리튬 배터리 개요 | BSLBATT 재생 에너지

BSLBATT Engineered Technologies는 숙련된 엔지니어링, 설계, 품질 및 제조 팀을 활용하여 고객이 특정 응용 분야의 고유한 요구 사항을 충족하는 기술적으로 진보된 배터리 솔루션을 확신할 수 있도록 합니다. 당사는 다양한 리튬 셀 화학 물질과 협력하여 전 세계적으로 까다로운 응용 분야에 대한 옵션과 솔루션을 제공하는 충전식 및 비충전식 리튬 셀 및 배터리 팩 설계를 전문으로 합니다.

리튬 배터리 팩 기술

당사의 광범위한 제조 역량을 통해 가장 기본적인 배터리 팩부터 특수 회로, 커넥터 및 하우징을 갖춘 맞춤형 팩까지 제작할 수 있습니다. 당사의 숙련된 엔지니어링 팀은 대부분의 응용 분야의 특정 요구 사항에 맞는 맞춤형 배터리 솔루션을 설계, 개발, 테스트 및 제조할 수 있으므로 소량부터 대용량까지 모든 OEM의 고유한 요구 사항을 충족할 수 있는 역량과 업계 전문 지식을 보유하고 있습니다.

BSLBATT는 고객 요구 사항 및 사양을 기반으로 턴키 솔루션을 제공합니다. 우리는 업계 최고의 셀 제조업체와 협력하여 최적의 솔루션을 제공하고 가장 정교한 제어 및 모니터링 전자 장치를 개발하여 배터리 팩에 통합합니다.

리튬 이온 배터리는 어떻게 작동합니까?

리튬 이온 배터리는 리튬 이온의 강력한 환원 잠재력을 활용하여 모든 배터리 기술의 핵심인 산화환원 반응(음극에서의 환원, 양극에서의 산화)에 전력을 공급합니다. 회로를 통해 배터리의 양극 단자와 음극 단자를 연결하면 산화환원 반응의 두 반쪽이 결합되어 회로에 연결된 장치가 전자의 움직임에서 에너지를 추출할 수 있습니다.

오늘날 업계에서는 다양한 유형의 리튬 기반 화학 물질이 사용되지만 여기서는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)을 사용하겠습니다. 이 화학 물질은 리튬 이온 배터리가 소비자의 표준이었던 니켈-카드뮴 배터리를 대체할 수 있게 해주었습니다. 90년대까지의 전자공학 - 이 인기 있는 기술의 기본 화학을 보여줍니다.

LiCoO2 음극과 흑연 양극의 전체 반응은 다음과 같습니다.

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

여기서 정반응은 충전을 나타내고 역반응은 방전을 나타냅니다. 이는 다음과 같은 반쪽 반응으로 나눌 수 있습니다.

양극에서는 방전 중에 음극에서 환원이 발생합니다(역반응 참조).

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

음극에서는 방전 중에 양극에서 산화가 발생합니다(역반응 참조).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

방전 중에 리튬 이온(Li+)은 음극(흑연)에서 전해질(용액에 부유하는 리튬염)과 분리막을 통해 양극(LiCoO2)으로 이동합니다. 동시에 전자는 양극(흑연)에서 외부 회로를 통해 연결된 음극(LiCoO2)으로 이동합니다. 외부 전원을 가하면 각 전극의 역할과 함께 반응이 역전되면서 셀이 충전된다.

리튬 이온 배터리에는 무엇이 들어있나요?

노트북에서 전기 자동차에 이르기까지 업계에서 상업용 애플리케이션에 사용되는 일반적인 폼 팩터인 일반적인 원통형 18650 셀의 OCV(개방 회로 전압)는 3.7V입니다. 제조업체에 따라 3000mAh 이상의 용량으로 약 20A를 제공할 수 있습니다. 배터리 팩은 여러 셀로 구성되며 일반적으로 과열, 화재 및 폭발로 이어질 수 있는 최소 용량 미만의 과충전 및 방전을 방지하기 위한 보호용 마이크로칩이 포함되어 있습니다. 세포의 내부를 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

양극/음극

양극 설계의 핵심은 순수 리튬금속과 비교했을 때 전위가 2.25V 이상인 소재를 선택하는 것이다. 리튬 이온의 음극 재료는 매우 다양하지만 앞서 살펴본 LiCoO2 음극 설계와 같이 일반적으로 층상 리튬 전이 금속 산화물을 가지고 있습니다. 다른 재료로는 스피넬(즉, LiMn2O4)과 감람석(즉, LiFePO4)이 있습니다.

음극/양극

이상적인 리튬 배터리에서는 순수한 리튬 금속을 양극으로 사용합니다. 왜냐하면 배터리에 가능한 저분자량과 높은 비용량의 최적 조합을 제공하기 때문입니다. 리튬이 상업용 응용 분야에서 양극으로 사용되는 것을 방해하는 두 가지 주요 문제는 안전성과 가역성입니다. 리튬은 반응성이 매우 높으며 불꽃 종류의 치명적인 고장 모드가 발생하기 쉽습니다. 또한 충전 중에 리튬은 수상돌기라고 알려진 바늘 모양의 형태를 채택하는 대신 원래의 균일한 금속 상태로 다시 도금되지 않습니다. 수지상 결정이 형성되면 분리막에 구멍이 생겨 단락이 발생할 수 있습니다.

모든 단점 없이 리튬 금속의 장점을 활용하기 위해 연구원들이 고안한 솔루션은 리튬 삽입(lithium intercalation)이었습니다. 이는 탄소 흑연이나 다른 물질 내에 리튬 이온을 층층이 쌓아 리튬 이온이 한 전극에서 다른 전극으로 쉽게 이동할 수 있도록 하는 프로세스입니다. 다른 메커니즘에는 가역적 반응을 더욱 가능하게 하는 리튬과 함께 양극 재료를 사용하는 것이 포함됩니다. 일반적인 양극 재료에는 흑연, 실리콘 기반 합금, 주석 및 티타늄이 포함됩니다.

분리 기호

분리막의 역할은 음극과 양극 사이에 전기 절연층을 제공하는 동시에 충전 및 방전 중에 이온이 이동할 수 있도록 하는 것입니다. 또한 전해질과 셀 내 다른 화학종에 의한 열화에 대해 화학적으로 내성이 있어야 하며, 마모와 파손에 견딜 수 있을 만큼 기계적으로도 강해야 합니다. 일반적인 리튬 이온 분리막은 일반적으로 본질적으로 다공성이 높으며 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 시트로 구성됩니다.

전해질

리튬 이온 전지에서 전해질의 역할은 충전 및 방전 주기 동안 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 자유롭게 흐를 수 있는 매개체를 제공하는 것입니다. 좋은 Li+ 도체이자 전자 절연체인 매체를 선택하는 것이 아이디어입니다. 전해질은 열적으로 안정적이어야 하며 셀의 다른 구성 요소와 화학적으로 호환되어야 합니다. 일반적으로 디에틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트 또는 디메틸 카보네이트와 같은 유기 용매에 현탁된 LiClO4, LiBF4 또는 LiPF6와 같은 리튬 염은 기존 리튬 이온 설계의 전해질 역할을 합니다.

고체 전해질 간기(SEI)

리튬 이온 셀에 대해 이해하는 데 중요한 설계 개념은 고체 전해질 간기(SEI)입니다. 이는 Li+ 이온이 전해질의 분해 생성물과 반응할 때 전극과 전해질 사이의 경계면에 형성되는 부동태막입니다. 필름은 전지의 초기 충전 동안 음극에 형성됩니다. SEI는 이후의 셀 충전 중에 전해질이 추가로 분해되지 않도록 보호합니다. 이 부동태화 층이 손실되면 사이클 수명, 전기 성능, 용량 및 셀의 전체 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 반면 제조업체는 SEI를 미세 조정하여 배터리 성능을 향상시킬 수 있다는 사실을 발견했습니다.

리튬이온 배터리 제품군을 만나보세요

배터리 응용 분야에 이상적인 전극 재료로서 리튬의 매력으로 인해 다양한 종류의 리튬 이온 배터리가 탄생했습니다. 다음은 시중에서 가장 일반적으로 판매되는 배터리 5개입니다.

리튬 코발트 산화물

LiCoO2 배터리는 휴대폰, 노트북, 전자 카메라와 같은 휴대용 전자 제품에 가장 널리 사용되는 화학 물질이기 때문에 이 기사에서 이미 LiCoO2 배터리에 대해 자세히 다루었습니다. LiCoO2의 성공은 높은 비에너지 덕분입니다. 짧은 수명, 열악한 열 안정성 및 코발트 가격으로 인해 제조업체는 혼합 음극 설계로 전환해야 합니다.

리튬망간산화물

리튬 망간 산화물 배터리(LiMn2O4)는 MnO2 기반 음극을 사용합니다. 표준 LiCoO2 배터리와 비교하여 LiMn2O4 배터리는 독성이 적고 비용이 저렴하며 사용하기에 더 안전하지만 용량이 줄어듭니다. 과거에는 재충전 가능한 디자인이 연구되었지만 오늘날 업계에서는 일반적으로 재충전이 불가능하고 사용 후 폐기되는 1차(단일 사이클) 셀에 이 화학 물질을 사용합니다. 내구성이 뛰어나고 열 안정성이 높으며 보관 수명이 길어 전동 공구나 의료 기기에 적합합니다.

리튬 니켈 망간 코발트 산화물

전체가 부분의 합보다 더 클 때도 있는데, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물 배터리(NCM 배터리라고도 함)는 LiCoO2보다 더 뛰어난 전기적 성능을 자랑합니다. NCM은 개별 양극재의 장단점 균형을 맞추는 데 강점을 갖고 있다. 시장에서 가장 성공적인 리튬 이온 시스템 중 하나인 NCM은 전동 공구 및 전기자전거와 같은 파워트레인에 널리 사용됩니다.

리튬철인산염

리튬철인산염(LiFePO4) 배터리는 나노 구조의 인산염 양극재를 사용하여 우수한 열 안정성과 함께 긴 사이클 수명과 높은 정격 전류를 달성합니다. 이러한 개선에도 불구하고 이 배터리는 코발트 혼합 기술만큼 에너지 밀도가 높지 않으며 이 목록에 있는 다른 배터리 중 자체 방전율이 가장 높습니다. LiFePO4 배터리는 자동차 스타터 배터리로 납산의 대안으로 인기가 높습니다.

티탄산리튬

흑연 양극을 티탄산리튬 나노결정으로 교체하면 양극의 표면적이 그램당 약 100m2로 크게 증가합니다. 나노 구조의 양극은 회로를 통해 흐를 수 있는 전자의 수를 증가시켜 티탄산리튬 전지에 10C(정격 용량의 10배) 이상의 속도로 안전하게 충전 및 방전할 수 있는 능력을 제공합니다. 리튬 이온 배터리의 가장 빠른 충전 및 방전 주기를 위한 절충안은 상대적으로 낮은 전압(셀당 2.4V)입니다. 티탄산리튬 셀은 리튬 배터리의 에너지 밀도 스펙트럼에서 가장 낮은 수준이지만 니켈과 같은 대체 화학 물질보다 여전히 높습니다. 카드뮴. 이러한 단점에도 불구하고 전반적인 전기 성능, 높은 신뢰성, 열 안정성 및 매우 긴 사이클 수명은 배터리가 여전히 전기 자동차에 사용된다는 것을 의미합니다.

리튬이온 배터리의 미래

전 세계 기업과 정부에서는 증가하는 청정 에너지 수요와 탄소 배출 감소에 대한 수요를 충족하기 위해 리튬 이온 및 기타 배터리 기술에 대한 추가 연구 개발을 추진하고 있습니다. 태양광 및 풍력과 같은 본질적으로 간헐적인 에너지원은 이미 기술이 전기 자동차 시장을 장악하는 데 도움이 된 리튬 이온의 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명으로부터 큰 이점을 얻을 수 있습니다.

이렇게 증가하는 수요를 충족하기 위해 연구자들은 이미 새롭고 흥미로운 방식으로 기존 리튬 이온의 한계를 넓히기 시작했습니다. 리튬 폴리머(Li-Po) 셀은 위험한 액체 리튬염 기반 전해질을 보다 안전한 폴리머 젤 및 반습식 셀 설계로 대체하여 향상된 안전성과 가벼운 무게로 비슷한 전기적 성능을 제공합니다. 고체 리튬은 블록의 최신 기술로, 고체 전해질의 안정성으로 에너지 밀도, 안전성, 사이클 수명 및 전반적인 수명의 향상을 약속합니다. 어떤 기술이 궁극적인 에너지 저장 솔루션 경쟁에서 승리할 것인지 예측하기는 어렵지만, 리튬 이온은 앞으로도 에너지 경제에서 계속해서 중요한 역할을 할 것이 확실합니다.

에너지 저장 솔루션 제공업체

우리는 고객이 에너지 저장 솔루션을 제품에 통합할 수 있도록 지원하기 위해 정밀 엔지니어링과 광범위한 응용 전문 지식을 결합하여 최첨단 제품을 제조합니다. BSLBATT Engineered Technologies는 귀하의 애플리케이션을 개념화부터 상용화까지 가져올 수 있는 입증된 기술과 통합 전문 지식을 보유하고 있습니다.

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