Tổng quan về pin lithium | BSLBATT Năng lượng tái tạo

BSLBATT Engineered Technologies sử dụng các nhóm Kỹ thuật, Thiết kế, Chất lượng và Sản xuất giàu kinh nghiệm của chúng tôi để khách hàng có thể yên tâm về các giải pháp pin kỹ thuật tiên tiến đáp ứng các yêu cầu riêng của các ứng dụng cụ thể của họ. Chúng tôi chuyên thiết kế bộ pin và pin lithium có thể sạc lại và không sạc lại được cũng như hợp tác với nhiều nhà máy hóa học pin lithium để cung cấp các tùy chọn và giải pháp cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trên toàn thế giới.

Bộ pin lithium Công nghệ

Khả năng sản xuất rộng rãi của chúng tôi cho phép chúng tôi chế tạo các bộ pin cơ bản nhất, cho đến các gói tùy chỉnh có mạch, đầu nối và vỏ chuyên dụng. Từ số lượng thấp đến số lượng lớn, chúng tôi có khả năng và chuyên môn trong ngành để đáp ứng nhu cầu riêng của tất cả các OEM vì đội ngũ kỹ thuật giàu kinh nghiệm của chúng tôi có thể thiết kế, phát triển, thử nghiệm và sản xuất các giải pháp pin tùy chỉnh cho nhu cầu cụ thể của hầu hết các ứng dụng.

BSLBATT cung cấp các giải pháp chìa khóa trao tay dựa trên yêu cầu và thông số kỹ thuật của khách hàng. Chúng tôi hợp tác với các nhà sản xuất tế bào hàng đầu trong ngành để cung cấp các giải pháp tối ưu, đồng thời chúng tôi phát triển và tích hợp các thiết bị điện tử giám sát và điều khiển tinh vi nhất vào bộ pin của mình.

Pin Lithium-Ion hoạt động như thế nào?

Pin lithium-ion tận dụng khả năng khử mạnh của các ion lithium để cung cấp năng lượng cho phản ứng oxy hóa khử trung tâm của tất cả các công nghệ pin - khử ở cực âm, oxy hóa ở cực dương. Việc kết nối các cực dương và cực âm của pin thông qua một mạch điện sẽ kết hợp hai nửa của phản ứng oxi hóa khử, cho phép thiết bị gắn vào mạch lấy năng lượng từ chuyển động của các electron.

Mặc dù ngày nay có nhiều loại hóa chất dựa trên lithium khác nhau được sử dụng trong ngành công nghiệp, nhưng chúng tôi sẽ sử dụng Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) - loại hóa chất cho phép pin lithium-ion thay thế pin niken-cadmium vốn là tiêu chuẩn cho người tiêu dùng. điện tử cho đến những năm 90 - để chứng minh tính chất hóa học cơ bản đằng sau công nghệ phổ biến này.

Phản ứng đầy đủ đối với cực âm LiCoO2 và cực dương than chì như sau:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Trong đó phản ứng thuận biểu thị sự tích điện và phản ứng nghịch biểu thị sự phóng điện. Điều này có thể được chia thành các nửa phản ứng sau:

Ở điện cực dương, sự khử ở cực âm xảy ra trong quá trình phóng điện (xem phản ứng ngược).

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

Ở điện cực âm, quá trình oxy hóa ở cực dương xảy ra trong quá trình phóng điện (xem phản ứng ngược).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Trong quá trình phóng điện, các ion lithium (Li+) di chuyển từ điện cực âm (graphite) qua chất điện phân (muối lithium lơ lửng trong dung dịch) và thiết bị phân tách đến điện cực dương (LiCoO2). Đồng thời, các electron di chuyển từ cực dương (graphite) sang cực âm (LiCoO2) được kết nối thông qua mạch điện bên ngoài. Nếu sử dụng nguồn điện bên ngoài, phản ứng sẽ bị đảo ngược cùng với vai trò của các điện cực tương ứng, sạc pin.

Có gì trong pin Lithium-Ion

Tế bào 18650 hình trụ điển hình của bạn, là hệ số hình dạng phổ biến được ngành sử dụng cho các ứng dụng thương mại từ máy tính xách tay đến xe điện, có OCV (điện áp mạch hở) là 3,7 volt. Tùy thuộc vào nhà sản xuất, nó có thể cung cấp khoảng 20 amps với dung lượng 3000mAh trở lên. Bộ pin sẽ bao gồm nhiều ô và thường bao gồm một vi mạch bảo vệ để ngăn chặn việc sạc quá mức và xả dưới mức công suất tối thiểu, điều này có thể dẫn đến quá nhiệt, cháy và nổ. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn bên trong tế bào.

Điện Cực Dương/Cực Âm

Chìa khóa để thiết kế điện cực dương là chọn vật liệu có điện thế lớn hơn 2,25V khi so sánh với kim loại lithium nguyên chất. Vật liệu catốt trong lithium-ion rất khác nhau, nhưng nhìn chung chúng có các oxit kim loại chuyển tiếp lithium xếp lớp, giống như thiết kế cực âm LiCoO2 mà chúng ta đã khám phá trước đó. Các vật liệu khác bao gồm Spinel (tức là LiMn2O4) và olivin (tức là LiFePO4).

Điện cực âm/Anode

Trong một pin lithium lý tưởng, bạn sẽ sử dụng kim loại lithium nguyên chất làm cực dương vì nó mang lại sự kết hợp tối ưu giữa trọng lượng phân tử thấp và dung lượng riêng cao có thể có cho pin. Có hai vấn đề chính ngăn cản việc sử dụng lithium làm cực dương trong các ứng dụng thương mại: độ an toàn và khả năng đảo ngược. Lithium có tính phản ứng cao và dễ gặp phải các dạng hư hỏng thảm khốc như pháo hoa. Ngoài ra, trong quá trình tích điện, lithium sẽ không trở lại trạng thái kim loại đồng nhất ban đầu mà thay vào đó có hình thái giống như chiếc kim được gọi là dendrite. Sự hình thành dendrite có thể dẫn đến các dải phân cách bị thủng và có thể gây ra hiện tượng chập mạch.

Giải pháp mà các nhà nghiên cứu nghĩ ra để khai thác những ưu điểm của kim loại lithium mà không có tất cả những nhược điểm là xen kẽ lithium – quá trình xếp lớp các ion lithium bên trong than chì cacbon hoặc một số vật liệu khác, để cho phép các ion lithium di chuyển dễ dàng từ điện cực này sang điện cực khác. Các cơ chế khác liên quan đến việc sử dụng vật liệu cực dương với lithium để tạo ra các phản ứng thuận nghịch dễ xảy ra hơn. Vật liệu làm cực dương điển hình bao gồm than chì, hợp kim gốc silicon, thiếc và titan.

Dấu phân cách

Vai trò của thiết bị phân tách là cung cấp một lớp cách điện giữa các điện cực âm và dương, đồng thời vẫn cho phép các ion di chuyển qua nó trong quá trình tích điện và phóng điện. Nó cũng phải có khả năng chống lại sự phân hủy về mặt hóa học bởi chất điện phân và các chất khác trong tế bào và đủ mạnh về mặt cơ học để chống lại sự hao mòn. Các máy tách lithium-ion thông thường thường có độ xốp cao và bao gồm các tấm polyetylen (PE) hoặc polypropylen (PP).

chất điện giải

Vai trò của chất điện phân trong pin lithium-ion là cung cấp môi trường để các ion lithium có thể di chuyển tự do giữa cực âm và cực dương trong các chu kỳ sạc và phóng điện. Ý tưởng là chọn một môi trường vừa là chất dẫn Li+ tốt vừa là chất cách điện. Chất điện phân phải ổn định về nhiệt và tương thích hóa học với các thành phần khác trong tế bào. Nói chung, các muối lithium như LiClO4, LiBF4 hoặc LiPF6 lơ lửng trong dung môi hữu cơ như dietyl cacbonat, ethylene cacbonat hoặc dimethyl cacbonat đóng vai trò là chất điện phân cho các thiết kế lithium-ion thông thường.

Pha điện phân rắn (SEI)

Một khái niệm thiết kế quan trọng cần hiểu về pin lithium-ion là pha trung gian chất điện phân rắn (SEI) - một màng thụ động hình thành ở bề mặt tiếp xúc giữa điện cực và chất điện phân khi các ion Li+ phản ứng với các sản phẩm phân hủy của chất điện phân. Lớp màng này hình thành trên điện cực âm trong quá trình tích điện ban đầu của tế bào. SEI bảo vệ chất điện phân khỏi bị phân hủy thêm trong quá trình sạc pin tiếp theo. Việc mất lớp thụ động này có thể ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ của chu trình, hiệu suất điện, công suất và tuổi thọ tổng thể của tế bào. Mặt khác, các nhà sản xuất nhận thấy rằng họ có thể cải thiện hiệu suất pin bằng cách tinh chỉnh SEI.

Gặp gỡ dòng pin Lithium-Ion

Sức hấp dẫn của lithium như một vật liệu điện cực lý tưởng cho các ứng dụng pin đã dẫn đến nhiều loại pin lithium-ion. Dưới đây là năm loại pin thương mại phổ biến nhất trên thị trường.

Liti Coban Oxit

Chúng tôi đã đề cập sâu về pin LiCoO2 trong bài viết này vì nó đại diện cho chất hóa học phổ biến nhất dành cho các thiết bị điện tử cầm tay như điện thoại di động, máy tính xách tay và máy ảnh điện tử. LiCoO2 có được thành công nhờ năng lượng riêng cao. Tuổi thọ ngắn, độ ổn định nhiệt kém và giá coban khiến các nhà sản xuất phải chuyển sang thiết kế cực âm hỗn hợp.

Oxit mangan liti

Pin lithium mangan oxit (LiMn2O4) sử dụng cực âm dựa trên MnO2. So với pin LiCoO2 tiêu chuẩn, pin LiMn2O4 ít độc hại hơn, giá thành thấp hơn và sử dụng an toàn hơn nhưng công suất giảm. Trong khi các thiết kế có thể sạc lại đã được khám phá trước đây, ngành công nghiệp ngày nay thường sử dụng chất hóa học này cho các tế bào sơ cấp (chu trình đơn) không thể sạc lại và sẽ được xử lý sau khi sử dụng. Độ bền cao, độ ổn định nhiệt cao và thời hạn sử dụng lâu dài khiến chúng trở nên lý tưởng cho các dụng cụ điện hoặc thiết bị y tế.

Lithium Niken Mangan Cobalt Oxit

Đôi khi tổng thể lớn hơn tổng các bộ phận của nó và pin oxit coban mangan lithium niken (còn được gọi là pin NCM) có hiệu suất điện cao hơn LiCoO2. NCM đạt được thế mạnh trong việc cân bằng ưu và nhược điểm của từng vật liệu catốt riêng lẻ. Là một trong những hệ thống lithium-ion thành công nhất trên thị trường, NCM được sử dụng rộng rãi trong các hệ truyền động như dụng cụ điện và xe đạp điện.

Liti sắt photphat

Pin Lithium Iron Phosphate (LiFePO4) đạt được tuổi thọ dài và định mức dòng điện cao với độ ổn định nhiệt tốt nhờ sự trợ giúp của vật liệu catốt photphat có cấu trúc nano. Bất chấp những cải tiến này, nó không đậm đặc năng lượng như công nghệ pha trộn coban và nó có tốc độ tự xả cao nhất so với các loại pin khác trong danh sách này. Pin LiFePO4 được sử dụng rộng rãi như một giải pháp thay thế axit chì làm ắc quy khởi động ô tô.

Liti Titanat

Việc thay thế cực dương than chì bằng tinh thể nano lithium titanate làm tăng đáng kể diện tích bề mặt của cực dương lên khoảng 100 m2 mỗi gam. Cực dương có cấu trúc nano làm tăng số lượng electron có thể chạy qua mạch, giúp tế bào lithium titanate có khả năng sạc và xả an toàn ở tốc độ lớn hơn 10C (gấp 10 lần công suất định mức của nó). Sự đánh đổi để có chu kỳ sạc và xả nhanh nhất của pin lithium-ion là điện áp tương đối thấp hơn 2,4V trên mỗi tế bào, các tế bào lithium titanate ở đầu dưới của phổ mật độ năng lượng của pin lithium nhưng vẫn cao hơn các hóa chất thay thế như niken- cadimi. Bất chấp nhược điểm này, hiệu suất điện tổng thể, độ tin cậy cao, ổn định nhiệt và tuổi thọ cực dài có nghĩa là pin vẫn được sử dụng trong xe điện.

Tương lai của pin Lithium-Ion

Có sự thúc đẩy lớn từ các công ty và chính phủ trên toàn cầu trong việc theo đuổi nghiên cứu và phát triển sâu hơn về lithium-ion và các công nghệ pin khác nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng sạch và giảm lượng khí thải carbon. Các nguồn năng lượng vốn không liên tục như năng lượng mặt trời và gió có thể được hưởng lợi rất nhiều từ mật độ năng lượng cao và vòng đời dài của lithium ion, vốn đã giúp công nghệ này chiếm lĩnh thị trường xe điện.

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng này, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu mở rộng ranh giới của lithium-ion hiện có theo những cách mới và thú vị. Pin lithium polymer (Li-Po) thay thế chất điện phân gốc muối lithium lỏng nguy hiểm bằng gel polymer an toàn hơn và thiết kế pin bán ướt, để có hiệu suất điện tương đương với độ an toàn được cải thiện và trọng lượng nhẹ hơn. Lithium thể rắn là công nghệ mới nhất, hứa hẹn cải thiện mật độ năng lượng, độ an toàn, vòng đời và tuổi thọ tổng thể với tính ổn định của chất điện phân rắn. Thật khó để dự đoán công nghệ nào sẽ giành chiến thắng trong cuộc đua giành giải pháp lưu trữ năng lượng tối ưu, nhưng lithium-ion chắc chắn sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế năng lượng trong những năm tới.

Nhà cung cấp giải pháp lưu trữ năng lượng

Chúng tôi sản xuất các sản phẩm tiên tiến, kết hợp kỹ thuật chính xác với kiến ​​thức chuyên môn về ứng dụng sâu rộng để hỗ trợ khách hàng tích hợp các giải pháp lưu trữ năng lượng vào sản phẩm của họ. BSLBATT Engineered Technologies có chuyên môn tích hợp và công nghệ đã được chứng minh để đưa ứng dụng của bạn từ giai đoạn hình thành đến thương mại hóa.

Để tìm hiểu thêm, hãy xem bài đăng trên blog của chúng tôi trên lưu trữ pin lithium .