Überblick
Lithiumbatterien werden jetzt in vielen Feldern verwendet, und in der Vergangenheit, Blei-Säure-Batterien, Cadmium -Batterien, und Nickelbatterien wurden in diesen Feldern verwendet. In diesem Artikel wird die Entwicklungsgeschichte von Lithium-Ionen-Batterien und damit verbundene Kenntnisse der Lithium-Ionen-Batteriestruktur vorgestellt, Ziel an Leser, die sich für Kaufanforderungen für Lithium-Ionen-Batterien interessieren oder an den Kaufanforderungen haben, Um ihnen beim Kauf von Batterien klügere Entscheidungen zu treffen.
1. Die Entwicklungsgeschichte von Lithium-Ionen-Batterien
Im letzten Jahrzehnt, Lithium-Ionen-Batterien sind in fast allen Branchen zum dominierenden wiederaufladbaren chemischen Material der Batterie geworden. Im Vergleich zu den bisher beliebten chemischen Materialien (Blei-Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien, und alkalische Batterien), Lithium-Ionen-Batterien sind in vielen Aspekten überlegen. Lithium ist derzeit das chemische Material mit der höchsten verwendeten Energiedichte, und mit einigen zusätzlichen Funktionen, Es kann das sicherste chemische Material werden. Lithiumenergie ist ein aktives Forschungsfeld, Daher werden jedes Jahr neue chemische Materialien entwickelt.
Das Konzept der Lithium-Ionen-Batterien wurde erstmals in den 1970er Jahren vorgeschlagen, Als der britische Chemiker Stanley Whittingham eine Batterie erfand, die sich im Laufe der Zeit selbst aufladen konnte. Er versuchte, Titan -Disulfid und Lithiummetall als Elektroden zu verwenden, Dies führte jedoch dazu, dass die Batterie kurzgeschlossen und explodierte.
Die Sicherheitsprobleme von Lithium-Metall-Batterien haben die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien ausgelöst. Obwohl Lithium -Metall -Batterien eine höhere Energiedichte aufweisen, Lithium-Ionen-Batterien sind beim Aufladen und Entladen mit spezifischen Sicherheitsrichtlinien sehr sicher.
In den 1980er Jahren, John Goodenough und Akira Yoshino experimentierten weiter, um Batterien sicherer zu machen. Die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien hat somit begonnen.
In den 1990er Jahren, Die Lithium-Ionen-Technologie begann bevorzugt und schnell populär. Damals, Sony produzierte die erste Charge von kommerziellen Batterien, Markieren Sie den Beginn der Kommerzialisierung von Lithium-Ionen-Batterien. Gleichzeitig, Der tragbare Markt für elektronische Geräte wächst rasant, Erfordern einer leichten wiederaufladbaren Batterie, um ihn mit Strom zu versorgen. Lithium-Ionen-Batterien, als sicherer und leistungsstarker Akku, sind die beste Wahl geworden.
Im letzten Jahrzehnt, Lithium-Ionen-Batterien sind in fast allen Branchen zum dominierenden wiederaufladbaren chemischen Material der Batterie geworden. Im Vergleich zu den bisher beliebten chemischen Materialien (Blei-Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien, und alkalische Batterien), Lithium-Ionen-Batterien sind in vielen Aspekten überlegen. Lithium ist derzeit das chemische Material mit der höchsten verwendeten Energiedichte, und mit einigen zusätzlichen Funktionen, Es kann das sicherste chemische Material werden. Lithiumenergie ist ein aktives Forschungsfeld, Daher werden jedes Jahr neue chemische Materialien entwickelt.
Momentan, Die Top fünf globale Lithium -Ionen -Batterie -Anwendungsunternehmen Sind:
CATL (China)
LG Chem (Südkorea)
BYD (China)
Panasonic (Japan)
Samsung SDI (Südkorea)
2. Lithium -Ionen -Batteriestruktur
2.1 Was ist ein Lithium-Ionen-Akku
Einfach gesagt, A Lithium-Ionen-Akku bezieht sich auf eine Batterie mit einer negativen Elektrode (Anode) und eine positive Elektrode (Kathode), wo Lithiumionen zwischen den beiden Materialien transportiert werden. Das Arbeitsprinzip von Lithium-Ionen-Batterien ist der gleiche wie jeder andere wiederaufladbare Akku.
Während der Entladung, Lithiumionen bewegen (einbetten) in die positive Elektrode aus Lithium und anderen Metallen. Beim Laden, Dieser Prozess ist das Gegenteil.
Jede Lithium-Ionen-Batterie hat einen Spannungsbereich, der sicher funktionieren kann. Der Bereich hängt von der chemischen Zusammensetzung des in der Batterie verwendeten Elektrolyten ab. Zum Beispiel, LFP -Batterien sind 2,5 V bei 0% Ladezustand (SOC) und 3,6 V bei 100% SOC. Dies wird normalerweise als sicherer Betriebsbereich von LFP -Batterien angesehen, während unter dem angegebenen Bereich als übermäßiger Entladung angesehen wird, und überschreiten die angegebenen 100% SOC wird als Überladen angesehen.
2.2 Lithium -Ionen -Batteriestruktur
2.2.1 Anode
Die Anode ist die negative Elektrode in einer Batterie. In Lithium-Ionen-Batterien, Die Anode besteht normalerweise aus Lithium und Kohlenstoff (Normalerweise Graphitpulver). Die Reinheit, Partikelgröße, und eine einheitliche Verteilung von Anodenmaterialien kann ihre Kapazität und Alterungsrate beeinflussen.
2.2.2 Kathode
Die Kathode ist die positive Elektrode. Hier kommen verschiedene Chemikalien ins Spiel. Die Kathode bestimmt die gesamten chemischen Eigenschaften der Lithium -Energie. Wie die Anode, Der Kollektor wird mit dem Material kombiniert, um die elektronische Reaktionsaktivität zu erleichtern. Der Hauptunterschied zwischen ihnen liegt in der Temperatur, bei der verschiedene Chemikalien mit Elektrolyten reagieren (thermisches Durchgehen) und die Größe der Spannung, die sie produzieren.
2.2.3 Elektrolyte
Elektrolyten ermöglichen es Lithiumionen, sich zu transferieren und zwischen den beiden Platten zu bewegen. Normalerweise, Es besteht aus verschiedenen organischen Karbonaten, wie Ethylencarbonat und Diethylcarbonat. Die verschiedenen Gemische und Verhältnisse hängen von der Anwendungsumgebung der Batterie ab.
Zum Beispiel, Für Anwendungen mit niedrigem Temperatur, Die Viskosität der Elektrolytlösung ist niedriger als die der Elektrolytlösung bei Raumtemperatur. In Lithiumbatterien, Lithiumhexafluorophosphat (LIPF6) ist das häufigste Lithiumsalz. Es kann gesagt werden, dass der am häufigsten verwendete Elektrolyt in Lithium-Ionen (LIPF6), deren Qualität bestimmt die Aufladungs- und Entladungsleistung, Dienstleben, und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien.
Weil LIPF6 die beste Gesamtvolumen hat, Es hat eine ausgezeichnete Umweltfreundlichkeit, Passivierung des positiven Elektrodenstromkollektors zur Verhinderung der Elektrodenkorrosion, Und wenn mit Wasser gemischt, Es produziert Hydrofluorsäure (HF), die der Bildung des SEI -Films auf der negativen Elektrode förderlich ist.
SEI ist eine chemische Reaktion zwischen Lithiummetall und Elektrolyt, die eine feste Elektrolytschicht auf der Oberfläche von Lithiummetall bildet. Es spielt eine Rolle in Isolation und Schutz zwischen Lithiummetall und Elektrolyt.
Unter normalen Bedingungen, Batteriehersteller laden sich in der Regel langsam ein, um eine gleichmäßige SEI auf der Kohlenstoffanode zu bilden.
2.2.4 Membran
Das Trennzeichen von Lithium-Ionen-Batterien ist ein poröser Plastikfilm, der die Verhinderung des direkten Kontakts zwischen Anode und Kathode erleichtert. Diese dünnen Filme sind normalerweise 20 Mikrometerdicke mit kleinen Poren, die es Lithiumionen ermöglichen, während des Ladungs- und Entladungsprozesses durchzugehen. Sobald die Batterie den Temperaturbereich überschreitet oder einen Kurzschluss erfährt, Dieser Trennzeichen schließt die Poren und verhindert, dass Lithiumionen durchlaufen, Dadurch die chemische Reaktion stoppen.
3. Die Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien
3.1 Vorteile der Lithium -Ionen -Batteriestruktur
1. Hochgeschwindigkeitsentladung, stabile Kapazität
2.Schnelles Laden
Lithium -Ionen -Batterien - innerhalb der ingeladenen Lithium -Ionen -Batterien 1 Stunde
Blei -Säure -Batterien - vorbei 9 Std.
3.Kleine Fußabdruck und starke tragende Kapazität
4.Mehrfachzyklen und langes Lebensdauer
Lithium -Ionen -Batterien - die Fahrradlebensdauer ist normalerweise 5000 mal, und vollständige Entladung wirkt sich nicht auf die Lebensdauer des Zyklus aus
Blei-Säure-Batterien -300 Zu 500 mal, Die vollständige Entladung wirkt sich auf ihre Lebensdauer aus
5.Hohe Energieeffizienz
Lithium-Ionen-Batterien -96% Ausgabe, 4% Wärmeverlust
Blei-Säure-Batterien -15% Wärmeverlust bei 85% Ausgabe
6.Vieler Ladespannung
Keine Spannungskompensation erforderlich
7.Thermalmanagementkosten senken
Lithium -Ionen -Batterien - Akzeptable Luftzirkulation
Blei -Säure -Batterie - erfordert Klimaanlage
8.Keine Gasemissionen
Lithium -Ionen -Batterien - in versiegelten Behältern betrieben
Blei -Säure -Batterien - benötigen Wasserstoffbeatmung
9.Nicht giftig, Keine Recyclingbeschränkungen
Grüne neue Energie, sicher und sicher zu bedienen.
Für einen weiteren Vergleich zwischen Lithiumbatterie und Blei -Säure -Batterie, Klicken Sie hier, um anzuzeigen: Lithiumbatterie vs. Blei-Säure-Batterie Für detailliertere und spezifischere Inhalte.
3.2 Der Grund für die Entscheidung, Blei-Säure-Batterien durch Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen
3.2.1 Effizienz verbessern
Vielen Dank an Fortschritte in BMS und Ladetechnologie, Lithium-Ionen-Batterie-Stromversorgungsgeräte können dazu beitragen, die Effizienz zu verbessern und Ausfallzeiten zu verringern.
3.2.2 Produktivität verbessern
Die Betreiber müssen sich keine Sorgen um Probleme mit dem Gerätestand machen, Mit der Lithium-Ionen-Batterie-Technologie können Unternehmen in Automatisierungslösungen investieren, Reduzierung der Kosten für Unternehmen.
3.2.3 Eine einfachere Möglichkeit, aufzuladen und zu speichern
Lithium -Ionen -Batterien können jederzeit aufgeladen werden, Das heißt, Sie können sie nach Belieben berechnen. Lithium -Ionen -Batterien benötigen auch keinen eigenen Lade- oder Lagerraum, da sie keine Umweltrisiken wie Blei-Säure-Batterien darstellen.
3.2.4 Keine Wartung erforderlich
Im Gegensatz zu Bleibatterien, Lithium-Ionen-Batterien erfordern keine mühsamen Inspektionen und Wartungsmethoden.
3.2.5 Verbesserung der betrieblichen Sicherheit
Lithiumionenbatterien verbessern die Betriebssicherheit von Einrichtungen auf verschiedene Weise, und sie sind auch umweltfreundlicher, da das Risiko einer Überhitzung geringer ist, Explosion, oder Emission von schädlichen Gasen oder Flüssigkeiten.
4.1 Ausgewogene Aufladung
Überladen Sie die Batterie nach einem vollständigen Ladezyklus über der normalen Spannung. Dieser Schritt ist erforderlich, um angesammelte Sulfate zu entfernen und die Spannung jeder Batterie in Blei-Säure-Batterien auszugleichen.
4.2 Batterieverschlechterung
Der Prozess der Reduzierung der Energiemenge, die eine Batterie speichern kann. Temperatur, Lade- und Entladungsspannung, und Lade- und Entladungstiefe kann den Grad beeinflussen, in dem die Batteriekapazität im Laufe der Zeit abnimmt.
4.3 Batteriezykluszahl
Wenn die Batterie eine Ladung und Entladung als Zyklus abschließt, die kumulative Anzahl von Gebühren und Entladungen. Der Batteriezyklus besteht aus 100% Entladung und Laden.
4.4 Akkulaufzeit
Wie lange kann die Batterie in seiner Lebensdauer verwendet werden?. Die Lebensdauer wird an der Anzahl der vollständigen Lade- und Entladungszyklen gemessen.
4.5 Arbeitstemperatur
Die akzeptable Temperatur der Umgebung, in der die Batterie arbeitet. Wenn die Arbeitstemperatur den Bereich überschreitet, Die Batterie kann ausfallen.
4.6 UL -Auflistung/Zertifizierung
UL -Auflistung/Zertifizierung bedeutet, dass UL Produktproben bewertet hat, um sicherzustellen, dass sie bestimmte Anforderungen erfüllen. Dies beinhaltet das Testen von Proben, die die funktionellen Sicherheits- und Anwendungsfälle der Lithium -Ionen -Batteriestruktur abdecken.
5. Warum Lithiumionen wählen- Analyse aus Sicht der Lithium -Ionen -Batteriestruktur
5.1 Hervorragende Qualität
Die hohe Energiedichte und die ausgedehnten Entladungszyklen von Lithium-Ionen-Batterien sind die wichtigsten Faktoren, sie in vielen Geräten unverzichtbar machen. Und sie sind auch der traditionellen Batteriechemie in vielen anderen Aspekten überlegen. Zusätzlich zur hohen Energiedichte von Batterien, Sie können auch mit hoher Leistung entladen und schnell aufladen. Dies gibt ihnen eine größere Betriebsflexibilität als Blei-Säure-Batterien.
In Anwendungsszenarien, in denen Ladekraft oder Zeit eng ist, wie Sonnenphotovoltaiksysteme, Der kontinuierliche Betrieb in teilweise geladenen Staaten schadet Lithium-Ionen-Batterien nicht.
5.2 Umweltfreundlich
Die Wechselwirkung zwischen Lithium-Ionen-Batterien und der Umwelt ist sehr mild. Während des Aufladens werden keine schädlichen Gase ausgestrahlt, Und der Wärmeverlust ist sehr niedrig. Dies bedeutet, dass Lithium-Ionen-Batterien in geschlossenen Räumen verwendet werden können, vollständig isoliert aus der Umgebung. Das Recycling und die Wiederverwendung von weggeworfenen Batterien ist ebenfalls sehr bequem, da sie keine giftigen Substanzen wie Cadmium enthalten, Quecksilber, und führen.
5.3 Mehrere Arten von Strukturen
Während der Entladung, Die Ladung bewegt sich durch den externen Stromkreis zwischen den Batterieelektroden. Um die Ladungstransfer innerhalb des Akkus auszugleichen, positiv geladene Lithiumionen bewegen sich durch einen internen Elektrolytkreis zwischen den positiven und negativen Elektroden. Beim Laden, der Vorgang ist umgekehrt, und Lithiumionen kehren durch den Elektrolyten zurück.
Mehrere Arten von Chemikalien können als Kathoden verwendet werden (Kathoden) Herstellung von Elektrodenmaterialien, die Lithiumionen tragen. Elektrolytmaterialien sind auch eine Forschungsrichtung, und der Zustand der Materialien wie Feststoffe und Flüssigkeiten ist ebenfalls ein Forschungsthema. Dies ist ein sehr aktiver Forschungs- und Entwicklungsfeld, Dies treibt die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien in immer mehr Marktanwendungen vor.
Abschluss
Jetzt, da Sie so viele Analysen und Daten verstanden haben, Sie sollten ein gewisses Verständnis der Lithiumbatterien haben: ihre Geschichte, Vorteile, und Entwicklungsrichtung.
Die Zukunft der elektrischen Produkte ist eingetroffen. Die Nachfrage nach Übergang von traditioneller Energie zu neuer Energie kann nicht ignoriert werden. Da immer mehr Branchen und Unternehmen die Vorteile der Lithium-Ionen-Batterie-Technologie erkennen, Entscheidungen zur Verschiebung des Geschäftsfokus zu treffen, ist einfacher geworden.
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FAQ
1. Können Lithiumbatterien alkalische Batterien ersetzen??
Obwohl Lithiumbatterien teurere Batterie -Technologie verwenden, Ihre Fähigkeit, Hochspannung aufrechtzuerhalten, bedeutet, dass sie eine hervorragende Alternative zu alkalischen Batterien sind.
2.Wird Lithium -Batterien auslaufen??
Lithiumbatterien lecken nicht, Sie sind also sehr sicher zu lagern.
Lithium kann bei Kontakt mit Luft oder Wasser Feuer fangen. Es ist weniger wahrscheinlich, dass sie für flüssige Elektrolyte austreten, Die Abgasbehandlungstechnologie ist bereits sehr ausgereift.
3.Bei welcher Temperatur explodieren Lithium-Ionen-Batterien?
Lithiumbatterien können bei explodieren 538 Grad Celsius.
Wenn eine Lithiumbatterie für eine lange Zeit erhitzt wird, es kann. Weil Lithium-Ionen-Batterien eine sehr hohe Energie haben, Wenn sie heiß werden, Sie setzen organische Lösungsmittel frei, die auf den Elektrolyten wirken; Diese Wärme kann dazu führen, dass sie explodieren.
Kurzschaltungen, die auftreten, wenn Batterieklemmen mit Metall in Kontakt kommen, können auch Explosionen verursachen.
