ודירוג זרם גבוה עם יציבות תרמית טובה בעזרת חומר קתודי פוספט בעל ננו-מבנה.למרות השיפורים הללו, הוא אינו צפוף באנרגיה כמו טכנולוגיות מעורבבות קובלט ויש לו את קצב הפריקה העצמית הגבוה ביותר מבין הסוללות האחרות ברשימה זו.סוללות LiFePO4 פופולריות כחלופה לחומצה עופרת כסוללת מתנע לרכב.

ליתיום טיטנאט

החלפת אנודת הגרפיט בננו-גבישים ליתיום טיטנאט מגדילה מאוד את שטח הפנים של האנודה לכ-100 מ"ר לגרם.האנודה הננו-מובנית מגדילה את מספר האלקטרונים שיכולים לזרום דרך המעגל, ומעניקה לתאי ליתיום טיטנאט את היכולת להיטען ולהיפרק בבטחה בקצבים הגבוהים מ-10C (פי עשרה מהקיבולת הנקובת שלו).הפשרה למחזור הטעינה והפריקה המהיר ביותר של סוללות הליתיום-יון הוא מתח נמוך יחסית של 2.4V לתא, תאי ליתיום טיטנאט בקצה התחתון של ספקטרום צפיפות האנרגיה של סוללות ליתיום, אך עדיין גבוה יותר מכימיה חלופית כמו ניקל- קדמיום.למרות החיסרון הזה, ביצועים חשמליים כלליים, אמינות גבוהה, יציבות תרמית וחיי מחזור ארוכים במיוחד גורמים לכך שהסוללה עדיין רואה שימוש בכלי רכב חשמליים.

העתיד של סוללות ליתיום-יון

יש דחיפה גדולה מצד חברות וממשלות ברחבי העולם להמשיך במחקר ופיתוח על ליתיום-יון וטכנולוגיות סוללות אחרות כדי לענות על הדרישה ההולכת וגוברת לאנרגיה נקייה ופליטת פחמן מופחתת.מקורות אנרגיה לסירוגין מטבעם כמו שמש ורוח יכולים להפיק תועלת רבה מצפיפות האנרגיה הגבוהה של ליתיום יון וחיי מחזור ארוכים, שכבר סייעו לטכנולוגיה לפינה את שוק הרכב החשמלי.

כדי לענות על הביקוש הגובר הזה, חוקרים כבר החלו לדחוף את גבולות הליתיום-יון הקיים בדרכים חדשות ומרגשות.תאי ליתיום פולימר (Li-Po) מחליפים את האלקטרוליטים הנוזליים המסוכנים המבוססים על מלח ליתיום בג'לים פולימריים בטוחים יותר ובעיצובי תאים רטובים למחצה, לביצועים חשמליים דומים עם בטיחות משופרת ומשקל קל יותר.ליתיום במצב מוצק היא הטכנולוגיה החדשה ביותר בגוש, המבטיחה שיפורים בצפיפות האנרגיה, הבטיחות, חיי המחזור ואריכות החיים הכוללת עם יציבות של אלקטרוליט מוצק.קשה לחזות איזו טכנולוגיה תנצח במירוץ אחר פתרון אחסון האנרגיה האולטימטיבי, אבל ליתיום-יון בטוח ימשיך לשחק תפקיד מרכזי במשק האנרגיה בשנים הבאות.

ספק פתרונות אחסון אנרגיה

אנו מייצרים מוצרים חדישים, המשלבים הנדסת דיוק עם מומחיות נרחבת ביישומים כדי לסייע ללקוחות בשילוב פתרונות אחסון אנרגיה במוצרים שלהם.ל-BSLBATT Engineered Technologies יש את המומחיות המוכחת בטכנולוגיה ובאינטגרציה כדי להביא את היישומים שלך משלב התפיסה למסחור.

למידע נוסף, עיין בפוסט בבלוג שלנו בנושא אחסון סוללת ליתיום .