Oversikt over litiumbatteri |BSLBATT Fornybar energi

BSLBATT Engineered Technologies bruker våre erfarne ingeniør-, design-, kvalitets- og produksjonsteam slik at våre kunder kan være sikre på teknisk avanserte batteriløsninger som oppfyller de unike kravene til deres spesifikke applikasjoner.Vi spesialiserer oss på oppladbare og ikke-oppladbare litiumceller og batteripakkedesign som arbeider med en rekke litiumcellekjemier for å tilby alternativer og løsninger for krevende applikasjoner over hele verden.

Litium batteripakke Teknologier

Våre brede produksjonsmuligheter gjør oss i stand til å bygge de mest grunnleggende batteripakkene, til tilpassede pakker med spesialiserte kretser, kontakter og hus.Fra lavt til høyt volum, vi har evnen og bransjeekspertisen til å møte de unike behovene til alle OEM-er ettersom vårt erfarne ingeniørteam kan designe, utvikle, teste og produsere tilpassede batteriløsninger for de spesifikke behovene til de fleste applikasjoner.

BSLBATT tilbyr nøkkelferdige løsninger basert på kundens krav og spesifikasjoner.Vi samarbeider med de bransjeledende celleprodusentene for å tilby de optimale løsningene, og vi utvikler og integrerer den mest sofistikerte kontroll- og overvåkingselektronikken i batteripakkene.

Hvordan fungerer et litium-ion-batteri?

Litium-ion-batterier utnytter det sterke reduksjonspotensialet til litiumioner for å drive redoksreaksjonen sentralt i alle batteriteknologier - reduksjon ved katoden, oksidasjon ved anoden.Å koble de positive og negative terminalene til et batteri gjennom en krets, forener de to halvdelene av redoksreaksjonen, slik at enheten som er festet til kretsen, kan trekke ut energi fra elektronenes bevegelse.

Selv om det er mange forskjellige typer litiumbaserte kjemier som brukes i industrien i dag, vil vi bruke litiumkoboltoksid (LiCoO2) - kjemien som tillot litiumionbatterier å erstatte nikkel-kadmium-batteriene som hadde vært normen for forbrukere elektronikk frem til 90-tallet – for å demonstrere den grunnleggende kjemien bak denne populære teknologien.

Den fullstendige reaksjonen for en LiCoO2-katode og en grafittanode er som følger:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Hvor foroverreaksjonen representerer ladning, og reversreaksjonen representerer utladning.Dette kan deles opp i følgende halvreaksjoner:

Ved den positive elektroden skjer reduksjon ved katoden under utladning (se omvendt reaksjon).

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

Ved den negative elektroden oppstår oksidasjon ved anoden under utladning (se omvendt reaksjon).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Under utladning beveger litiumioner (Li+) seg fra den negative elektroden (grafitt) gjennom elektrolytten (litiumsalter suspendert i en løsning) og separatoren til den positive elektroden (LiCoO2).Samtidig beveger elektroner seg fra anoden (grafitt) til katoden (LiCoO2) som kobles sammen via en ekstern krets.Hvis en ekstern strømkilde brukes, reverseres reaksjonen sammen med rollene til de respektive elektrodene, og lader cellen.

Hva er i et litium-ion-batteri

Din typiske sylindriske 18650-celle, som er den vanlige formfaktoren som brukes av industrien for kommersielle applikasjoner fra bærbare datamaskiner til elektriske kjøretøy, har en OCV (open circuit voltage) på 3,7 volt.Avhengig av produsenten kan den levere rundt 20 ampere med en kapasitet på 3000mAh eller mer.Batteripakken vil bestå av flere celler, og inkluderer generelt en beskyttende mikrobrikke for å forhindre overlading og utlading under minimumskapasiteten, noe som både kan føre til overoppheting, branner og eksplosjoner.La oss se nærmere på det indre av en celle.

Positiv elektrode/katode

Nøkkelen til å designe en positiv elektrode er å velge et materiale som har et elektropotensial større enn 2,25V sammenlignet med rene litiummetaller.Katodematerialer i litiumion varierer sterkt, men de har generelt lagdelte litiumovergangsmetalloksider, som LiCoO2-katodedesignet vi utforsket tidligere.Andre materialer inkluderer spineller (dvs. LiMn2O4) og oliviner (dvs. LiFePO4).

Negativ elektrode/anode

I et ideelt litiumbatteri vil du bruke rent litiummetall som anode, fordi det gir den optimale kombinasjonen av lav molekylvekt og høy spesifikk kapasitet som er mulig for et batteri.Det er to hovedproblemer som hindrer litium i å bli brukt som anode i kommersielle applikasjoner: sikkerhet og reversibilitet.Litium er svært reaktivt og utsatt for katastrofale sviktmoduser av den pyrotekniske typen.Også under ladning vil litium ikke plate tilbake til sin opprinnelige ensartede metalliske tilstand, i stedet for å ta i bruk en nållignende morfologi kjent som en dendritt.Dendrittdannelse kan føre til punkterte separatorer som kan føre til kortslutninger.

Løsningen forskerne utviklet for å utnytte fordelene med litiummetall uten alle ulempene var litiuminterkalering - prosessen med å legge litiumioner i lag i karbongrafitt eller et annet materiale, for å tillate enkel bevegelse av litiumioner fra en elektrode til en annen.Andre mekanismer innebærer bruk av anodematerialer med litium som gjør reversible reaksjoner mer mulig.Typiske anodematerialer inkluderer grafitt, silisiumbaserte legeringer, tinn og titan.

Separator

Separatorens rolle er å gi et lag med elektrisk isolasjon mellom de negative og positive elektrodene, samtidig som den lar ioner bevege seg gjennom den under ladning og utladning.Den må også være kjemisk motstandsdyktig mot nedbrytning av elektrolytten og andre arter i cellen og mekanisk sterk nok til å motstå slitasje.Vanlige litiumion-separatorer er generelt svært porøse og består av polyetylen (PE) eller polypropylen (PP) plater.

Elektrolytt

Rollen til en elektrolytt i en litiumioncelle er å tilveiebringe et medium gjennom hvilket litiumioner fritt kan strømme mellom katoden og anoden under lade- og utladingssykluser.Tanken er å velge et medium som både er en god Li+-leder og en elektronisk isolator.Elektrolytten skal være termisk stabil, og kjemisk kompatibel med de andre komponentene i cellen.Generelt fungerer litiumsalter som LiClO4, LiBF4 eller LiPF6 suspendert i et organisk løsningsmiddel som dietylkarbonat, etylenkarbonat eller dimetylkarbonat som elektrolytten for konvensjonelle litiumiondesign.

Solid Electrolyte Interphase (SEI)

Et viktig designkonsept å forstå om litiumionceller er den faste elektrolyttinterfasen (SEI) - en passiveringsfilm som bygges opp ved grensesnittet mellom elektroden og elektrolytten når Li+-ioner reagerer med nedbrytningsprodukter av elektrolytten.Filmen dannes på den negative elektroden under den første ladningen av cellen.SEI beskytter elektrolytten mot ytterligere dekomponering under påfølgende ladninger av cellen.Tap av dette passiverende laget kan ha en negativ innvirkning på syklusens levetid, elektrisk ytelse, kapasitet og den totale levetiden til en celle.På baksiden har produsentene funnet ut at de kan forbedre batteriytelsen ved å finjustere SEI.

Møt Lithium-Ion-batterifamilien

Tillokkelsen til litium som et ideelt elektrodemateriale for batteriapplikasjoner har ført til mange typer litium-ion-batterier.Her er fem av de vanligste kommersielt tilgjengelige batteriene på markedet.

Litium koboltoksid

Vi har allerede dekket LiCoO2-batterier i dybden i denne artikkelen fordi den representerer den mest populære kjemien for bærbar elektronikk som mobiltelefoner, bærbare datamaskiner og elektroniske kameraer.LiCoO2 skylder sin suksess til sin høye spesifikke energi.Kort levetid, dårlig termisk stabilitet og prisen på kobolt får produsentene til å bytte til blandede katodedesign.

Litium manganoksid

Litium-manganoksid-batterier (LiMn2O4) bruker MnO2-baserte katoder.Sammenlignet med standard LiCoO2-batterier er LiMn2O4-batterier mindre giftige, koster mindre og er tryggere å bruke, men med redusert kapasitet.Mens oppladbare design har blitt utforsket tidligere, bruker dagens industri vanligvis denne kjemien for primære (enkeltsyklus) celler som er ikke-oppladbare og ment å kastes etter bruk.Slitesterk, høy termisk stabilitet og lang holdbarhet gjør dem ypperlige for elektroverktøy eller medisinsk utstyr.

Litium nikkel mangan koboltoksid

Noen ganger er helheten større enn summen av delene, og litium-nikkel-mangan-koboltoksid-batterier (også kjent som NCM-batterier) har større elektrisk ytelse enn LiCoO2.NCM får sin styrke i å balansere fordeler og ulemper med sine individuelle katodematerialer.Et av de mest vellykkede litium-ion-systemene på markedet, NCM er mye brukt i drivlinjer som elektroverktøy og e-sykler.

Litium jernfosfat

Lithium Iron Phosphate (LiFePO4) batterier oppnår lang levetid og høy strømstyrke med god termisk stabilitet ved hjelp av nanostrukturert fosfatkatodemateriale.Til tross for disse forbedringene, er den ikke så energitett som koboltblandet teknologi, og den har den høyeste selvutladingshastigheten av de andre batteriene i denne listen.LiFePO4-batterier er populære som et alternativ til blysyre som startbatteri til bil.

Litium Titanat

Ved å bytte ut grafittanoden med litiumtitanat nanokrystaller øker overflaten av anoden betraktelig til ca. 100 m2 per gram.Den nanostrukturerte anoden øker antallet elektroner som kan strømme gjennom kretsen, og gir litiumtitanatceller muligheten til å trygt lades og utlades med hastigheter større enn 10C (ti ganger dens nominelle kapasitet).Avveiningen for å ha den raskeste lade- og utladingssyklusen til litiumionbatteriene er en relativt lavere spenning på 2,4V per celle, litiumtitanatceller i den nedre enden av energitetthetsspekteret til litiumbatterier, men fortsatt høyere enn alternative kjemier som nikkel- kadmium.Til tross for denne ulempen betyr generell elektrisk ytelse, høy pålitelighet, termisk stabilitet og en ekstra lang levetid at batteriet fortsatt kan brukes i elektriske kjøretøy.

Fremtiden til litium-ion-batterier

Det er et stort press fra selskaper og myndigheter over hele verden for å forfølge videre forskning og utvikling på litium-ion og andre batteriteknologier for å møte den økende etterspørselen etter ren energi og reduserte karbonutslipp.Iboende intermitterende energikilder som sol og vind kan ha stor nytte av litiumionets høye energitetthet og lange sykluslevetid, som allerede har hjulpet teknologien til å gjøre markedet for elektriske kjøretøy.

For å møte denne økende etterspørselen har forskere allerede begynt å skyve grensene for eksisterende litium-ion på nye og spennende måter.Litiumpolymerceller (Li-Po) erstatter de farlige flytende litiumsaltbaserte elektrolyttene med sikrere polymergeler og halvvåte celledesign, for sammenlignbar elektrisk ytelse med forbedret sikkerhet og lettere vekt.Solid-state litium er den nyeste teknologien på blokken, og lover forbedringer i energitetthet, sikkerhet, sykluslevetid og generell levetid med stabiliteten til en solid elektrolytt.Det er vanskelig å forutsi hvilken teknologi som vil vinne kampen om den ultimate energilagringsløsningen, men litium-ion vil garantert fortsette å spille en viktig rolle i energiøkonomien i årene som kommer.

Leverandør av energilagringsløsninger

Vi produserer banebrytende produkter, og kombinerer presisjonsteknikk med omfattende applikasjonsekspertise for å hjelpe kunder med å integrere energilagringsløsninger i produktene deres.BSLBATT Engineered Technologies har den velprøvde teknologien og integrasjonsekspertisen for å bringe applikasjonene dine fra unnfangelse til kommersialisering.

For å lære mer, se vårt blogginnlegg på lagring av litiumbatteri .