Prezentare generală a bateriei cu litiu |BSLBATT Energie regenerabilă

BSLBATT Engineered Technologies folosește echipele noastre experimentate de inginerie, proiectare, calitate și producție, astfel încât clienții noștri să poată fi asigurați de soluții avansate din punct de vedere tehnic pentru baterii, care îndeplinesc cerințele unice ale aplicațiilor lor specifice.Suntem specializați în design de celule cu litiu și pachete de baterii reîncărcabile și nereîncărcabile, lucrând cu o varietate de chimie pentru celule de litiu pentru a oferi opțiuni și soluții pentru aplicații solicitante din întreaga lume.

Pachet de baterii cu litiu Tehnologii

Capacitățile noastre largi de producție ne permit să construim cele mai simple pachete de baterii, până la pachete personalizate cu circuite, conectori și carcase specializate.De la volum mic la mare, avem capacitatea și expertiza în industrie pentru a satisface nevoile unice ale tuturor OEM-urilor, deoarece echipa noastră de ingineri cu experiență poate proiecta, dezvolta, testa și produce soluții personalizate de baterii pentru nevoile specifice ale majorității aplicațiilor.

BSLBATT oferă soluții la cheie bazate pe cerințele și specificațiile clienților.Colaboram cu producătorii de celule lideri din industrie pentru a oferi soluțiile optime și dezvoltăm și integrăm cele mai sofisticate componente electronice de control și monitorizare în bateriile sale.

Cum funcționează o baterie litiu-ion?

Bateriile litiu-ion valorifică potențialul puternic de reducere al ionilor de litiu pentru a alimenta reacția redox centrală pentru toate tehnologiile bateriilor - reducerea la catod, oxidarea la anod.Conectarea bornelor pozitive și negative ale unei baterii printr-un circuit, unește cele două jumătăți ale reacției redox, permițând dispozitivului atașat circuitului să extragă energie din mișcarea electronilor.

Deși există multe tipuri diferite de chimie pe bază de litiu utilizate în industrie astăzi, vom folosi oxid de litiu-cobalt (LiCoO2) - chimia care a permis bateriilor litiu-ion să înlocuiască bateriile nichel-cadmiu care au fost norma pentru consumatori. electronice până în anii 90 - pentru a demonstra chimia de bază din spatele acestei tehnologii populare.

Reacția completă pentru un catod LiCoO2 și un anod de grafit este următoarea:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Unde reacția directă reprezintă încărcarea, iar reacția inversă reprezintă descărcarea.Aceasta poate fi împărțită în următoarele semireacții:

La electrodul pozitiv, reducerea la catod are loc în timpul descărcării (vezi reacția inversă).

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

La electrodul negativ, oxidarea anodului are loc în timpul descărcării (vezi reacția inversă).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

În timpul descărcării, ionii de litiu (Li+) se deplasează de la electrodul negativ (grafit) prin electrolit (săruri de litiu suspendate într-o soluție) și separatorul către electrodul pozitiv (LiCoO2).În același timp, electronii se deplasează de la anod (grafit) la catod (LiCoO2) care este conectat printr-un circuit extern.Dacă se aplică o sursă de alimentare externă, reacția este inversată împreună cu rolurile electrozilor respectivi, încărcând celula.

Ce este într-o baterie litiu-ion

Celula 18650 cilindrică tipică, care este factorul de formă comun utilizat de industrie pentru aplicații comerciale de la laptopuri la vehicule electrice, are o tensiune OCV (circuit deschis) de 3,7 volți.În funcție de producător, poate furniza aproximativ 20 de amperi cu o capacitate de 3000 mAh sau mai mult.Pachetul de baterii va fi compus din mai multe celule și, în general, include un microcip de protecție pentru a preveni supraîncărcarea și descărcarea sub capacitatea minimă, ceea ce poate duce la supraîncălzire, incendii și explozii.Să aruncăm o privire mai atentă la interiorul unei celule.

Electrod/Catod pozitiv

Cheia pentru proiectarea unui electrod pozitiv este să alegeți un material care are un potențial electro mai mare de 2,25 V în comparație cu metalele de litiu pur.Materialele catodice din litiu-ion variază foarte mult, dar au, în general, oxizi de metal de tranziție de litiu stratificati, cum ar fi designul catodului LiCoO2 pe care l-am explorat mai devreme.Alte materiale includ spinele (de exemplu LiMn2O4) și olivine (adică LiFePO4).

Electrod/Anod negativ

Într-o baterie cu litiu ideală, ați folosi litiu metalic pur ca anod, deoarece oferă combinația optimă de greutate moleculară mică și capacitate specifică mare posibilă pentru o baterie.Există două probleme principale care împiedică utilizarea litiului ca anod în aplicații comerciale: siguranță și reversibilitate.Litiul este foarte reactiv și predispus la moduri de defecțiune catastrofale de tip pirotehnic.De asemenea, în timpul încărcării, litiul nu se va placa înapoi în starea sa metalică uniformă inițială, în loc să adopte o morfologie asemănătoare unui ac cunoscută sub numele de dendrite.Formarea dendritei poate duce la perforarea separatoarelor care pot duce la scurtcircuit.

Soluția concepută de cercetători pentru a valorifica avantajele metalului de litiu fără toate dezavantajele a fost intercalarea litiului - procesul de stratificare a ionilor de litiu în grafitul de carbon sau în alt material, pentru a permite mișcarea ușoară a ionilor de litiu de la un electrod la altul.Alte mecanisme implică utilizarea materialelor anodice cu litiu care fac reacții reversibile mai posibile.Materialele anozice tipice includ grafit, aliaje pe bază de siliciu, staniu și titan.

Separator

Rolul separatorului este de a oferi un strat de izolație electrică între electrozii negativi și pozitivi, permițând totuși ionilor să treacă prin acesta în timpul încărcării și descărcării.De asemenea, trebuie să fie rezistent din punct de vedere chimic la degradarea de către electrolit și alte specii din celulă și suficient de puternic din punct de vedere mecanic pentru a rezista la uzură.Separatoarele obișnuite de ioni de litiu sunt, în general, de natură foarte poroasă și constau din foi de polietilenă (PE) sau polipropilenă (PP).

Electrolit

Rolul unui electrolit într-o celulă cu ioni de litiu este de a oferi un mediu prin care ionii de litiu pot curge liber între catod și anod în timpul ciclurilor de încărcare și descărcare.Ideea este să alegeți un mediu care să fie atât un bun conductor Li+, cât și un izolator electronic.Electrolitul trebuie să fie stabil termic și compatibil chimic cu celelalte componente din celulă.În general, sărurile de litiu precum LiClO4, LiBF4 sau LiPF6 suspendate într-un solvent organic cum ar fi carbonatul de dietil, carbonatul de etilenă sau carbonatul de dimetil servesc drept electrolit pentru modelele convenționale cu ioni de litiu.

Interfaza de electroliți solidi (SEI)

Un concept de proiectare important de înțeles despre celulele cu ioni de litiu este interfaza electrolitului solid (SEI) - o peliculă de pasivare care se acumulează la interfața dintre electrod și electrolit pe măsură ce ionii Li+ reacţionează cu produșii de degradare ai electrolitului.Filmul se formează pe electrodul negativ în timpul încărcării inițiale a celulei.SEI protejează electrolitul de descompunerea ulterioară în timpul încărcărilor ulterioare ale celulei.Pierderea acestui strat de pasivizare poate avea un impact negativ asupra ciclului de viață, a performanței electrice, a capacității și a duratei totale de viață a celulei.Pe de altă parte, producătorii au descoperit că pot îmbunătăți performanța bateriei prin reglarea fină a SEI.

Faceți cunoștință cu familia de baterii litiu-ion

Atractia litiului ca material ideal pentru electrozi pentru aplicațiile bateriilor a condus la multe tipuri de baterii litiu-ion.Iată cinci dintre cele mai comune baterii disponibile comercial de pe piață.

Oxid de litiu cobalt

Am tratat deja în detaliu bateriile LiCoO2 în acest articol, deoarece reprezintă cea mai populară chimie pentru electronicele portabile, cum ar fi telefoanele mobile, laptopurile și camerele electronice.LiCoO2 își datorează succesul energiei specifice ridicate.O durată de viață scurtă, o stabilitate termică slabă și prețul cobaltului îi fac pe producători să treacă la modele de catozi amestecați.

Litiu Mangan Oxid

Bateriile cu oxid de litiu mangan (LiMn2O4) folosesc catozi pe bază de MnO2.În comparație cu bateriile standard LiCoO2, bateriile LiMn2O4 sunt mai puțin toxice, costă mai puțin și sunt mai sigure de utilizat, dar cu capacitate redusă.În timp ce modelele reîncărcabile au fost explorate în trecut, industria de astăzi folosește în mod obișnuit această chimie pentru celulele primare (ciclu unic) care nu sunt reîncărcabile și sunt menite să fie eliminate după utilizare.Durabile, stabilitatea termică ridicată și o durată lungă de valabilitate le fac excelente pentru unelte electrice sau dispozitive medicale.

Litiu Nichel Mangan Cobalt Oxid

Uneori, întregul este mai mare decât suma părților sale, iar bateriile cu litiu nichel mangan cobalt oxid (cunoscute și sub numele de baterii NCM) se laudă cu performanțe electrice mai mari decât LiCoO2.NCM își câștigă puterea în echilibrarea avantajelor și dezavantajelor materialelor sale individuale catodice.Unul dintre cele mai de succes sisteme litiu-ion de pe piață, NCM este utilizat pe scară largă în sistemele de propulsie precum sculele electrice și bicicletele electrice.

Fosfat de fier de litiu

Bateriile cu fosfat de fier litiu (LiFePO4) realizează o durată de viață lungă și un nivel de curent ridicat cu o bună stabilitate termică cu ajutorul materialului catodic fosfat nanostructurat.În ciuda acestor îmbunătățiri, nu este la fel de dens în energie precum tehnologiile în amestec cu cobalt și are cea mai mare rată de autodescărcare dintre celelalte baterii din această listă.Bateriile LiFePO4 sunt populare ca o alternativă la plumb-acid ca baterie de pornire a mașinii.

Titanat de litiu

Înlocuirea anodului de grafit cu nanocristale de titanat de litiu crește foarte mult suprafața anodului la aproximativ 100 m2 pe gram.Anodul nanostructurat crește numărul de electroni care pot curge prin circuit, oferind celulelor cu titanat de litiu capacitatea de a se încărca și descărca în siguranță la viteze mai mari de 10C (de zece ori capacitatea nominală).Compensația pentru a avea cel mai rapid ciclu de încărcare și descărcare al bateriilor litiu-ion este o tensiune relativ mai mică de 2,4 V per celulă, celule cu titanat de litiu la capătul inferior al spectrului de densitate energetică a bateriilor cu litiu, dar totuși mai mare decât chimiile alternative precum nichelul- cadmiu.În ciuda acestui dezavantaj, performanța electrică generală, fiabilitatea ridicată, stabilitatea termică și un ciclu de viață foarte lung înseamnă că bateria este încă utilizată în vehiculele electrice.

Viitorul bateriilor litiu-ion

Există un impuls mare din partea companiilor și guvernelor de pe tot globul pentru a continua cercetările și dezvoltările privind litiu-ion și alte tehnologii de baterii pentru a satisface cererea în creștere de energie curată și emisii de carbon reduse.Sursele de energie inerent intermitente, cum ar fi solarul și eolianul, ar putea beneficia foarte mult de densitatea mare de energie a ionilor de litiu și de durata de viață lungă a ciclului, care a ajutat deja tehnologia să atragă piața vehiculelor electrice.

Pentru a satisface această cerere în creștere, cercetătorii au început deja să depășească limitele litiu-ionului existent în moduri noi și interesante.Celulele cu polimer de litiu (Li-Po) înlocuiesc electroliții periculoși pe bază de sare de litiu lichidă cu geluri polimerice mai sigure și modele de celule semi-umede, pentru performanțe electrice comparabile, cu siguranță îmbunătățită și greutate mai mică.Litiu în stare solidă este cea mai nouă tehnologie de pe bloc, promițând îmbunătățiri ale densității energiei, siguranței, duratei de viață și longevității generale cu stabilitatea unui electrolit solid.Este dificil de prezis ce tehnologie va câștiga cursa pentru soluția supremă de stocare a energiei, dar litiu-ionul va continua cu siguranță să joace un rol major în economia energetică în anii următori.

Furnizor de soluții de stocare a energiei

Producem produse de ultimă oră, combinând ingineria de precizie cu o experiență extinsă în aplicații pentru a ajuta clienții să integreze soluții de stocare a energiei în produsele lor.BSLBATT Engineered Technologies are tehnologia dovedită și expertiza în integrare pentru a vă aduce aplicațiile de la concepție până la comercializare.

Pentru a afla mai multe, consultați postarea noastră de pe blog stocarea bateriei cu litiu .