Pregled litijeve baterije |BSLBATT Obnovljiva energija

BSLBATT Engineered Technologies uporablja naše izkušene inženirske, oblikovalske, kakovostne in proizvodne ekipe, da lahko našim strankam zagotovimo tehnično napredne rešitve baterij, ki izpolnjujejo edinstvene zahteve njihovih specifičnih aplikacij.Specializirani smo za načrtovanje litijevih celic in baterij, ki jih je mogoče ponovno napolniti in jih ni mogoče ponovno napolniti, saj delamo z različnimi kemikalijami litijevih celic, da ponudimo možnosti in rešitve za zahtevne aplikacije po vsem svetu.

Litijeva baterija Tehnologije

Naše široke proizvodne zmogljivosti nam omogočajo izdelavo najosnovnejših baterijskih paketov do paketov po meri s posebnimi vezji, priključki in ohišji.Od majhnega do velikega obsega imamo zmogljivosti in strokovno znanje v panogi, da izpolnimo edinstvene potrebe vseh proizvajalcev originalne opreme, saj lahko naša izkušena inženirska ekipa oblikuje, razvije, preizkusi in izdela baterije po meri za posebne potrebe večine aplikacij.

BSLBATT ponuja rešitve na ključ, ki temeljijo na zahtevah in specifikacijah strank.Sodelujemo z vodilnimi proizvajalci celic v panogi, da zagotovimo optimalne rešitve, ter razvijamo in integriramo najsodobnejšo nadzorno in nadzorno elektroniko v njegove baterijske pakete.

Kako deluje litij-ionska baterija?

Litij-ionske baterije izkoriščajo močan redukcijski potencial litijevih ionov za napajanje redoks reakcije, ki je osrednjega pomena za vse tehnologije baterij – redukcija na katodi, oksidacija na anodi.Povezovanje pozitivnega in negativnega pola baterije skozi vezje združi obe polovici redoks reakcije, kar omogoča napravi, priključeni na vezje, pridobivanje energije iz gibanja elektronov.

Medtem ko se danes v industriji uporablja veliko različnih vrst kemikalij na osnovi litija, bomo mi uporabili litijev kobaltov oksid (LiCoO2) – kemijo, ki je omogočila, da so litij-ionske baterije zamenjale nikelj-kadmijeve baterije, ki so bile običajne za potrošnike. elektronike do 90. let prejšnjega stoletja — za prikaz osnovne kemije v ozadju te priljubljene tehnologije.

Celotna reakcija za katodo LiCoO2 in grafitno anodo je naslednja:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Pri čemer prednja reakcija predstavlja polnjenje, povratna reakcija pa praznjenje.To je mogoče razdeliti na naslednje polovične reakcije:

Na pozitivni elektrodi pride med praznjenjem do redukcije na katodi (glej povratno reakcijo).

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

Na negativni elektrodi se med praznjenjem pojavi oksidacija na anodi (glej povratno reakcijo).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Med praznjenjem se litijevi ioni (Li+) premikajo od negativne elektrode (grafita) skozi elektrolit (litijeve soli, suspendirane v raztopini) in separator do pozitivne elektrode (LiCoO2).Istočasno se elektroni premikajo od anode (grafita) do katode (LiCoO2), ki je povezana preko zunanjega tokokroga.Če se uporabi zunanji vir energije, se reakcija obrne skupaj z vlogami ustreznih elektrod, ki polnijo celico.

Kaj je v litij-ionski bateriji

Vaša tipična cilindrična celica 18650, ki je običajna oblika, ki jo industrija uporablja za komercialne aplikacije od prenosnikov do električnih vozil, ima OCV (napetost odprtega tokokroga) 3,7 voltov.Odvisno od proizvajalca lahko zagotavlja približno 20 amperov s kapaciteto 3000 mAh ali več.Baterija bo sestavljena iz več celic in na splošno vključuje zaščitni mikročip za preprečevanje prekomernega polnjenja in praznjenja pod minimalno zmogljivostjo, kar lahko povzroči pregrevanje, požare in eksplozije.Oglejmo si pobližje notranjost celice.

Pozitivna elektroda/katoda

Ključ do oblikovanja pozitivne elektrode je izbira materiala, ki ima električni potencial večji od 2,25 V v primerjavi s čistimi litijevimi kovinami.Katodni materiali v litij-ionu se zelo razlikujejo, vendar imajo na splošno večplastne litijeve prehodne kovinske okside, kot je zasnova katode LiCoO2, ki smo jo raziskovali prej.Drugi materiali vključujejo spinele (tj. LiMn2O4) in olivine (tj. LiFePO4).

Negativna elektroda/anoda

V idealni litijevi bateriji bi kot anodo uporabili čisti kovinski litij, ker zagotavlja optimalno kombinacijo nizke molekulske mase in visoke specifične kapacitete, ki jo je mogoče za baterijo.Obstajata dve glavni težavi, ki preprečujeta uporabo litija kot anode v komercialnih aplikacijah: varnost in reverzibilnost.Litij je zelo reaktiven in nagnjen k katastrofalnim pirotehničnim okvaram.Tudi med polnjenjem se litij ne bo vrnil v prvotno enakomerno kovinsko stanje, namesto da bi sprejel igličasto morfologijo, znano kot dendrit.Nastajanje dendritov lahko vodi do predrtih separatorjev, kar lahko vodi do kratkih spojin.

Rešitev, ki so jo raziskovalci zasnovali za izkoriščanje prednosti kovinskega litija brez vseh slabosti, je bila interkalacija litija – postopek nanosa litijevih ionov v ogljikov grafit ali kakšen drug material, da se omogoči enostavno premikanje litijevih ionov z ene elektrode na drugo.Drugi mehanizmi vključujejo uporabo anodnih materialov z litijem, ki omogočajo reverzibilne reakcije.Tipični anodni materiali vključujejo grafit, zlitine na osnovi silicija, kositer in titan.

Ločilo

Vloga separatorja je, da zagotovi plast električne izolacije med negativno in pozitivno elektrodo, hkrati pa še vedno omogoča, da ioni potujejo skozenj med polnjenjem in praznjenjem.Biti mora tudi kemično odporen proti razgradnji zaradi elektrolita in drugih vrst v celici ter dovolj mehansko močan, da je odporen na obrabo.Običajni litij-ionski separatorji so na splošno zelo porozni in so sestavljeni iz polietilenskih (PE) ali polipropilenskih (PP) listov.

elektrolit

Vloga elektrolita v litij-ionski celici je zagotoviti medij, skozi katerega lahko litijevi ioni prosto tečejo med katodo in anodo med cikli polnjenja in praznjenja.Ideja je izbrati medij, ki je hkrati dober Li+ prevodnik in elektronski izolator.Elektrolit mora biti toplotno stabilen in kemično združljiv z drugimi komponentami v celici.Na splošno litijeve soli, kot so LiClO4, LiBF4 ali LiPF6, suspendirane v organskem topilu, kot je dietil karbonat, etilen karbonat ali dimetil karbonat, služijo kot elektrolit za običajne litij-ionske zasnove.

Interfaza trdnega elektrolita (SEI)

Pomemben koncept zasnove litij-ionskih celic, ki ga je treba razumeti, je medfaza trdnega elektrolita (SEI) – pasivacijski film, ki nastane na vmesniku med elektrodo in elektrolitom, ko ioni Li+ reagirajo s produkti razgradnje elektrolita.Film nastane na negativni elektrodi med začetnim polnjenjem celice.SEI ščiti elektrolit pred nadaljnjo razgradnjo med nadaljnjimi polnjenji celice.Izguba te pasivne plasti lahko negativno vpliva na življenjsko dobo celice, električno zmogljivost, zmogljivost in celotno življenjsko dobo celice.Na drugi strani so proizvajalci ugotovili, da lahko izboljšajo zmogljivost baterije s fino nastavitvijo SEI.

Spoznajte družino litij-ionskih baterij

Privlačnost litija kot idealnega elektrodnega materiala za uporabo v baterijah je pripeljala do številnih vrst litij-ionskih baterij.Tukaj je pet najpogostejših komercialno dostopnih baterij na trgu.

Litijev kobaltov oksid

V tem članku smo že poglobljeno obravnavali baterije LiCoO2, ker predstavljajo najbolj priljubljeno kemijo za prenosno elektroniko, kot so mobilni telefoni, prenosni računalniki in elektronske kamere.LiCoO2 dolguje svoj uspeh visoki specifični energiji.Zaradi kratke življenjske dobe, slabe toplotne stabilnosti in cene kobalta so proizvajalci prešli na zasnove z mešano katodo.

Litijev manganov oksid

Litij-manganovo-oksidne baterije (LiMn2O4) uporabljajo katode na osnovi MnO2.V primerjavi s standardnimi baterijami LiCoO2 so baterije LiMn2O4 manj strupene, cenejše in varnejše za uporabo, vendar z zmanjšano zmogljivostjo.Medtem ko so zasnove za ponovno polnjenje raziskovali v preteklosti, današnja industrija običajno uporablja to kemijo za primarne (enociklične) celice, ki jih ni mogoče ponovno napolniti in so namenjene za odlaganje po uporabi.Zaradi vzdržljivosti, visoke toplotne stabilnosti in dolge življenjske dobe so odlični za električna orodja ali medicinske naprave.

Litij, nikelj, mangan, kobaltov oksid

Včasih je celota večja od vsote njenih delov in baterije litij-nikelj-mangan-kobalt-oksid (znane tudi kot baterije NCM) se ponašajo z večjo električno zmogljivostjo kot LiCoO2.NCM pridobi svojo moč pri uravnoteženju prednosti in slabosti svojih posameznih katodnih materialov.Eden najuspešnejših litij-ionskih sistemov na trgu, NCM, se pogosto uporablja v pogonskih sklopih, kot so električna orodja in e-kolesa.

Litijev železov fosfat

Baterije na osnovi litijevega železovega fosfata (LiFePO4) dosegajo dolgo življenjsko dobo in visoko nazivno vrednost toka z dobro termično stabilnostjo s pomočjo nanostrukturiranega fosfatnega katodnega materiala.Kljub tem izboljšavam ni tako energijsko gosta kot tehnologije z mešanico kobalta in ima najvišjo stopnjo samopraznjenja med drugimi baterijami na tem seznamu.Baterije LiFePO4 so priljubljene kot alternativa svinčevim akumulatorjem za zagon avtomobilov.

Litijev titanat

Zamenjava grafitne anode z nanokristali litijevega titanata močno poveča površino anode na približno 100 m2 na gram.Nanostrukturirana anoda poveča število elektronov, ki lahko tečejo skozi tokokrog, kar daje celicam iz litijevega titanata možnost varnega polnjenja in praznjenja pri hitrostih, višjih od 10 C (desetkratna nazivna zmogljivost).Kompromis za najhitrejši cikel polnjenja in praznjenja litij-ionskih baterij je sorazmerno nižja napetost 2,4 V na celico, celice iz litijevega titanata na spodnjem koncu spektra energijske gostote litijevih baterij, vendar še vedno višje od alternativnih kemikalij, kot so nikelj- kadmij.Kljub tej pomanjkljivosti splošna električna zmogljivost, visoka zanesljivost, toplotna stabilnost in izjemno dolga življenjska doba pomenijo, da se baterija še vedno uporablja v električnih vozilih.

Prihodnost litij-ionskih baterij

Podjetja in vlade po vsem svetu si močno prizadevajo za nadaljnje raziskave in razvoj litij-ionskih in drugih baterijskih tehnologij, da bi zadostili naraščajočemu povpraševanju po čisti energiji in zmanjšanih emisijah ogljika.Inherentno intermitentni viri energije, kot sta sonce in veter, bi lahko imeli velike koristi od visoke energijske gostote litijevega iona in dolge življenjske dobe, kar je tehnologiji že pomagalo zaobiti trg električnih vozil.

Da bi zadostili temu naraščajočemu povpraševanju, so raziskovalci že začeli premikati meje obstoječih litij-ionskih na nove in vznemirljive načine.Litijeve polimerne (Li-Po) celice nadomeščajo nevarne tekoče elektrolite na osnovi litijeve soli z varnejšimi polimernimi geli in napol mokrimi celicami za primerljivo električno zmogljivost z izboljšano varnostjo in manjšo težo.Polprevodniški litij je najnovejša tehnologija v bloku, ki obljublja izboljšave gostote energije, varnosti, življenjske dobe in splošne dolgoživosti s stabilnostjo trdnega elektrolita.Težko je napovedati, katera tehnologija bo zmagala v tekmi za najboljšo rešitev za shranjevanje energije, vendar bo litij-ion zagotovo še naprej igral pomembno vlogo v energetskem gospodarstvu v prihodnjih letih.

Ponudnik rešitev za shranjevanje energije

Izdelujemo vrhunske izdelke, ki združujejo natančno inženirstvo z obsežnim strokovnim znanjem o aplikacijah, da strankam pomagamo pri integraciji rešitev za shranjevanje energije v njihove izdelke.BSLBATT Engineered Technologies ima preizkušeno tehnologijo in strokovno znanje o integraciji, da vaše aplikacije pripelje od zasnove do komercializacije.

Če želite izvedeti več, si oglejte našo objavo v spletnem dnevniku shranjevanje litijeve baterije .