Prehľad lítiových batérií |BSLBATT obnoviteľná energia

BSLBATT Engineered Technologies využíva naše skúsené tímy inžinierstva, dizajnu, kvality a výroby, aby si naši zákazníci mohli byť istí technicky vyspelými riešeniami batérií, ktoré spĺňajú jedinečné požiadavky ich špecifických aplikácií.Špecializujeme sa na dizajn dobíjateľných a nenabíjateľných lítiových článkov a batériových blokov ako prácu s rôznymi chemickými zložkami lítiových článkov, aby sme ponúkli možnosti a riešenia pre náročné aplikácie na celom svete.

Lítiová batéria technológie

Naše široké výrobné možnosti nám umožňujú zostaviť najzákladnejšie batériové súpravy až po balíčky na mieru so špecializovanými obvodmi, konektormi a krytmi.Od malých až po veľké objemy máme schopnosti a odbornosť na uspokojenie jedinečných potrieb všetkých OEM, pretože náš skúsený inžiniersky tím dokáže navrhnúť, vyvinúť, testovať a vyrobiť vlastné riešenia batérií pre špecifické potreby väčšiny aplikácií.

BSLBATT ponúka riešenia na kľúč na základe požiadaviek a špecifikácií zákazníka.Pri poskytovaní optimálnych riešení spolupracujeme s poprednými výrobcami článkov a vyvíjame a integrujeme najsofistikovanejšiu riadiacu a monitorovaciu elektroniku do ich batériových modulov.

Ako funguje lítium-iónová batéria?

Lítium-iónové batérie využívajú silný redukčný potenciál lítiových iónov na napájanie redoxnej reakcie centrálnej pre všetky technológie batérií – redukcia na katóde, oxidácia na anóde.Prepojenie kladných a záporných pólov batérie cez obvod spája dve polovice redoxnej reakcie, čo umožňuje zariadeniu pripojenému k obvodu extrahovať energiu z pohybu elektrónov.

Aj keď sa v súčasnosti v priemysle používa veľa rôznych typov chemikálií na báze lítia, my použijeme oxid lítium-kobaltnatý (LiCoO2) – chémiu, ktorá umožnila lítium-iónovým batériám nahradiť nikel-kadmiové batérie, ktoré boli štandardom pre spotrebiteľov. elektroniku až do 90. rokov – aby sme demonštrovali základnú chémiu, ktorá stojí za touto populárnou technológiou.

Úplná reakcia pre LiCoO2 katódu a grafitovú anódu je nasledovná:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Kde dopredná reakcia predstavuje nabíjanie a spätná reakcia predstavuje vybíjanie.To možno rozdeliť do nasledujúcich polovičných reakcií:

Na kladnej elektróde dochádza počas vybíjania k redukcii na katóde (pozri reverznú reakciu).

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

Na zápornej elektróde dochádza počas vybíjania k oxidácii na anóde (pozri reverznú reakciu).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Počas vybíjania sa lítiové ióny (Li+) pohybujú od zápornej elektródy (grafit) cez elektrolyt (lítiové soli suspendované v roztoku) a separátor ku kladnej elektróde (LiCoO2).Súčasne sa elektróny presúvajú z anódy (grafitu) na katódu (LiCoO2), ktorá je pripojená cez vonkajší obvod.Ak sa použije externý zdroj energie, reakcia sa obráti spolu s úlohami príslušných elektród, čím sa článok nabíja.

Čo obsahuje lítium-iónová batéria

Váš typický cylindrický článok 18650, ktorý je bežným tvarovým faktorom používaným v priemysle na komerčné aplikácie od notebookov po elektrické vozidlá, má OCV (napätie naprázdno) 3,7 voltov.V závislosti od výrobcu môže dodať okolo 20 ampérov s kapacitou 3000 mAh alebo viac.Batéria sa bude skladať z viacerých článkov a vo všeobecnosti obsahuje ochranný mikročip, aby sa zabránilo prebíjaniu a vybíjaniu pod minimálnu kapacitu, čo môže viesť k prehriatiu, požiarom a výbuchom.Pozrime sa bližšie na vnútro bunky.

Pozitívna elektróda/katóda

Kľúčom k návrhu kladnej elektródy je vybrať materiál, ktorý má elektrický potenciál väčší ako 2,25 V v porovnaní s čistými lítiovými kovmi.Katódové materiály v lítium-iónových iónoch sa veľmi líšia, ale vo všeobecnosti majú vrstvené oxidy prechodných kovov lítia, ako je dizajn katódy LiCoO2, ktorý sme preskúmali skôr.Medzi ďalšie materiály patria spinely (napr. LiMn2O4) a olivíny (napr. LiFePO4).

Záporná elektróda/anóda

V ideálnej lítiovej batérii by ste ako anódu použili čistý lítiový kov, pretože poskytuje optimálnu kombináciu nízkej molekulovej hmotnosti a vysokej špecifickej kapacity možnej batérie.Existujú dva hlavné problémy, ktoré bránia použitiu lítia ako anódy v komerčných aplikáciách: bezpečnosť a reverzibilita.Lítium je vysoko reaktívne a náchylné ku katastrofickým poruchám pyrotechnického druhu.Počas nabíjania sa lítium nevráti späť do pôvodného jednotného kovového stavu, namiesto toho, aby prijalo ihličkovitú morfológiu známu ako dendrit.Tvorba dendritov môže viesť k prepichnutiu separátorov, čo môže viesť ku skratom.

Riešením, ktoré výskumníci navrhli na využitie výhod kovového lítia bez všetkých nevýhod, bola interkalácia lítia - proces vrstvenia lítiových iónov v uhlíkovom grafite alebo inom materiáli, aby sa umožnil ľahký pohyb lítiových iónov z jednej elektródy na druhú.Ďalšie mechanizmy zahŕňajú použitie anódových materiálov s lítiom, ktoré umožňujú reverzibilné reakcie.Medzi typické anódové materiály patrí grafit, zliatiny na báze kremíka, cín a titán.

Oddeľovač

Úlohou separátora je poskytnúť vrstvu elektrickej izolácie medzi zápornou a kladnou elektródou, pričom stále umožňuje iónom prechádzať cez ňu počas nabíjania a vybíjania.Musí byť tiež chemicky odolný voči degradácii elektrolytom a inými druhmi v článku a dostatočne mechanicky pevný, aby odolal opotrebovaniu.Bežné lítium-iónové separátory sú vo všeobecnosti vysoko porézne a pozostávajú z polyetylénových (PE) alebo polypropylénových (PP) fólií.

Elektrolyt

Úlohou elektrolytu v lítium-iónovom článku je poskytnúť médium, cez ktoré môžu lítiové ióny voľne prúdiť medzi katódou a anódou počas nabíjacích a vybíjacích cyklov.Cieľom je vybrať médium, ktoré je dobrým vodičom Li+ a zároveň elektronickým izolantom.Elektrolyt by mal byť tepelne stabilný a chemicky kompatibilný s ostatnými zložkami v článku.Vo všeobecnosti lítiové soli ako LiCl04, LiBF4 alebo LiPF6 suspendované v organickom rozpúšťadle, ako je dietylkarbonát, etylénkarbonát alebo dimetylkarbonát, slúžia ako elektrolyt pre konvenčné lítium-iónové konštrukcie.

Interfáza tuhého elektrolytu (SEI)

Dôležitým konštrukčným konceptom, ktorý treba pochopiť o lítium-iónových článkoch, je medzifáza pevného elektrolytu (SEI) – pasivačný film, ktorý sa vytvára na rozhraní medzi elektródou a elektrolytom, keď ióny Li+ reagujú s produktmi degradácie elektrolytu.Film sa vytvorí na negatívnej elektróde počas počiatočného nabíjania článku.SEI chráni elektrolyt pred ďalším rozkladom počas nasledujúcich nabíjaní článku.Strata tejto pasivačnej vrstvy môže nepriaznivo ovplyvniť životnosť, elektrický výkon, kapacitu a celkovú životnosť článku.Na druhej strane výrobcovia zistili, že môžu zlepšiť výkon batérie jemným doladením SEI.

Zoznámte sa s rodinou lítium-iónových batérií

Pôvab lítia ako ideálneho elektródového materiálu pre batériové aplikácie viedol k mnohým druhom lítium-iónových batérií.Tu je päť najbežnejších komerčne dostupných batérií na trhu.

Oxid lítno-kobaltový

Batériami LiCoO2 sme sa už podrobne zaoberali v tomto článku, pretože predstavujú najobľúbenejšiu chémiu pre prenosnú elektroniku, ako sú mobilné telefóny, notebooky a elektronické fotoaparáty.LiCoO2 vďačí za svoj úspech svojej vysokej špecifickej energii.Krátka životnosť, slabá tepelná stabilita a cena kobaltu nútia výrobcov prejsť na dizajn zmiešanej katódy.

Oxid lítno-mangánový

Batérie s oxidom lítno-mangánovým (LiMn2O4) používajú katódy na báze MnO2.V porovnaní so štandardnými batériami LiCoO2 sú batérie LiMn2O4 menej toxické, stoja menej a ich používanie je bezpečnejšie, no majú zníženú kapacitu.Zatiaľ čo v minulosti boli skúmané dobíjacie konštrukcie, dnešný priemysel zvyčajne používa túto chémiu pre primárne (jednocyklové) články, ktoré sa nedajú dobíjať a sú určené na likvidáciu po použití.Vďaka svojej odolnosti, vysokej tepelnej stabilite a dlhej skladovateľnosti sú skvelé pre elektrické náradie alebo lekárske prístroje.

Lítium-nikel-mangánový oxid kobaltnatý

Niekedy je celok väčší ako súčet jeho častí a lítium-nikel-mangánové batérie s oxidom kobaltu (známe aj ako batérie NCM) sa môžu pochváliť vyšším elektrickým výkonom ako LiCoO2.NCM získava svoju silu pri vyvažovaní kladov a záporov jednotlivých katódových materiálov.Jeden z najúspešnejších lítium-iónových systémov na trhu, NCM sa široko používa v pohonných jednotkách, ako sú elektrické náradie a e-bicykle.

Fosforečnan lítno-železitý

Lithium Iron Phosphate (LiFePO4) batérie dosahujú dlhú životnosť a vysoký prúdový výkon s dobrou tepelnou stabilitou pomocou nanoštruktúrovaného fosfátového katódového materiálu.Napriek týmto zlepšeniam nie je taká energeticky hustá ako technológie zmiešané s kobaltom a má najvyššiu mieru samovybíjania spomedzi ostatných batérií v tomto zozname.Batérie LiFePO4 sú obľúbené ako alternatíva k oloveným ako štartovacie batérie do auta.

Titanát lítny

Nahradením grafitovej anódy nanokryštálmi titaničitanu lítneho sa výrazne zväčší povrch anódy na približne 100 m2 na gram.Nanoštruktúrovaná anóda zvyšuje počet elektrónov, ktoré môžu pretekať obvodom, čo dáva lítium-titaničitanovým článkom schopnosť bezpečne sa nabíjať a vybíjať rýchlosťou vyššou ako 10 C (desaťnásobok menovitej kapacity).Kompromisom za najrýchlejší cyklus nabíjania a vybíjania lítium-iónových batérií je relatívne nižšie napätie 2,4 V na článok, lítium titanátové články na dolnom konci spektra energetickej hustoty lítiových batérií, ale stále vyššie ako pri alternatívnych chemikáliách, ako je nikel- kadmium.Napriek tejto nevýhode celkový elektrický výkon, vysoká spoľahlivosť, tepelná stabilita a mimoriadne dlhá životnosť batérie znamenajú, že batéria stále nachádza uplatnenie v elektrických vozidlách.

Budúcnosť lítium-iónových batérií

Spoločnosti a vlády na celom svete vyvíjajú veľký tlak na ďalší výskum a vývoj lítium-iónových a iných technológií batérií s cieľom uspokojiť rastúci dopyt po čistej energii a znížených emisiách uhlíka.Inherentne prerušované zdroje energie, ako je slnko a vietor, by mohli výrazne ťažiť z vysokej hustoty energie a dlhej životnosti lítium-iónových iónov, ktoré už pomohli tejto technológii zaujať trh s elektrickými vozidlami.

Na uspokojenie tohto rastúceho dopytu výskumníci už začali posúvať hranice existujúcich lítium-iónových batérií novými a vzrušujúcimi spôsobmi.Lítiovo-polymérové ​​(Li-Po) články nahrádzajú nebezpečné tekuté elektrolyty na báze lítiových solí bezpečnejšími polymérovými gélmi a polomokrými konštrukciami článkov, pre porovnateľný elektrický výkon so zvýšenou bezpečnosťou a nižšou hmotnosťou.Lítium v ​​tuhom stave je najnovšou technológiou na bloku, ktorá sľubuje zlepšenie hustoty energie, bezpečnosti, životnosti cyklu a celkovej životnosti so stabilitou pevného elektrolytu.Je ťažké predpovedať, ktorá technológia vyhrá preteky o ultimátne riešenie skladovania energie, ale lítium-ión bude určite aj v nadchádzajúcich rokoch hrať hlavnú úlohu v energetickom hospodárstve.

Poskytovateľ riešení skladovania energie

Vyrábame špičkové produkty, ktoré spájajú presné inžinierstvo s rozsiahlymi aplikačnými odbornými znalosťami, aby sme pomohli zákazníkom integrovať riešenia na ukladanie energie do ich produktov.BSLBATT Engineered Technologies má osvedčené technologické a integračné odborné znalosti, ktoré vám pomôžu priviesť vaše aplikácie od koncepcie až po komercializáciu.

Ak sa chcete dozvedieť viac, pozrite si náš blogový príspevok na úložisko lítiovej batérie .