Объяснение 8 типов литиевых батарей – какой подойдет именно вам?

Введение

Литиевые батареи стали повсеместными в современном обществе, питая все: от бытовой электроники до электромобилей. Литиевая батарея была впервые коммерциализирована компанией Sony в 1991 году и стала легкой перезаряжаемой батареей, альтернативой предыдущим технологиям, таким как никель-кадмиевые. За прошедшие с тех пор три десятилетия продолжающиеся исследования привели к значительному улучшению плотности энергии, безопасности, срока службы и скорости зарядки.

Литиевые батареи основаны на потоке ионов лития между положительным электродом (катодом) и отрицательным электродом (анодом). Во время разряда ионы лития перетекают от анода к катоду через раствор электролита. Это генерирует электрический ток, который питает устройство. При зарядке подается внешнее напряжение, чтобы обратить поток ионов лития обратно к аноду.

За прошедшие годы появились различные химические конструкции литиевых батарей, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. В ранних литий-ионных батареях использовались катоды из оксида лития-кобальта, а в более современных вариантах используются катоды из никеля, марганца и алюминия. Новые химические вещества, такие как фосфат лития-железа, еще больше повышают стабильность и безопасность. Твердотельные литиевые батареи с твердыми электролитами, а не с жидкими, также являются областью активных исследований.

Высокая плотность энергии и легкий вес литиевых батарей сделали их идеальными для питания потребительских устройств и транспортных средств. Продолжающееся совершенствование технологии литиевых батарей сыграет ключевую роль в обеспечении более широкой электрификации транспорта и внедрении возобновляемых источников энергии в предстоящие годы.

BSLBATT – профессионал производитель литий-ионных аккумуляторов , включая исследования и разработки, а также обслуживание OEM более 20 лет, наша продукция соответствует стандарту ISO/CE/UL/UN38.3/ROHS/IEC. Целью компании является разработка и производство передовой серии «BSLBATT» (Литиевые батареи лучшего решения). BSLBATT Литиевые изделия питание целого ряда приложений, включая, Солнечные решения , микросеть, бытовое хранилище энергии , гольф-кар , Морской , фургон , промышленный аккумулятор и многое другое. Компания предлагает полный спектр услуг и высококачественную продукцию, которые продолжают прокладывать путь к более экологичному и эффективному будущему хранения энергии. Различные типы аккумуляторов lifepo4 на ваш выбор!

Первичные литиевые батареи — типы литиевых батарей

Первичные литиевые батареи представляют собой неперезаряжаемые одноразовые батареи, содержащие металлический литий. Они имеют более высокую плотность энергии, чем большинство других типов первичных батарей, что обеспечивает больший запас энергии на вес.

Некоторые ключевые характеристики первичных литиевых батарей:

• В качестве материала анода используйте чистый металлический литий. Это обеспечивает очень высокую плотность энергии, но может также создать проблемы с безопасностью, если ее не обеспечить должным образом.

• Не перезаряжаемый. Первичные литиевые батареи предназначены для одноразового использования. Попытка перезарядить их может привести к перегреву и потенциальной опасности взрыва.      

• Саморазрядка происходит быстрее, чем у других типов первичных батарей. Они постепенно теряют мощность, даже когда не используются. Срок полезного использования обычно составляет 5-10 лет.      

• Дороже, чем щелочные и угольно-цинковые одноразовые батарейки. Высокая плотность энергии делает их наиболее подходящими для устройств с длительным временем автономной работы.

• Требуются защитные схемы для предотвращения работы за пределами безопасных диапазонов напряжения и температуры. Незащищенные литиевые батареи могут быть небезопасными.

• Обычно используется в часах, калькуляторах, автомобильных замках с дистанционным управлением и других устройствах, требующих компактных батарей с длительным сроком службы. Также используется в специальных устройствах высокой мощности.

Первичные литиевые батареи имеют преимущества в производительности по сравнению с обычными одноразовыми батареями, но требуют дополнительных мер безопасности. Они лучше всего подходят для устройств с низким энергопотреблением и длительным сроком службы, где преимущества легкого веса и высокой плотности энергии оправдывают более высокую стоимость.

Вторичные литий-ионные батареи — типы литиевых батарей

Вторичные литий-ионные аккумуляторы являются перезаряжаемыми и являются наиболее распространенным типом литиевых батарей, используемых сегодня. Они имеют высокую плотность энергии, не имеют эффекта памяти и теряют только 5% заряда в месяц, когда не используются. Это делает их хорошо подходящими для бытовой электроники, такой как ноутбуки, телефоны и планшеты, которые требуют частой подзарядки.

Катод изготовлен из оксида металлического лития, такого как оксид лития-кобальта, а анод изготовлен из оксида графита или титана. Во время разряда ионы лития перетекают от анода к катоду через электролит и сепаратор. При зарядке ионы возвращаются обратно и снова вставляются в анод.

Литий-ионные аккумуляторы имеют высокую плотность энергии, но могут со временем деградировать из-за высокой температуры или перезарядки. У них также есть проблемы с безопасностью в случае повреждения или неисправности. Однако при правильном использовании они представляют собой эффективный перезаряжаемый источник питания для портативной электроники. Продолжающиеся исследования направлены на дальнейшее увеличение плотности энергии и повышение безопасности и долговечности.

Литий-полимерные батареи-типы литиевых батарей

Литий-полимерные аккумуляторы , иногда сокращенно LiPo, используют гибкую конструкцию мешочка, которая позволяет суспендировать электролит в твердом полимерном композите. Это придает литий-полимерным батареям более легкий, тонкий и более пластичный форм-фактор по сравнению с жесткими цилиндрическими или призматическими элементами.

Полимерный электролит делает аккумуляторы более безопасными, уменьшая вероятность утечки электролита. Это также позволяет производителям придавать ячейкам различные размеры, чтобы они лучше подходили к корпусу устройства. Литий-полимерные элементы можно сделать очень тонкими, толщиной всего несколько миллиметров. Благодаря компактному размеру они хорошо подходят для небольшой бытовой электроники, такой как смартфоны и планшеты.

Гибкие корпуса и электролит обеспечивают дополнительную устойчивость к ударам и вибрации по сравнению с жесткими элементами. Однако полимерный материал по-прежнему уязвим к проколам. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить литий-полимерные элементы, чтобы избежать внутренних коротких замыканий.

Литий-полимерные батареи обычно имеют более низкое внутреннее сопротивление, чем эквивалентные литий-ионные батареи. Это приводит к улучшению характеристик разряда и способности обеспечивать сильные импульсы тока. Химический аккумулятор также имеет более плоскую кривую разряда, чем литий-ионный, поддерживая более высокое среднее напряжение при большей емкости.

В целом, конструкция литий-полимерных батарей в виде чехла обеспечивает преимущества по весу, размеру и гибкости формы по сравнению с традиционными форм-факторами батарей. Это делает их популярным выбором для портативных потребительских устройств, дронов, радиоуправляемых моделей и других устройств, где требуются небольшие и легкие батареи.

Литий-железо-фосфатные батареи LiFePo4-типы литиевых батарей

BSLBATT Литиевые изделия питание целого ряда приложений, включая, Солнечные решения , микросеть, бытовое хранилище энергии , гольф-кар , Морской , фургон , промышленный аккумулятор .

Литий-железо-фосфат В батареях (LiFePO4) используется катод, изготовленный из литий-железо-фосфатного материала. Это обеспечивает более безопасный и стабильный химический состав по сравнению с другими литий-ионными батареями.

Ключевым преимуществом литий-железо-фосфатных аккумуляторов является их длительный срок службы. Они способны выдерживать сотни и тысячи циклов зарядки/разрядки. Это делает их хорошо подходящими для применений, требующих длительного срока службы, таких как хранение возобновляемой энергии и электромобили.

LFP BSLBATT Батарея была независимо разработана с помощью системы управления батареями BMS, которая может увеличить срок службы батареи до 4000 + раз и аккумулятор энергии для 6000-10000 + раз.

Батареи LiFePO4 имеют более низкую плотность энергии, чем другие литий-ионные батареи, но их стабильный химический состав обеспечивает очень хорошую безопасность. Они по своей природе негорючие в случае повреждения или перезарядки. Риск термического разгона отсутствует.

В целом, литий-железо-фосфатные аккумуляторы обеспечивают отличный баланс безопасности, длительного срока службы и хорошей производительности. Их относительно безопасный и стабильный химический состав делает их популярным выбором для многих применений, несмотря на их немного меньшую плотность энергии по сравнению с другими литий-ионными батареями. Срок службы в течение длительного цикла особенно важен для таких применений, как электромобили.

Литиевые титанатные батареи — типы литиевых батарей

Литий-титанатные аккумуляторы представляют собой шаг вперед по сравнению с традиционными литий-ионными батареями. В качестве анода используется титанат лития, а не графит. Это дает литий-титанатным батареям некоторые ключевые преимущества:

Быстрая зарядка – Титанат лития позволяет значительно сократить время зарядки по сравнению со стандартными литий-ионными батареями. Некоторые аккумуляторы из титаната лития могут заряжаться до емкости более 80% за 10 минут. Это делает их хорошо подходящими для применений, требующих быстрой подзарядки, таких как электромобили.

Длительный срок службы – Анод из титаната лития очень стабилен. Это позволяет батареям выдерживать тысячи циклов зарядки/разрядки. Литий-титановые батареи обычно служат более чем в 10 раз дольше, чем стандартные литий-ионные батареи, прежде чем потребуется их замена. Срок службы некоторых версий составляет 20 и более лет.

Безопасность   – Литий-титановые батареи менее склонны к тепловому разгону и обладают повышенной стабильностью. Это дает им преимущество в критически важных для безопасности приложениях, таких как медицинское оборудование.

Низкотемпературная производительность – Материал анода обеспечивает превосходную разрядную способность при низких температурах. Литий-титановые аккумуляторы могут эффективно работать даже при температуре до -30°C.

Высокая стоимость литий-титанатных батарей пока ограничивает их распространение. Однако по мере расширения производства ожидается, что затраты станут более конкурентоспособными по сравнению со стандартными литий-ионными батареями. Их исключительный срок службы и способность к циклическому использованию делают литий-титановые батареи идеальными для задач, требующих надежного и длительного питания.

Литий-серные батареи-типы литиевых батарей

Литий-серные батареи представляют собой захватывающий новый химический состав аккумуляторов, который обеспечивает значительно более высокую плотность энергии по сравнению с литий-ионными батареями. В этих батареях в качестве катодного материала используется сера, которая теоретически может хранить примерно в 5 раз больше энергии по весу, чем традиционные литий-кобальтовые катоды, используемые в литий-ионных батареях.

Некоторые ключевые преимущества литий-серных батарей:

• Чрезвычайно высокая теоретическая плотность энергии около 500 Втч/кг или 2800 Втч/л. Это в 2-5 раз выше, чем у литий-ионных аккумуляторов.

• Сера в качестве катодного материала широко используется, и она намного дешевле, чем кобальт или никель, используемые в литий-ионных батареях. Это может существенно снизить затраты.

• Серные катоды легче катодов из оксидов металлов.

• Нет риска термического разгона, как в литий-ионных батареях.

• Экологически чистые материалы.

Однако перед широкой коммерциализацией литий-серные батареи все еще сталкиваются с некоторыми техническими проблемами:      

• Короткий срок службы из-за потери серосодержащего активного материала в ходе циклов. Для решения этой проблемы продолжаются исследования добавок и покрытий.

• Низкая кулоновская эффективность. Сложные механизмы реакции приводят к потере активной серы.

• Объемное расширение серы до 80% при разряде приводит к механической деградации катода. Наноструктурирование серы помогает решить эту проблему.

• Плохая электропроводность серы, требующая проводящих добавок.

• Литий-металлический анод вступает в реакцию с растворенными полисульфидами, что приводит к быстрому снижению производительности. Разрабатываются защитные покрытия на металлическом литии.

Если эти проблемы удастся преодолеть, литий-серные батареи могут стать безопасной, недорогой аккумуляторной технологией с высокой плотностью энергии для таких применений, как электромобили и сетевое хранилище. Но они по-прежнему остаются многообещающим химическим элементом для аккумуляторов, требующим дальнейших исследований и разработок.

Твердотельные литиевые батареи — типы литиевых батарей

Использование твердотельных литиевых батарей твердый электролит вместо жидкого или полимерного электролита. Это делает их более безопасными, чем батареи с жидким электролитом, поскольку отсутствует риск утечки или возгорания электролита.

Твердый электролит также обеспечивает более высокую плотность энергии по сравнению с литий-ионными батареями с жидким электролитом. Твердый электролит занимает меньше места в аккумуляторе, оставляя больше места для материалов анода и катода. Некоторые прототипы твердотельных батарей продемонстрировали плотность энергии более 500 Втч/л по сравнению с примерно 250-300 Втч/л у обычных литий-ионных.

Твердый электролит также обладает большей термической и химической стабильностью. Он может выдерживать более высокие температуры без разрушения по сравнению с жидкими электролитами. Это помогает повысить безопасность аккумулятора и может обеспечить более высокую скорость зарядки в будущем.

Основными проблемами твердотельных литиевых батарей являются разработка электролитов с достаточно высокой литий-ионной проводимостью и обеспечение хорошего контакта между твердым электролитом и материалами электродов. Но многие компании и исследовательские группы активно работают над коммерциализацией твердотельных литиевых батарей, поскольку их преимущества в безопасности и плотности энергии делают их очень перспективными для электромобилей, бытовой электроники и других приложений.

Литий-воздушные батареи-типы литиевых батарей

Литий-воздушные батареи представляют собой перспективную аккумуляторную технологию будущего, которая обещает чрезвычайно высокую плотность энергии, даже превосходящую бензин. Они используют металлический литий в качестве анода и кислород из воздуха в качестве катода.

При разряде металлический литий отдает электроны, которые соединяются с ионами лития и кислородом, образуя пероксид лития. Эта химическая реакция высвобождает энергию для питания аккумулятора. Во время зарядки процесс обратный: пероксид лития распадается с выделением кислорода, электроны возвращаются на металлический литий-анод, а ионы лития возвращаются в электролит.

Основным преимуществом литий-воздушных батарей является их теоретическая плотность энергии около 12 кВтч/кг, что в 10 раз выше, чем у литий-ионных батарей. Такая огромная плотность энергии достигается за счет использования кислорода из окружающего воздуха вместо хранения тяжелого катодного материала.

Однако литий-воздушные батареи по-прежнему сталкиваются с серьезными техническими проблемами. Металлический литий-анод нестабилен и склонен к образованию дендритов во время зарядки. Продукты реакции могут закупоривать поры воздушного катода, снижая производительность. Существуют также проблемы с эффективностью, сроком службы и безопасностью, которые необходимо решить, прежде чем литий-воздушные батареи станут коммерчески жизнеспособными. Но если эти проблемы удастся преодолеть, литий-воздушные батареи могут обеспечить революционный прогресс в хранении энергии. Их исключительно высокая плотность энергии делает их перспективными для электромобилей с большим запасом хода и других применений, требующих максимально возможной энергии в минимальном корпусе.

Заключение

Литиевые батареи произвели революцию в портативной электронике и электромобилях, обеспечив высокую плотность энергии в легком корпусе. По мере продолжения исследований и разработок литиевые батареи, вероятно, будут продолжать совершенствоваться с точки зрения емкости, скорости зарядки, безопасности и стоимости.

Первичные литиевые батареи, хотя и не перезаряжаемые, обеспечивают длительный срок хранения и высокую выходную мощность для одноразовых устройств. Вторичные перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы в настоящее время доминируют на рынке бытовой электроники и переходят в более крупные приложения, такие как электромобили. Такие варианты, как литий-полимер и литий-железо-фосфат, обеспечивают преимущества в гибкости и безопасности.

Новые химические составы аккумуляторов, такие как литий-серные и литий-воздушные, направлены на существенное повышение плотности энергии по сравнению с литий-ионными. Твердотельные литиевые батареи могут обеспечить еще большую мощность и безопасность за счет замены жидких электролитов твердыми компонентами.

В целом, технология литиевых батарей быстро развивалась за последние несколько десятилетий и продолжит оставаться очень активной областью инноваций. Мы можем ожидать, что литиевые батареи будут питать все больше и больше аспектов нашего современного технологического общества, при этом постоянно совершенствуясь в таких важных областях, как стоимость, безопасность и экологическая устойчивость. Будущее за этими универсальными высокопроизводительными батареями светлое.

Если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме, пожалуйста, не стесняйтесь связаться с нами .