Wyjaśnienie 8 rodzajów baterii litowych – który jest dla Ciebie odpowiedni?

Wstęp

Baterie litowe stały się wszechobecne we współczesnym społeczeństwie, zasilając wszystko, od elektroniki użytkowej po pojazdy elektryczne. Bateria litowa została po raz pierwszy wprowadzona na rynek przez firmę Sony w 1991 roku i stanowiła lekką alternatywę dla poprzednich technologii, takich jak akumulatory niklowo-kadmowe. W ciągu trzydziestu lat ciągłe badania doprowadziły do ​​znacznej poprawy gęstości energii, bezpieczeństwa, żywotności i szybkości ładowania.

Baterie litowe opierają się na przepływie jonów litu pomiędzy elektrodą dodatnią (katodą) i elektrodą ujemną (anodą). Podczas rozładowywania jony litu przepływają z anody do katody poprzez roztwór elektrolitu. W ten sposób wytwarzany jest prąd elektryczny, który zasila urządzenie. Podczas ładowania przykładane jest napięcie zewnętrzne, aby odwrócić przepływ jonów litu z powrotem do anody.

Na przestrzeni lat pojawiły się różne składy chemiczne akumulatorów litowych, każdy z nich ma swoje zalety i kompromisy. Wczesne akumulatory litowo-jonowe wykorzystywały katody z tlenku litu i kobaltu, podczas gdy w bardziej nowoczesnych wariantach zastosowano katody niklowe, manganowe i aluminiowe. Nowe chemikalia, takie jak fosforan litowo-żelazowy, dodatkowo zwiększają stabilność i bezpieczeństwo. Stałe akumulatory litowe zawierające elektrolity stałe, a nie płynne, również stanowią obszar aktywnych badań.

Wysoka gęstość energii i lekkość akumulatorów litowych sprawiły, że idealnie nadają się do zasilania urządzeń konsumenckich i pojazdów. Ciągłe udoskonalanie technologii akumulatorów litowych będzie odgrywać kluczową rolę w umożliwieniu szerszej elektryfikacji transportu i przyjęciu energii odnawialnej w nadchodzących latach.

BSLBATT to profesjonalista producenta akumulatorów litowo-jonowych , w tym usługi badawczo-rozwojowe i OEM od ponad 20 lat, nasze produkty spełniają wymagania normy ISO/CE/UL/UN38.3/ROHS/IEC. Misją firmy jest opracowywanie i produkcja zaawansowanych serii „BSLBATT” (Best Solution Lithium Battery). Produkty litowe BSLBATT zasilanie szeregu zastosowań, w tym m.in. Rozwiązania zasilane energią słoneczną , mikrosieć, Przydomowe magazyny energii , wózek golfowy , Morski , samochód kempingowy , akumulator przemysłowy i nie tylko. Firma oferuje pełną gamę usług i wysokiej jakości produktów, które w dalszym ciągu torują drogę do bardziej ekologicznej i wydajnej przyszłości magazynowania energii. Różne typy baterii lifepo4 do wyboru!

Podstawowe baterie litowe – typy baterii litowych

Podstawowe baterie litowe to baterie jednorazowego użytku, które nie nadają się do ponownego ładowania i zawierają metaliczny lit. Mają wyższą gęstość energii niż większość innych typów akumulatorów pierwotnych, zapewniając więcej magazynowania energii w przeliczeniu na wagę.

Niektóre kluczowe cechy pierwotnych baterii litowych:

• Jako materiał anodowy użyj czystego litu metalicznego. Zapewnia to bardzo wysoką gęstość energii, ale może również powodować problemy z bezpieczeństwem, jeśli nie jest odpowiednio zamknięte.

• Nie nadaje się do ponownego ładowania. Podstawowe baterie litowe są przeznaczone do zastosowań jednorazowych. Próba ich ponownego naładowania może prowadzić do przegrzania i potencjalnego zagrożenia wybuchem.      

• Samorozładowanie następuje szybciej niż w przypadku innych typów akumulatorów podstawowych. Będą stopniowo tracić moc, nawet jeśli nie będą używane. Użyteczna żywotność wynosi zazwyczaj 5-10 lat.      

• Droższe niż jednorazowe baterie alkaliczne i węglowo-cynkowe. Wysoka gęstość energii sprawia, że ​​najlepiej nadają się do urządzeń o wymaganiach dotyczących długiego czasu pracy baterii.

• Wymagaj obwodów ochronnych, aby zapobiec działaniu poza bezpiecznymi zakresami napięcia i temperatury. Niezabezpieczone baterie litowe mogą być niebezpieczne.

• Powszechnie stosowane w zegarkach, kalkulatorach, zdalnych zamkach samochodowych i innych urządzeniach wymagających kompaktowych baterii o długiej żywotności. Stosowany również w specjalistycznych urządzeniach dużej mocy.

Pierwotne baterie litowe oferują wyższą wydajność w porównaniu z konwencjonalnymi bateriami jednorazowymi, ale wymagają dodatkowych względów bezpieczeństwa. Najlepiej nadają się do urządzeń o niskim poborze mocy i wymagających długiej żywotności, gdzie korzyści wynikające z lekkości i dużej gęstości energii uzasadniają wyższy koszt.

Wtórne akumulatory litowo-jonowe — typy akumulatorów litowych

Wtórne akumulatory litowo-jonowe są akumulatorami i są obecnie najpopularniejszym rodzajem baterii litowych. Mają wysoką gęstość energii, brak efektu pamięci i tracą tylko 5% ładunku miesięcznie, gdy nie są używane. Dzięki temu doskonale nadają się do urządzeń elektroniki użytkowej, takich jak laptopy, telefony i tablety, które wymagają częstego ładowania.

Katoda jest wykonana z tlenku litu, takiego jak tlenek litu i kobaltu, a anoda jest wykonana z grafitu lub tlenku tytanu. Podczas rozładowywania jony litu przepływają z anody do katody przez elektrolit i separator. Podczas ładowania jony przepływają z powrotem, aby ponownie wprowadzić się do anody.

Baterie litowo-jonowe charakteryzują się dużą gęstością energii, ale z czasem mogą ulec degradacji pod wpływem wysokiej temperatury lub przeładowania. Mają także obawy dotyczące bezpieczeństwa w przypadku uszkodzenia lub wadliwości. Jednakże, jeśli są właściwie używane, stanowią wydajne źródło zasilania dla przenośnej elektroniki. Ciągłe badania mają na celu dalsze zwiększenie gęstości energii oraz poprawę bezpieczeństwa i trwałości.

Baterie litowo-polimerowe – typy baterii litowych

Baterie litowo-polimerowe , czasami w skrócie LiPo, wykorzystują elastyczną konstrukcję torebki, która umożliwia zawieszenie elektrolitu w stałym kompozycie polimerowym. Dzięki temu akumulatory litowo-polimerowe są lżejsze, cieńsze i bardziej plastyczne w porównaniu ze sztywnymi ogniwami cylindrycznymi lub pryzmatycznymi.

Elektrolit polimerowy sprawia, że ​​akumulatory są bezpieczniejsze, zmniejszając ryzyko wycieku elektrolitu. Umożliwia także producentom kształtowanie ogniw w różnych rozmiarach, aby lepiej dopasować je do obudowy urządzenia. Ogniwa litowo-polimerowe mogą być bardzo cienkie, o grubości zaledwie kilku milimetrów. Dzięki swoim kompaktowym rozmiarom doskonale nadają się do małych urządzeń elektronicznych, takich jak smartfony i tablety.

Elastyczne obudowy i elektrolit zapewniają dodatkową odporność na wstrząsy i wibracje w porównaniu do ogniw sztywnych. Jednakże materiał polimerowy jest nadal podatny na przebicia. Należy zachować ostrożność, aby nie uszkodzić ogniw litowo-polimerowych, aby uniknąć wewnętrznych zwarć.

Baterie litowo-polimerowe mają zazwyczaj niższą rezystancję wewnętrzną niż równoważne baterie litowo-jonowe. Skutkuje to lepszą wydajnością rozładowania i możliwością dostarczania impulsów o wysokim prądzie. Chemia ma również bardziej płaską krzywą rozładowania niż litowo-jonowy, utrzymując wyższe średnie napięcie dla większej pojemności.

Ogólnie rzecz biorąc, konstrukcja etui na baterie litowo-polimerowe zapewnia przewagę w zakresie wagi, rozmiaru i elastyczności kształtu w porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami. To sprawia, że ​​są popularnym wyborem w przypadku przenośnych urządzeń konsumenckich, dronów, modeli sterowanych radiowo i innych zastosowań, w których wymagane są małe, lekkie baterie.

Baterie litowo-żelazowo-fosforanowe Typy baterii litowych LiFePo4

Produkty litowe BSLBATT zasilanie szeregu zastosowań, w tym m.in. Rozwiązania zasilane energią słoneczną , mikrosieć, Przydomowe magazyny energii , wózek golfowy , Morski , samochód kempingowy , akumulator przemysłowy .

Fosforan litowo-żelazowy Baterie (LiFePO4) wykorzystują katodę wykonaną z fosforanu litowo-żelazowego. Zapewnia to bezpieczniejszą i bardziej stabilną chemię w porównaniu do innych akumulatorów litowo-jonowych.

Kluczową zaletą akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych jest ich długa żywotność. Są w stanie wytrzymać setki do tysięcy cykli ładowania/rozładowania. Dzięki temu doskonale nadają się do zastosowań wymagających długiego cyklu życia, takich jak magazynowanie energii odnawialnej i pojazdy elektryczne.

LFP firmy BSLBATT Bateria została niezależnie opracowana poprzez system zarządzania baterią BMS, który może wydłużyć cykl życia baterii zasilającej 4000 + razy i akumulator do magazynowania energii 6 000-10 000 + razy.

Akumulatory LiFePO4 mają niższą gęstość energii niż inne akumulatory litowo-jonowe, ale ich stabilny skład chemiczny zapewnia bardzo dobre bezpieczeństwo. Są z natury niepalne w przypadku uszkodzenia lub przeładowania. Nie ma ryzyka ucieczki termicznej.

Ogólnie rzecz biorąc, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe zapewniają doskonałą równowagę między bezpieczeństwem, długą żywotnością i dobrą wydajnością. Ich stosunkowo bezpieczny i stabilny skład chemiczny sprawia, że ​​są one popularnym wyborem do wielu zastosowań pomimo nieco niższej gęstości energii w porównaniu z innymi akumulatorami litowo-jonowymi. Długi cykl życia jest szczególnie ważny w przypadku zastosowań takich jak pojazdy elektryczne.

Baterie litowo-tytanowe — typy baterii litowych

Baterie litowo-tytanowe stanowią postęp w stosunku do tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych. Na anodzie używają tytanianu litu zamiast grafitu. Daje to akumulatorom litowo-tytanowym pewne kluczowe zalety:

Szybkie ładowanie – Tytanian litu pozwala na znacznie krótsze czasy ładowania w porównaniu do standardowych akumulatorów litowo-jonowych. Niektóre akumulatory litowo-tytanowe można naładować do ponad 80% pojemności w ciągu 10 minut. Dzięki temu doskonale nadają się do zastosowań wymagających szybkiego ładowania, takich jak pojazdy elektryczne.

Długa żywotność – Anoda z tytanianu litu jest bardzo stabilna. Dzięki temu akumulatory wytrzymają tysiące cykli ładowania/rozładowania. Baterie litowo-tytanowe mogą zazwyczaj wytrzymać ponad 10 razy dłużej niż standardowe baterie litowo-jonowe, zanim będą wymagały wymiany. Niektóre wersje mogą pochwalić się żywotnością 20 lat lub więcej.

Bezpieczeństwo   – Baterie litowo-tytanowe są mniej podatne na problemy związane z niekontrolowaną temperaturą i mają zwiększoną stabilność. Daje im to przewagę w zastosowaniach krytycznych dla bezpieczeństwa, takich jak urządzenia medyczne.

Wydajność w niskich temperaturach – Materiał anody zapewnia doskonałe właściwości wyładowcze w niskich temperaturach. Baterie litowo-tytanowe mogą działać wydajnie nawet w temperaturach do -30°C.

Wysoki koszt akumulatorów litowo-tytanowych dotychczas ograniczał ich zastosowanie. Jednakże w miarę zwiększania się produkcji oczekuje się, że koszty staną się bardziej konkurencyjne w porównaniu ze standardowym akumulatorem litowo-jonowym. Ich wyjątkowa żywotność i możliwości cykliczne sprawiają, że akumulatory litowo-tytanowe idealnie nadają się do zastosowań wymagających niezawodnego, długotrwałego zasilania.

Baterie litowo-siarkowe – typy baterii litowych

Baterie litowo-siarkowe to ekscytująca nowa chemia akumulatorów, która oferuje znacznie wyższą gęstość energii w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi. Baterie te wykorzystują siarkę jako materiał katodowy, który teoretycznie może magazynować około 5 razy więcej energii (wagowo) niż tradycyjne katody litowo-kobaltowo-tlenkowe stosowane w bateriach litowo-jonowych.

Niektóre kluczowe zalety akumulatorów litowo-siarkowych:

• Niezwykle wysoka teoretyczna gęstość energii wynosząca około 500 Wh/kg lub 2800 Wh/L. Jest to 2-5 razy więcej niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych.

• Stosowanie siarki jako materiału katodowego jest powszechne i znacznie tańsze niż kobalt lub nikiel stosowane w akumulatorach litowo-jonowych. Może to znacznie obniżyć koszty.

• Katody siarkowe są lekkie w porównaniu do katod z tlenku metalu.

• Brak ryzyka ucieczki termicznej, jak w przypadku akumulatorów litowo-jonowych.

• Materiały przyjazne dla środowiska.

Jednak akumulatory litowo-siarkowe nadal stoją przed pewnymi wyzwaniami technicznymi przed powszechną komercjalizacją:      

• Krótki cykl życia spowodowany utratą aktywnego materiału siarkowego w trakcie cykli. Trwają badania nad dodatkami i powłokami, które mają rozwiązać ten problem.

• Niska wydajność kulombowska. Złożone mechanizmy reakcji prowadzą do utraty aktywnej siarki.

• Zwiększenie objętości siarki do 80% podczas wyładowania prowadzi do mechanicznej degradacji katody. Nanostrukturyzacja siarki pomaga rozwiązać ten problem.

• Słaba przewodność elektryczna siarki wymagająca dodatków przewodzących.

• Anoda litowo-metalowa reaguje z rozpuszczonymi polisiarczkami, co prowadzi do szybkiego spadku wydajności. Trwają prace nad powłokami ochronnymi na metalu litowym.

Jeśli uda się przezwyciężyć te wyzwania, akumulatory litowo-siarkowe mogą zapewnić bezpieczną technologię akumulatorów o dużej gęstości energii i niskich kosztach do zastosowań takich jak pojazdy elektryczne i magazynowanie w sieci. Nadal jednak pozostają one obiecującą chemią akumulatorów wymagającą dalszych badań i rozwoju.

Solid State Lithium Battery – typy baterii litowych

Zastosowanie półprzewodnikowych baterii litowych elektrolit stały zamiast elektrolitu ciekłego lub polimerowego. Dzięki temu są bezpieczniejsze niż akumulatory z ciekłym elektrolitem, ponieważ nie ma ryzyka wycieku elektrolitu lub zapalenia się.

Elektrolit stały umożliwia również wyższą gęstość energii w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi z ciekłym elektrolitem. Stały elektrolit zajmuje mniej miejsca w akumulatorze, zapewniając więcej miejsca na materiały anody i katody. Niektóre prototypowe akumulatory półprzewodnikowe wykazały gęstość energii przekraczającą 500 Wh/l w porównaniu z około 250–300 Wh/l w przypadku konwencjonalnych akumulatorów litowo-jonowych.

Elektrolit stały ma również większą stabilność termiczną i chemiczną. Może wytrzymać wyższe temperatury bez rozkładu w porównaniu do ciekłych elektrolitów. Pomaga to poprawić bezpieczeństwo baterii i może umożliwić szybsze ładowanie w przyszłości.

Głównymi wyzwaniami związanymi z litowymi akumulatorami półprzewodnikowymi jest opracowanie elektrolitów o wystarczająco wysokiej przewodności jonów litu i zapewnienie dobrego kontaktu pomiędzy elektrolitem stałym a materiałami elektrody. Jednak wiele firm i grup badawczych aktywnie pracuje nad komercjalizacją półprzewodnikowych akumulatorów litowych, ponieważ ich zalety w zakresie bezpieczeństwa i gęstości energii czynią je bardzo obiecującymi w pojazdach elektrycznych, elektronice użytkowej i innych zastosowaniach.

Baterie litowo-powietrzne — typy baterii litowych

Baterie litowo-powietrzne reprezentują ekscytującą technologię akumulatorów przyszłości, która zapewnia wyjątkowo wysoką gęstość energii, przewyższającą nawet benzynę. Wykorzystują lit metaliczny jako anodę i tlen z powietrza jako katodę.

Podczas rozładowywania lit metaliczny oddaje elektrony, które łączą się z jonami litu i tlenem, tworząc nadtlenek litu. Ta reakcja chemiczna uwalnia energię potrzebną do zasilania akumulatora. Podczas ładowania proces jest odwrotny – nadtlenek litu rozkłada się, uwalniając tlen, elektrony wracają do anody litowo-metalowej, a jony litu wracają do elektrolitu.

Główną zaletą akumulatorów litowo-powietrznych jest ich teoretyczna gęstość energii wynosząca około 12 kWh/kg, czyli 10 razy większa niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych. Ta ogromna gęstość energii jest możliwa dzięki wykorzystaniu tlenu z otaczającego powietrza zamiast magazynowania ciężkiego materiału katody.

Jednak akumulatory litowo-powietrzne nadal stoją przed poważnymi wyzwaniami technicznymi. Anoda litowo-metalowa jest niestabilna i podatna na tworzenie się dendrytów podczas ładowania. Produkty reakcji mogą zatykać pory w katodzie powietrznej, zmniejszając wydajność. Istnieją również problemy związane z wydajnością, żywotnością i bezpieczeństwem, którymi należy się zająć, zanim akumulatory litowo-powietrzne staną się opłacalne komercyjnie. Jeśli jednak uda się przezwyciężyć te wyzwania, baterie litowo-powietrzne mogą zapewnić rewolucyjny postęp w magazynowaniu energii. Ich wyjątkowo wysoka gęstość energii czyni je ekscytującą perspektywą dla pojazdów elektrycznych dalekiego zasięgu i innych zastosowań wymagających najwyższej możliwej energii w najmniejszej obudowie.

Wniosek

Baterie litowe zrewolucjonizowały przenośną elektronikę i pojazdy elektryczne, zapewniając wysoką gęstość energii w lekkiej obudowie. W miarę kontynuacji badań i rozwoju akumulatory litowe będą prawdopodobnie stale udoskonalane pod względem pojemności, prędkości ładowania, bezpieczeństwa i kosztów.

Pierwotne baterie litowe, chociaż nie nadają się do ponownego ładowania, zapewniają długi okres trwałości i wysoką moc wyjściową dla urządzeń jednorazowego użytku. Wtórne akumulatory litowo-jonowe dominują obecnie na rynku elektroniki użytkowej i zaczynają być wykorzystywane w większych zastosowaniach, takich jak pojazdy elektryczne. Warianty takie jak polimer litowy i fosforan litowo-żelazowy zapewniają elastyczność i bezpieczeństwo.

Nowe składy chemiczne akumulatorów, takie jak litowo-siarkowy i litowo-powietrzny, mają na celu znaczne zwiększenie gęstości energii w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi. Półprzewodnikowe baterie litowe mogłyby zapewnić jeszcze większą moc i bezpieczeństwo poprzez zastąpienie ciekłych elektrolitów komponentami stałymi.

Ogólnie rzecz biorąc, technologia akumulatorów litowych poczyniła szybkie postępy w ciągu ostatnich kilku dekad i nadal będzie bardzo aktywnym obszarem innowacji. Możemy się spodziewać, że baterie litowe będą zasilać coraz więcej aspektów naszego nowoczesnego społeczeństwa technologicznego, przy jednoczesnej ciągłej poprawie w kluczowych obszarach, takich jak koszty, bezpieczeństwo i zrównoważony rozwój środowiska. Przyszłość rysuje się w jasnych barwach dla tych wszechstronnych akumulatorów o wysokiej wydajności.

Jeżeli mają Państwo jakiekolwiek pytania w tym temacie, prosimy je zadać skontaktuj się z nami .