ภาพรวมแบตเตอรี่ลิเธียม | BSLBATT พลังงานทดแทน

BSLBATT Engineered Technologies ใช้ทีมงานวิศวกรรม การออกแบบ คุณภาพ และการผลิตที่มีประสบการณ์ของเรา เพื่อให้ลูกค้าของเราสามารถมั่นใจได้ถึงโซลูชันแบตเตอรี่ขั้นสูงทางเทคนิคที่ตอบสนองความต้องการเฉพาะของการใช้งานเฉพาะของพวกเขา เราเชี่ยวชาญในการออกแบบเซลล์และชุดแบตเตอรี่ลิเธียมแบบชาร์จซ้ำได้และไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ โดยทำงานร่วมกับเคมีเซลล์ลิเธียมหลากหลายประเภทเพื่อเสนอทางเลือกและโซลูชันสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูงทั่วโลก

ชุดแบตเตอรี่ลิเธียม เทคโนโลยี

ความสามารถในการผลิตที่กว้างขวางของเราช่วยให้เราสามารถสร้างชุดแบตเตอรี่พื้นฐานที่สุด ไปจนถึงชุดแบบกำหนดเองที่มีวงจร ตัวเชื่อมต่อ และตัวเรือนแบบพิเศษ ตั้งแต่ปริมาณน้อยไปจนถึงสูง เรามีความสามารถและความเชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของ OEM ทั้งหมด เนื่องจากทีมวิศวกรที่มีประสบการณ์ของเราสามารถออกแบบ พัฒนา ทดสอบ และผลิตโซลูชันแบตเตอรี่แบบกำหนดเองสำหรับความต้องการเฉพาะของการใช้งานส่วนใหญ่

BSLBATT นำเสนอโซลูชั่นแบบครบวงจรตามความต้องการและข้อมูลจำเพาะของลูกค้า เราร่วมมือกับผู้ผลิตเซลล์ชั้นนำของอุตสาหกรรมเพื่อจัดหาโซลูชันที่เหมาะสมที่สุด และเราพัฒนาและรวมระบบอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมและตรวจสอบที่ซับซ้อนที่สุดไว้ในชุดแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานอย่างไร?

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้ประโยชน์จากศักยภาพรีดิวซ์ที่แข็งแกร่งของลิเธียมไอออนในการจ่ายพลังงานให้กับปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เป็นศูนย์กลางของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ทั้งหมด เช่น รีดักชันที่แคโทด ออกซิเดชันที่แอโนด การเชื่อมต่อขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ผ่านวงจร จะรวมปฏิกิริยารีดอกซ์ทั้งสองซีกเข้าด้วยกัน ทำให้อุปกรณ์ที่ติดอยู่กับวงจรสามารถดึงพลังงานจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนได้

แม้ว่าในปัจจุบันจะมีสารเคมีที่ใช้ลิเธียมหลายประเภทที่ใช้ในอุตสาหกรรมนี้ แต่เราจะใช้ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LiCoO2) ซึ่งเป็นสารเคมีที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถทดแทนแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับผู้บริโภค อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จนถึงยุค 90 เพื่อสาธิตเคมีพื้นฐานเบื้องหลังเทคโนโลยียอดนิยมนี้

ปฏิกิริยาเต็มรูปแบบสำหรับแคโทด LiCoO2 และกราไฟท์แอโนดมีดังนี้:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

โดยที่ปฏิกิริยาไปข้างหน้าแสดงถึงการชาร์จ และปฏิกิริยาย้อนกลับแสดงถึงการคายประจุ นี้สามารถแบ่งออกเป็นครึ่งปฏิกิริยาดังต่อไปนี้:

ที่อิเล็กโทรดบวก การลดลงที่แคโทดจะเกิดขึ้นระหว่างการคายประจุ (ดูปฏิกิริยาย้อนกลับ)

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

ที่ขั้วลบ การเกิดออกซิเดชันที่ขั้วบวกจะเกิดขึ้นระหว่างการคายประจุ (ดูปฏิกิริยาย้อนกลับ)

C + xLi+ + อี- ⇌ LixC

ในระหว่างการคายประจุ ลิเธียมไอออน (Li+) จะเคลื่อนที่จากอิเล็กโทรดลบ (กราไฟท์) ผ่านอิเล็กโทรไลต์ (เกลือลิเธียมที่แขวนลอยอยู่ในสารละลาย) และตัวแยกไปยังอิเล็กโทรดบวก (LiCoO2) ในเวลาเดียวกัน อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากแอโนด (กราไฟต์) ไปยังแคโทด (LiCoO2) ซึ่งเชื่อมต่อกันผ่านวงจรภายนอก หากใช้แหล่งพลังงานภายนอก ปฏิกิริยาจะกลับกันพร้อมกับบทบาทของอิเล็กโทรดที่เกี่ยวข้องในการชาร์จเซลล์

มีอะไรอยู่ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

เซลล์ 18650 ทรงกระบอกทั่วไปของคุณ ซึ่งเป็นฟอร์มแฟคเตอร์ทั่วไปที่ใช้โดยอุตสาหกรรมสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ตั้งแต่แล็ปท็อปไปจนถึงยานพาหนะไฟฟ้า มี OCV (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด) ที่ 3.7 โวลต์ สามารถจ่ายกระแสไฟได้ประมาณ 20 แอมป์ที่มีความจุ 3000mAh หรือมากกว่านั้น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับผู้ผลิต ชุดแบตเตอรี่จะประกอบด้วยเซลล์หลายเซลล์ และโดยทั่วไปจะมีไมโครชิปป้องกันเพื่อป้องกันการประจุไฟเกินและการคายประจุต่ำกว่าความจุขั้นต่ำ ซึ่งอาจนำไปสู่ความร้อนสูงเกินไป เพลิงไหม้ และการระเบิดได้ มาดูภายในเซลล์กันดีกว่า

อิเล็กโทรดบวก/แคโทด

กุญแจสำคัญในการออกแบบอิเล็กโทรดเชิงบวกคือการเลือกวัสดุที่มีศักยภาพไฟฟ้ามากกว่า 2.25V เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะลิเธียมบริสุทธิ์ วัสดุแคโทดในลิเธียมไอออนมีความแตกต่างกันอย่างมาก แต่โดยทั่วไปแล้วพวกมันจะมีชั้นออกไซด์ของโลหะทรานซิชันลิเธียม เหมือนกับการออกแบบแคโทด LiCoO2 ที่เราสำรวจไปก่อนหน้านี้ วัสดุอื่นๆ ได้แก่ นิล (เช่น LiMn2O4) และโอลิวีน (เช่น LiFePO4)

อิเล็กโทรดเชิงลบ/แอโนด

ในแบตเตอรี่ลิเธียมในอุดมคติ คุณจะต้องใช้โลหะลิเธียมบริสุทธิ์เป็นขั้วบวก เนื่องจากมีการผสมผสานที่เหมาะสมระหว่างน้ำหนักโมเลกุลต่ำและความจุจำเพาะสูงที่เป็นไปได้สำหรับแบตเตอรี่ มีปัญหาหลักสองประการที่ทำให้ลิเธียมไม่ถูกนำมาใช้เป็นขั้วบวกในการใช้งานเชิงพาณิชย์: ความปลอดภัยและการพลิกกลับได้ ลิเธียมมีปฏิกิริยาสูงและมีแนวโน้มที่จะเกิดความล้มเหลวอย่างรุนแรงในรูปแบบพลุไฟ นอกจากนี้ในระหว่างการชาร์จ ลิเธียมจะไม่กลับเข้าสู่สถานะโลหะที่สม่ำเสมอดังเดิม แทนที่จะใช้สัณฐานวิทยาคล้ายเข็มที่เรียกว่าเดนไดรต์ การก่อตัวของเดนไดรต์อาจทำให้เกิดตัวคั่นที่เจาะทะลุซึ่งอาจทำให้เกิดกางเกงขาสั้นได้

นักวิจัยด้านโซลูชันวางแผนที่จะใช้ประโยชน์จากข้อดีของโลหะลิเธียมโดยไม่มีข้อเสียทั้งหมดคือการแทรกแซงลิเธียม ซึ่งเป็นกระบวนการวางไอออนลิเธียมเป็นชั้นภายในกราไฟต์คาร์บอนหรือวัสดุอื่นๆ เพื่อให้เคลื่อนย้ายไอออนลิเธียมจากอิเล็กโทรดหนึ่งไปยังอีกอิเล็กโทรดได้ง่าย กลไกอื่นๆ เกี่ยวข้องกับการใช้วัสดุแอโนดกับลิเธียมที่ทำให้ปฏิกิริยาย้อนกลับเป็นไปได้มากขึ้น วัสดุแอโนดทั่วไป ได้แก่ กราไฟท์ โลหะผสมที่มีซิลิคอน ดีบุก และไทเทเนียม

ตัวคั่น

บทบาทของตัวแยกคือการสร้างชั้นฉนวนไฟฟ้าระหว่างขั้วลบและขั้วบวก ในขณะที่ยังคงปล่อยให้ไอออนเดินทางผ่านได้ระหว่างประจุและคายประจุ นอกจากนี้ยังต้องทนต่อสารเคมีต่อการย่อยสลายโดยอิเล็กโทรไลต์และสายพันธุ์อื่นๆ ในเซลล์ และมีความแข็งแรงทางกลเพียงพอที่จะต้านทานการสึกหรอ ตัวแยกลิเธียมไอออนทั่วไปโดยทั่วไปมีลักษณะเป็นรูพรุนสูงและประกอบด้วยแผ่นโพลีเอทิลีน (PE) หรือโพลีโพรพีลีน (PP)

อิเล็กโทรไลต์

บทบาทของอิเล็กโทรไลต์ในเซลล์ลิเธียมไอออนคือการเป็นตัวกลางที่ลิเธียมไอออนสามารถไหลได้อย่างอิสระระหว่างแคโทดและแอโนดในระหว่างรอบการชาร์จและคายประจุ แนวคิดก็คือการเลือกสื่อที่เป็นทั้งตัวนำ Li+ ที่ดีและฉนวนไฟฟ้า อิเล็กโทรไลต์ควรมีความเสถียรทางความร้อน และเข้ากันได้ทางเคมีกับส่วนประกอบอื่นๆ ในเซลล์ โดยทั่วไป เกลือลิเธียม เช่น LiClO4, LiBF4 หรือ LiPF6 ที่แขวนลอยอยู่ในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น ไดเอทิลคาร์บอเนต เอทิลีนคาร์บอเนต หรือไดเมทิลคาร์บอเนต ทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์สำหรับการออกแบบลิเธียมไอออนทั่วไป

เฟสอิเล็กโทรไลต์แข็ง (SEI)

แนวคิดการออกแบบที่สำคัญในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับเซลล์ลิเธียมไอออนคือเฟสโซลิดอิเล็กโทรไลต์อินเตอร์เฟส (SEI) ซึ่งเป็นฟิล์มทู่ที่สร้างขึ้นที่ส่วนเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์เมื่อ Li+ ไอออนทำปฏิกิริยากับผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ ฟิล์มก่อตัวบนขั้วไฟฟ้าลบระหว่างการชาร์จครั้งแรกของเซลล์ SEI ปกป้องอิเล็กโทรไลต์จากการสลายตัวเพิ่มเติมในระหว่างการชาร์จของเซลล์ในภายหลัง การสูญเสียชั้นที่ทำให้เกิดปฏิกิริยานี้อาจส่งผลเสียต่อวงจรชีวิต ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ความจุ และอายุการใช้งานโดยรวมของเซลล์ ในทางกลับกัน ผู้ผลิตพบว่าสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้โดยการปรับ SEI อย่างละเอียด

พบกับกลุ่มแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

เสน่ห์ของลิเธียมในฐานะวัสดุอิเล็กโทรดที่เหมาะสำหรับการใช้งานกับแบตเตอรี่ได้นำไปสู่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหลายประเภท ต่อไปนี้เป็นแบตเตอรี่ห้าชนิดที่มีจำหน่ายทั่วไปในตลาด

ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์

เราได้กล่าวถึงแบตเตอรี่ LiCoO2 แบบเจาะลึกแล้วในบทความนี้ เนื่องจากแบตเตอรี่แสดงถึงคุณสมบัติทางเคมีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา เช่น โทรศัพท์มือถือ แล็ปท็อป และกล้องอิเล็กทรอนิกส์ LiCoO2 ประสบความสำเร็จจากพลังงานจำเพาะที่สูง อายุการใช้งานสั้น ความเสถียรทางความร้อนต่ำ และราคาของโคบอลต์ทำให้ผู้ผลิตต้องเปลี่ยนมาใช้การออกแบบแคโทดแบบผสม

ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์

แบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ (LiMn2O4) ใช้แคโทดที่มี MnO2 เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ LiCoO2 มาตรฐาน แบตเตอรี่ LiMn2O4 มีพิษน้อยกว่า ต้นทุนน้อยกว่า และปลอดภัยกว่าในการใช้งาน แต่มีความจุลดลง แม้ว่าในอดีตจะมีการสำรวจการออกแบบที่ชาร์จใหม่ได้ แต่อุตสาหกรรมในปัจจุบันมักใช้คุณสมบัติทางเคมีนี้กับเซลล์หลัก (รอบเดียว) ซึ่งไม่สามารถชาร์จใหม่ได้และควรทิ้งหลังการใช้งาน ทนทาน มีเสถียรภาพทางความร้อนสูง และอายุการเก็บรักษาที่ยาวนาน ทำให้เหมาะสำหรับเครื่องมือไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ทางการแพทย์

ลิเธียม นิกเกิล แมงกานีส โคบอลต์ ออกไซด์

บางครั้งแบตเตอรี่ทั้งหมดมีค่ามากกว่าผลรวมของชิ้นส่วน และแบตเตอรี่ลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์ (หรือที่รู้จักในชื่อแบตเตอรี่ NCM) ก็มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้ามากกว่า LiCoO2 NCM มีความแข็งแกร่งในการสร้างสมดุลระหว่างข้อดีและข้อเสียของวัสดุแคโทดแต่ละชนิด หนึ่งในระบบลิเธียมไอออนที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดในตลาด NCM ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบส่งกำลัง เช่น เครื่องมือไฟฟ้าและจักรยานไฟฟ้า

ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) มีอายุการใช้งานยาวนานและมีอัตรากระแสไฟสูง พร้อมเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีด้วยความช่วยเหลือของวัสดุแคโทดฟอสเฟตที่มีโครงสร้างนาโน แม้จะมีการปรับปรุงเหล่านี้ แต่ก็ไม่ได้หนาแน่นพลังงานเท่ากับเทคโนโลยีผสมโคบอลต์ และมีอัตราการคายประจุเองสูงที่สุดเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่อื่นๆ ในรายการนี้ แบตเตอรี่ LiFePO4 ได้รับความนิยมเป็นทางเลือกแทนกรดตะกั่วเป็นแบตเตอรี่สตาร์ทรถยนต์

ลิเธียมไททาเนต

การแทนที่แกรไฟต์แอโนดด้วยนาโนคริสตัลลิเธียมไททาเนตจะเพิ่มพื้นที่ผิวของแอโนดอย่างมากเป็นประมาณ 100 ตารางเมตรต่อกรัม แอโนดที่มีโครงสร้างนาโนจะเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนที่สามารถไหลผ่านวงจรได้ ทำให้เซลล์ลิเธียมไททาเนตสามารถชาร์จและคายประจุได้อย่างปลอดภัยในอัตราที่สูงกว่า 10C (ความจุสูงสุดสิบเท่า) ข้อดีข้อเสียของการมีวงจรการชาร์จและการคายประจุที่เร็วที่สุดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำกว่า 2.4V ต่อเซลล์ เซลล์ลิเธียมไททาเนตอยู่ที่ปลายล่างของสเปกตรัมความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียม แต่ก็ยังสูงกว่าเคมีทางเลือกอื่นๆ เช่น นิกเกิล- แคดเมียม. แม้จะมีข้อเสียนี้ ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าโดยรวม ความน่าเชื่อถือสูง ความเสถียรทางความร้อน และอายุการใช้งานวงจรที่ยาวนานเป็นพิเศษ หมายความว่าแบตเตอรี่ยังคงเห็นการใช้งานในยานพาหนะไฟฟ้า

อนาคตของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

มีแรงผลักดันครั้งใหญ่จากบริษัทและรัฐบาลทั่วโลกให้ดำเนินการวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมเกี่ยวกับลิเธียมไอออนและเทคโนโลยีแบตเตอรี่อื่นๆ เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานสะอาดที่เพิ่มขึ้นและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน แหล่งพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องโดยธรรมชาติ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และลมอาจได้รับประโยชน์อย่างมากจากความหนาแน่นของพลังงานที่สูงของลิเธียมไอออนและอายุการใช้งานที่ยาวนาน ซึ่งได้ช่วยให้เทคโนโลยีเข้าสู่ตลาดรถยนต์ไฟฟ้าแล้ว

เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นนี้ นักวิจัยได้เริ่มผลักดันขอบเขตของลิเธียมไอออนที่มีอยู่แล้วด้วยวิธีใหม่และน่าตื่นเต้น เซลล์ลิเธียมโพลีเมอร์ (Li-Po) แทนที่อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้เกลือลิเธียมของเหลวที่เป็นอันตรายด้วยเจลโพลีเมอร์ที่ปลอดภัยกว่าและการออกแบบเซลล์กึ่งเปียก เพื่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่เทียบเคียงได้พร้อมความปลอดภัยที่ดีขึ้นและน้ำหนักที่เบาลง ลิเธียมโซลิดสเตตเป็นเทคโนโลยีใหม่ล่าสุดในบล็อก ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะปรับปรุงในด้านความหนาแน่นของพลังงาน ความปลอดภัย อายุการใช้งานของวงจร และอายุการใช้งานโดยรวมที่ยืนยาวด้วยความเสถียรของอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง เป็นเรื่องยากที่จะคาดเดาว่าเทคโนโลยีใดจะชนะการแข่งขันสำหรับโซลูชันการจัดเก็บพลังงานขั้นสูงสุด แต่ลิเธียมไอออนจะยังคงมีบทบาทสำคัญในการประหยัดพลังงานต่อไปในปีต่อๆ ไป

ผู้ให้บริการโซลูชั่นการจัดเก็บพลังงาน

เราผลิตผลิตภัณฑ์ที่ทันสมัย ​​โดยผสมผสานวิศวกรรมที่มีความแม่นยำเข้ากับความเชี่ยวชาญด้านการใช้งานที่กว้างขวาง เพื่อช่วยลูกค้าในการบูรณาการโซลูชันการจัดเก็บพลังงานเข้ากับผลิตภัณฑ์ของตน BSLBATT Engineered Technologies มีเทคโนโลยีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและความเชี่ยวชาญในการบูรณาการเพื่อนำแอปพลิเคชันของคุณจากแนวคิดไปสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติม โปรดดูบล็อกโพสต์ของเราที่ การจัดเก็บแบตเตอรี่ลิเธียม -