Overzicht lithiumbatterijen |BSLBATT Hernieuwbare energie

BSLBATT Engineered Technologies maakt gebruik van onze ervaren engineering-, ontwerp-, kwaliteits- en productieteams, zodat onze klanten verzekerd kunnen zijn van technisch geavanceerde batterijoplossingen die voldoen aan de unieke eisen van hun specifieke toepassingen.We zijn gespecialiseerd in het ontwerpen van oplaadbare en niet-oplaadbare lithiumcellen en batterijpakketten en werken met een verscheidenheid aan lithiumcelchemieën om opties en oplossingen te bieden voor veeleisende toepassingen over de hele wereld.

Lithium batterijpakket Technologieën

Onze brede productiemogelijkheden stellen ons in staat om de meest elementaire batterijpakketten te bouwen, tot op maat gemaakte pakketten met gespecialiseerde schakelingen, connectoren en behuizingen.Van laag tot hoog volume, we hebben het vermogen en de branche-expertise om te voldoen aan de unieke behoeften van alle OEM's, aangezien ons ervaren technische team batterijoplossingen op maat kan ontwerpen, ontwikkelen, testen en produceren voor de specifieke behoeften van de meeste toepassingen.

BSLBATT biedt kant-en-klare oplossingen op basis van eisen en specificaties van de klant.We werken samen met de toonaangevende celfabrikanten om de optimale oplossingen te bieden en we ontwikkelen en integreren de meest geavanceerde besturings- en bewakingselektronica in de batterijpakketten.

Hoe werkt een lithium-ionbatterij?

Lithium-ionbatterijen profiteren van het sterk reducerende potentieel van lithiumionen om de redoxreactie aan te drijven die centraal staat in alle batterijtechnologieën: reductie aan de kathode, oxidatie aan de anode.Door de positieve en negatieve polen van een batterij via een circuit met elkaar te verbinden, worden de twee helften van de redoxreactie verenigd, waardoor het apparaat dat op het circuit is aangesloten, energie kan onttrekken aan de beweging van elektronen.

Hoewel er tegenwoordig veel verschillende soorten op lithium gebaseerde chemicaliën in de industrie worden gebruikt, gebruiken we lithiumkobaltoxide (LiCoO2) - de chemie waardoor lithium-ionbatterijen de nikkel-cadmiumbatterijen konden vervangen die de norm waren voor consumentenbatterijen. elektronica tot de jaren 90 — om de basischemie achter deze populaire technologie te demonstreren.

De volledige reactie voor een LiCoO2-kathode en een grafietanode is als volgt:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Waarbij de voorwaartse reactie het opladen vertegenwoordigt en de omgekeerde reactie het ontladen vertegenwoordigt.Dit kan worden opgesplitst in de volgende halfreacties:

Aan de positieve elektrode vindt tijdens de ontlading reductie aan de kathode plaats (zie omgekeerde reactie).

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

Aan de negatieve elektrode vindt tijdens de ontlading oxidatie aan de anode plaats (zie omgekeerde reactie).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Tijdens de ontlading bewegen lithiumionen (Li+) van de negatieve elektrode (grafiet) door de elektrolyt (lithiumzouten gesuspendeerd in een oplossing) en de separator naar de positieve elektrode (LiCoO2).Tegelijkertijd bewegen elektronen van de anode (grafiet) naar de kathode (LiCoO2) die via een extern circuit is verbonden.Als een externe stroombron wordt toegepast, wordt de reactie omgekeerd, samen met de rollen van de respectieve elektroden, waardoor de cel wordt opgeladen.

Wat zit er in een lithium-ionbatterij

Uw typische cilindrische 18650-cel, de gebruikelijke vormfactor die door de industrie wordt gebruikt voor commerciële toepassingen van laptops tot elektrische voertuigen, heeft een OCV (open circuit voltage) van 3,7 volt.Afhankelijk van de fabrikant kan hij zo'n 20 ampère leveren met een capaciteit van 3000mAh of meer.Het batterijpakket bestaat uit meerdere cellen en bevat over het algemeen een beschermende microchip om overladen en ontladen onder de minimale capaciteit te voorkomen, wat beide kan leiden tot oververhitting, brand en explosies.Laten we de binnenkant van een cel eens nader bekijken.

Positieve elektrode/kathode

De sleutel tot het ontwerpen van een positieve elektrode is het kiezen van een materiaal met een elektropotentiaal van meer dan 2,25 V in vergelijking met pure lithiummetalen.Kathodematerialen in lithium-ion variëren enorm, maar ze hebben over het algemeen gelaagde lithiumovergangsmetaaloxiden, zoals het LiCoO2-kathodeontwerp dat we eerder hebben onderzocht.Andere materialen zijn spinellen (dwz LiMn2O4) en olivijnen (dwz LiFePO4).

Negatieve elektrode/anode

In een ideale lithiumbatterij zou je puur lithiummetaal als anode gebruiken, omdat het de optimale combinatie biedt van een laag moleculair gewicht en een hoge specifieke capaciteit die mogelijk is voor een batterij.Er zijn twee belangrijke problemen die voorkomen dat lithium wordt gebruikt als anode in commerciële toepassingen: veiligheid en omkeerbaarheid.Lithium is zeer reactief en vatbaar voor catastrofale faalwijzen van het pyrotechnische soort.Ook tijdens het opladen zal lithium niet terugkeren naar zijn oorspronkelijke uniforme metalen staat, in plaats van een naaldachtige morfologie aan te nemen die bekend staat als een dendriet.Vorming van dendriet kan leiden tot doorboorde separators die kunnen leiden tot kortsluiting.

De oplossing die onderzoekers bedachten om de voordelen van lithiummetaal te benutten zonder alle nadelen, was lithiumintercalatie - het proces van het in lagen aanbrengen van lithiumionen in koolstofgrafiet of een ander materiaal, om de gemakkelijke beweging van lithiumionen van de ene elektrode naar de andere mogelijk te maken.Andere mechanismen zijn het gebruik van anodematerialen met lithium die omkeerbare reacties beter mogelijk maken.Typische anodematerialen zijn grafiet, op silicium gebaseerde legeringen, tin en titanium.

scheidingsteken

De rol van de separator is om een ​​laag elektrische isolatie te bieden tussen de negatieve en positieve elektroden, terwijl ionen er tijdens het laden en ontladen nog steeds doorheen kunnen reizen.Het moet ook chemisch resistent zijn tegen afbraak door de elektrolyt en andere soorten in de cel en mechanisch sterk genoeg om slijtage te weerstaan.Gebruikelijke lithium-ionscheiders zijn over het algemeen zeer poreus van aard en bestaan ​​uit polyethyleen (PE) of polypropyleen (PP) platen.

Elektrolyt

De rol van een elektrolyt in een lithium-ioncel is om een ​​medium te bieden waardoor lithiumionen vrij kunnen stromen tussen de kathode en de anode tijdens laad- en ontlaadcycli.Het idee is om een ​​medium te kiezen dat zowel een goede Li+-geleider als een elektronische isolator is.De elektrolyt moet thermisch stabiel zijn en chemisch compatibel met de andere componenten in de cel.Over het algemeen dienen lithiumzouten zoals LiClO4, LiBF4 of LiPF6 gesuspendeerd in een organisch oplosmiddel zoals diethylcarbonaat, ethyleencarbonaat of dimethylcarbonaat als elektrolyt voor conventionele lithium-ionontwerpen.

Vaste elektrolyt-interfase (SEI)

Een belangrijk ontwerpconcept voor lithium-ioncellen is de vaste elektrolyt-interfase (SEI) - een passiveringsfilm die zich opbouwt op het grensvlak tussen de elektrode en de elektrolyt wanneer Li+-ionen reageren met afbraakproducten van de elektrolyt.De film vormt zich op de negatieve elektrode tijdens de initiële lading van de cel.De SEI beschermt de elektrolyt tegen verdere ontleding tijdens daaropvolgende ladingen van de cel.Verlies van deze passiveringslaag kan een nadelige invloed hebben op de levensduur van de cyclus, elektrische prestaties, capaciteit en de algehele levensduur van een cel.Aan de andere kant hebben fabrikanten ontdekt dat ze de batterijprestaties kunnen verbeteren door de SEI te verfijnen.

Maak kennis met de serie lithium-ionbatterijen

De aantrekkingskracht van lithium als ideaal elektrodemateriaal voor batterijtoepassingen heeft geleid tot vele soorten lithium-ionbatterijen.Hier zijn vijf van de meest voorkomende in de handel verkrijgbare batterijen op de markt.

Lithium-kobaltoxide

We hebben LiCoO2-batterijen al uitgebreid behandeld in dit artikel omdat het de meest populaire chemie vertegenwoordigt voor draagbare elektronica zoals mobiele telefoons, laptops en elektronische camera's.LiCoO2 dankt zijn succes aan zijn hoge specifieke energie.Een korte levensduur, slechte thermische stabiliteit en de prijs van kobalt zorgen ervoor dat fabrikanten overstappen op gemengde kathodeontwerpen.

Lithium-mangaanoxide

Lithium-mangaanoxidebatterijen (LiMn2O4) gebruiken op MnO2 gebaseerde kathodes.In vergelijking met standaard LiCoO2-batterijen zijn LiMn2O4-batterijen minder giftig, kosten ze minder en zijn ze veiliger in gebruik, maar met een verminderde capaciteit.Hoewel oplaadbare ontwerpen in het verleden zijn onderzocht, gebruikt de huidige industrie deze chemie doorgaans voor primaire (enkele cyclus) cellen die niet oplaadbaar zijn en bedoeld zijn om na gebruik te worden weggegooid.Duurzaam, hoge thermische stabiliteit en een lange houdbaarheid maken ze ideaal voor elektrisch gereedschap of medische apparaten.

Lithium-nikkel-mangaan-kobaltoxide

Soms is het geheel meer dan de som der delen, en lithium-nikkel-mangaan-kobaltoxidebatterijen (ook bekend als NCM-batterijen) bieden betere elektrische prestaties dan LiCoO2.NCM wint aan kracht door de voor- en nadelen van zijn individuele kathodematerialen in evenwicht te brengen.NCM is een van de meest succesvolle lithium-ionsystemen op de markt en wordt veel gebruikt in aandrijflijnen zoals elektrisch gereedschap en e-bikes.

Lithium-ijzerfosfaat

Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4)-batterijen bereiken een lange levensduur en een hoge stroomsterkte met een goede thermische stabiliteit met behulp van nanogestructureerd fosfaatkathodemateriaal.Ondanks deze verbeteringen is het niet zo energierijk als technologieën met kobaltmengsels en heeft het de hoogste zelfontladingssnelheid van de andere batterijen in deze lijst.LiFePO4-batterijen zijn populair als alternatief voor loodzuur als startaccu voor auto's.

Lithiumtitanaat

Door de grafietanode te vervangen door nanokristallen van lithiumtitanaat wordt het oppervlak van de anode aanzienlijk vergroot tot ongeveer 100 m2 per gram.De nanogestructureerde anode verhoogt het aantal elektronen dat door het circuit kan stromen, waardoor lithiumtitanaatcellen veilig kunnen worden opgeladen en ontladen met snelheden van meer dan 10C (tien keer de nominale capaciteit).De afweging voor het hebben van de snelste laad- en ontlaadcyclus van de lithium-ionbatterijen is een relatief lagere spanning van 2,4 V per cel, lithiumtitanaatcellen aan de onderkant van het energiedichtheidsspectrum van lithiumbatterijen, maar nog steeds hoger dan alternatieve chemieën zoals nikkel- cadmium.Ondanks dit nadeel zorgen de algehele elektrische prestaties, hoge betrouwbaarheid, thermische stabiliteit en een extra lange levensduur ervoor dat de batterij nog steeds wordt gebruikt in elektrische voertuigen.

De toekomst van lithium-ionbatterijen

Er is een grote druk van bedrijven en regeringen over de hele wereld om verder onderzoek en ontwikkeling op het gebied van lithium-ion en andere batterijtechnologieën voort te zetten om te voldoen aan de groeiende vraag naar schone energie en verminderde koolstofemissies.Inherent intermitterende energiebronnen zoals zon en wind zouden enorm kunnen profiteren van de hoge energiedichtheid en lange levensduur van lithium-ionen, wat de technologie al heeft geholpen de markt voor elektrische voertuigen te veroveren.

Om aan deze groeiende vraag te voldoen, zijn onderzoekers al begonnen de grenzen van het bestaande lithium-ion op nieuwe en opwindende manieren te verleggen.Lithium-polymeer (Li-Po)-cellen vervangen de gevaarlijke vloeibare elektrolyten op basis van lithiumzout door veiligere polymeergels en semi-natte celontwerpen, voor vergelijkbare elektrische prestaties met verbeterde veiligheid en een lager gewicht.Lithium in vaste toestand is de nieuwste technologie op het blok en belooft verbeteringen in energiedichtheid, veiligheid, levensduur van de cyclus en algehele levensduur met de stabiliteit van een vaste elektrolyt.Het is moeilijk te voorspellen welke technologie de race naar de ultieme oplossing voor energieopslag zal winnen, maar lithium-ion zal de komende jaren zeker een belangrijke rol blijven spelen in de energie-economie.

Leverancier van energieopslagoplossingen

We vervaardigen geavanceerde producten, waarbij we precisie-engineering combineren met uitgebreide toepassingsexpertise om klanten te helpen bij het integreren van energieopslagoplossingen in hun producten.BSLBATT Engineered Technologies heeft de bewezen technologie en integratie-expertise om uw applicaties van concept tot commercialisering te brengen.

Zie voor meer informatie ons blogbericht op opslag van lithiumbatterijen .