Überblick
Seit der Erfindung und Vermarktung von Batterien in den 1970er Jahren, Lithium-Ionen-Batterien haben sich von der Versorgung mit Strom und elektronischer Geräte bis hin zur Versorgung von Strom an Lastwagen mit Gewicht entwickelt 60 Tonnen, den Markt reif und wichtig machen.
Die Richtlinien und Unternehmen von Regierungen auf der ganzen Welt fördern ihre Entwicklung, Lithium-Ionen-Batterien machen (auch bekannt als Lithium-Ionen-Batterien) Liefern Sie nicht nur weniger Emissionen als Generatoren, die nicht erneuerbare Energien verbrauchen, aber auch mit niedrigeren Kosten und mehr Energieoptionen geliefert.
Nach Jahrzehnten des Tests, Es sind verschiedene elektrochemische Konfigurationen entstanden, jeweils mit seinen einzigartigen Eigenschaften und Attributvorteilen, Geeignet für Produkte in verschiedenen Branchen.
In diesem Artikel, Es werden sechs verschiedene Arten von Lithium-Ionen-Batteriechemie eingeführt, Was ich glaube, wird Ihnen hilfreich sein.
1.Was sind die vorhandenen Arten von Batterien in Solarpanelsystemen??
Bei der Erörterung von Solarpanelsystemen, Die Haupttypen von Batterien auf dem Markt sind Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien. Ersterer hat einen relativ niedrigen Preis, aber ein größeres Volumen und eine erwartete Lebensdauer im Allgemeinen zwischen dem 2 Und 5 Jahre.
Obwohl Lithium-Ionen-Batterien teurer sind als Blei-Säure-Batterien, Ihre Leistung ist stabiler und ihre erwartete Lebensdauer ist länger (10 Zu 12 Jahre), Sie werden nach und nach das beliebteste Material auf dem Markt werden.
Zusätzlich, Es gibt andere chemische Arten von Batterien, die eine Zwischenposition für Effizienz und Kosten einnehmen, und sie haben auch ihre eigenen Märkte aufgrund unterschiedlicher Perspektiven und Anwendungsbedürfnisse.
Zum Beispiel, Nickel -Cadmium -Batterien können Energie bei niedrigen Temperaturen speichern, aber ihre Dichte ist niedrig, Sie können also nicht viel Energie speichern. Im Vergleich zu den oben genannten Batterien, Nickel -Wasserstoffbatterien haben eine höhere Lagerkapazität und niedrigere Wartungskosten im Vergleich zu den Vorjahren, und wird auch vom Markt bevorzugt.
Lithiumenergie ist ein aktives und heißes Forschungsfeld, Zu den beliebtesten Batteriechemikalien gehören derzeit:
Lithium -Nickel -Mangan -Kobalt (Linixmnycozo2 oder NMC)
Lithium -Nickel -Kobalt Aluminiumoxid (Linicoalo2 oder NCA)
Lithiumeisenphosphat (Lifepo4 oder lfp)
Lithium -Kobaltoxid (Licoo2 oder LCO)
Lithium -Manganoxid (Limn2o4 oder LMO)
Lithiumtitanat (Li2tio3 oder LTO)
Obwohl dies alles Lithiumbatterien sind, Es gibt verschiedene Unterschiede zwischen ihnen.
2.Chemische Arten von Lithium-Ionen-Batterien
Analyse und Verständnis der chemischen Arten von Lithium-Ionen-Batterien, Verstehen Sie zuerst die relevanten Bewertungsbegriffe, Das wird Ihnen helfen, die Konzepte zu verstehen und bessere Vergleiche zu machen.
2.0.1 Spezifische Energie
Betriebszeitkapazität, in Kilowattstunden pro Kilogramm ausgedrückt.
2.0.2 Spezifische Kraft
Förderkapazität unter hohem Strom, in Watt pro Kilogramm ausgedrückt。
2.0.3 Sicherheit
Beurteilung aufgrund der Temperaturschwelle des thermischen Ausreißer
2.0.4 Leistung
Kapazität, Stromspannung, und Widerstand weisen auch die Batterieleistung bei unterschiedlichen Temperaturen an.
2.0.5 Dienstleben
Die Gesamtnutzungszeit der vollständigen Ladungsentladungszyklen der Batterie.
2.0.6 Investitionskosten
Die Rohstoffkosten, Baugruppenkomponenten, und Arbeitstechnologieinvestition.
2.1 Lithium -Kobaltoxid (Licoo2 oder lco)
- Hohe spezifische Energie (Energiedichte)
- Eingeschränkte spezifische Leistung
- Niedrige Sicherheit
- Kurzarbeitsleben
Lithium -Kobaltoxidbatterien, Auch als Lithium-Kobaltoxid oder Lithium-Ionen-Kobaltbatterien bekannt, sind seitdem bekannt 1991. Lithium -Kobaltoxid kann eine chemische Zusammensetzung mit hoher spezifischer Energiebatterie bilden, mit Graphitkohlenstoff als Anode und Kobaltoxid als Kathode, und eine geschichtete Struktur, die die Ionenbewegung erleichtert.
Die Nennspannung beträgt 3,7 V und die Energiedichte ist 150 bis 180wh/kg.
Diese hohe spezifische Energie, aber eine geringe Leistung der Leistung bedeutet, dass sie für eine lange Zeit an Lasten mit geringer Leistung geliefert werden kann, Daher werden LCO -Batterien häufig in Smartphones verwendet, Tabletten, und Laptops.
Jedoch, Diese Art der chemischen Batterie hat eine geringere Sicherheitsbewertung, insbesondere in Bezug auf die thermische Stabilität, Da hohe Festigkeit dazu führen kann, dass die Batterie das Risiko eines thermischen Ausreißers erhöht und erhöht.
daher, in Verbindung mit seiner kürzeren Lebensdauer und Ladezyklus, LCO-Batterien sind nicht mehr die beliebteste Wahl, da verschiedene Branchen in andere kostengünstigere Batterietechnologien investieren.
In der Zwischenzeit, Es gibt einen besonderen Grund dafür, dass der Cobalt -Bergbau Menschenrechtsverletzungen beinhaltet. Die Demokratische Republik Kongo liefert fast 70% der Kobalt Rohstoffe der Welt.
Jedoch, Es gibt keine Arbeitsgesetze oder Sicherheitsvorschriften für Handbuch (kleiner Maßstab) Bergbauoperationen innerhalb des Cobalt -Bergbauprojekts im zweitgrößten Land Afrikas. Der Hochrisiko-Schaltabbau, Die Beschäftigung von Kinderarbeit während des Bergbaus Prozess, Die schlechten Arbeitsbedingungen haben der Cobalt -Bergbauindustrie den Titel „Blutbatterie“ eingebracht.
Kobaltfreie Lithium-Ionen-Batterien können uns helfen, Batteriematerialien zu verwenden, die für den Menschen ethisch sind.
2.2 Lithium -Manganoxid (LIMN2O4 oder LMO)
- Sicherheit verbessern
- Hohe thermische Stabilität
- Begrenzte Zykluslebensdauer
- Mittelspezifische Energie
- Moderates Leistungsverhältnis
LMO -Batterien werden allgemein als Lithium -Manganoxid bezeichnet, Lithium -Ion -Mangan, und Manganspinell, und sind seitdem bekannt 1996. Seine Struktur bildet eine dreidimensionale Spinellstruktur oder ein Lithium-Manganoxid-Kathodenkristall-Gerät.
Die Spinellstruktur kann die Strombewegungs- und Ionenflussbahn verbessern, den inneren Widerstand reduzieren, und die Sicherheit und Stabilität verbessern.
Das Lithium -Mangan -Design hat die Lebensdauer der Batterie maximiert, Sicherheit, und spezifische Kraft. Aufgrund der chemischen Zusammensetzung von Hybridbatterien, die die Akkulaufzeit verlängern und die batteriespezifische Energie verbessern können, Viele Elektrofahrzeuge wie BMW i3 und Nissan Leaf haben die LMO-NMC-Kombination ausgewählt. Die LMO -Komponente bietet während der Beschleunigung einen hohen Strom, Während NMC das Fahrbereich erhöht.
2.3 Lithiumeisenphosphat (Lifepo4 oder lfp)
- Hohe Sicherheit
- Hohe spezifische Leistung
- Lange Lebensdauer
- Niedrige spezifische Energie
Lithium -Eisenphosphat ist eine Art Lifepo4 oder LFP Batterie, und die Entdeckung von Phosphat als Kathodenmaterial hat die Entwicklung wiederaufladbarer Lithiumbatterien getrieben.
Nach Jahrzehnten der Entwicklung und Anwendung, Es ist jetzt ein beliebtes Material geworden.
LFP -Batterien werden hauptsächlich für die Energiespeicherung und andere Anwendungen verwendet, die eine hohe Sicherheit erfordern, hohe Leistung, und lange Lebensdauer. Die Nennspannung von LifePO4 -Batterien ist niedriger, was zu niedrigerer spezifischer Energie als Kobalt-Lithium-Ionen-Batterien führt.
Obwohl die Energiedichte der chemischen Zusammensetzung dieser Batterie etwas niedriger ist (3.2V/Zelle), Es hat ein langes Lebensdauer, niedrigere Kosten, und ist sicherer.
Es kann sogar sehr großen Temperaturunterschieden standhalten, Es wird in Branchen mit hohen Lasten und harten Umgebungen beliebt. Es hat eine gute elektrochemische Leistung und eine größere Toleranz gegenüber Überladen von Batterien, und ist auch beliebt in Geräten, die an festen Standorten mit hoher Haltbarkeit verwendet werden.
Die Weiterentwicklung der Batteriechemie -Technologie hat es zu einem unvermeidlichen Schritt für die Ersetzung herkömmlicher Batterien gemacht. Zum Beispiel, Lithiumphosphat-Batterien können Blei-Säure-Starterbatterien ersetzen-Lithiumphosphat-Batterien funktionieren gut, wenn vier Batterien in Reihe angeschlossen sind, Erzeugung einer Spannung entspricht der Spannung, die durch sechs in Serie angeschlossene Blei-Säure-Batterien erzeugt wird.
Dies spiegelt auch die hervorragende Leistung und wirtschaftliche Lebensfähigkeit von LIFEPO4 -Batterien wider.
2.4 Lithium -Nickel -Mangan -Kobalt (Linixmnycozo2 oder nmc)
- Hohe spezifische Leistung
- Hohe spezifische Energie
- Hohe Sicherheit
- Mittelkosten
- Insgesamt gute Leistung
Lithium -Nickel -Mangan -Kobalt ist unter anderem eines der führenden chemischen Materialien auf dem Batteriemarkt. Batterien, Auch als NMC bekannt, NCM, usw., kann als Energiebatterien oder Strombatterien verwendet werden.
NMC-Batterie ist einer der erfolgreichsten Nickel-Mangan-Kobalt-Lithium-Ionen-Kathodenkombinationsbatterieprodukte.
Auf der Grundlage niedrigerer Produktionskosten, Es kann auch eine hohe spezifische Energie liefern und hat eine gute Sicherheit. Um 2000 Ladezyklen beweisen, dass es auch ein ausgezeichnetes Lebensdauer hat.
Die Nennspannung beträgt 3,6 V und die Energiedichte beträgt 150-220Wh/kg, Machen Sie es zu einer qualitativ hochwertigen Wahl in der Elektrofahrzeugindustrie. Kombination der Vorteile von Nickel (hohe spezifische Energie) und Mangan (Bildung von Spinellstrukturen, um einen niedrigen inneren Widerstand zu erreichen), NMC -Batterien werden in Branchen wie Elektrofahrrädern häufig eingesetzt, elektrische Fahrzeuge, und medizinische Geräte.
NMC hat auch die niedrigste Selbstheizungsrate unter den sechs Konfigurationen, und sein leichtes Gewicht, kleine Größe, und starke Energiespeicherkapazitäten machen es zu einer der idealen Auswahlmöglichkeiten für Hersteller.
Die chemische Zusammensetzung von NMC kann so konfiguriert werden, dass sie unterschiedliche Mengen enthalten. Die NMC -Formel besteht typischerweise aus 33% Nickel, 33% Mangan, Und 33% Kobalt. Cobalt wird immer teurer und schwer zu erschwinglicher Beschaffung, Da die Welt darauf drängt, die Verwendung von Kobalt zu minimieren.
Also die einzigartige Kombination von 1-1-1 Macht NMC -Batterien aufgrund ihres geringen Kobaltgehalts und niedrigeren Rohstoffkosten eine gute Wahl. daher, Es ist eine beliebte Wahl in Branchen, die auf häufige Zyklen für weit verbreitete Anwendungen angewiesen ist, wie groß an (ESS).
Weitere erfolgreiche Kombinationsstrukturen in Marktanwendungen sind NMC811 und NMC622, und die NMC -Serie wächst ständig, um sich an die elektrochemischen Systeme von NMC -Mischlithiumionen auf dem Markt anzupassen.
2.5 Lithium -Nickel -Kobalt Aluminiumoxid (Linicoalo2 oder NCA)
- Hohe spezifische Energie
- Lange Lebensdauer
- Ausgezeichnete Kraft und Leistung
- Kosten und Sicherheit sind im Vergleich zu anderen relativ schlecht
Lithium -Nickel -Kobalt Aluminiumoxid (NCA) Batterien haben Ähnlichkeiten mit NMC, da sie eine hohe spezifische Energie und gute spezifische Stromversorgungsdaten haben. In einer Studie, in der die spezifische Energie von Bleibasis vergleicht, Nickelbasis, und lithiumbasierte Systeme, Es wurde festgestellt, dass Lithium -Aluminium (NCA) hat die höchste spezifische Energie, und die NCA hat eine hohe Lebensdauer von Over 2000 Ladezyklen.
Die Energiedichte von 200-260WH/kg und die Nennspannung von 3,6 V machen die NCA zu einer idealen Wahl für Stromversorgungssysteme, Obwohl diese chemische Zusammensetzung mehr Aufmerksamkeit auf Sicherheitsprobleme erfordert und kostspielig ist.
Weil NCA -Batterien durch Zugabe von Aluminium höhere Stabilität erreichen, aber in Batterie -chemischen Materialien, Je höher der Nickelgehalt, Je höher die spezifische Energie, und je schlechter die Batteriestabilität. daher, NCA -Batterien müssen mehr Sicherheitsmaßnahmen ergreifen, um die Qualität der Batterie und die Benutzersicherheit zu gewährleisten.
NCA kann für lange Zeit relativ große Ströme liefern und hohe Ladequoten für schnelles Laden aufrechterhalten. Die konfigurierten Batterien können für Hochleistungs-Elektrofahrzeuge oder Hochleistungs-Off-Road-Elektrofahrzeuge verwendet werden (OHEVS), NCA zu einem Kandidatenmaterial für Elektrofahrzeugstromsysteme machen.
2.6 Lithiumtitanat (Li2tio3 oder lto)
- Ausgezeichnete Sicherheit
- Schnelles Laden
- Lange Lebensdauer
- Niedrige spezifische Energie
Seit dem Eintritt in den Markt in 2008, Lithium-Titanat-Batterien waren eine der sichersten Lithium-Ionen-Batterien mit ausgezeichneter Leistung, wie thermische Stabilität bei hohen Temperaturen und hohem Entladungsstrom (10 Mal die Nennkapazität).
Der Ladezyklus ist ungefähr 15000 mal, und die Lebensdauer ist länger als die von Lithium -Eisenphosphat.
In LTO -Batterien, Lithiumtitanat ersetzt den Graphit in der Anode, Während Lithium -Manganoxid oder NMC als Kathodenmaterial fungiert. Im Vergleich zu traditionellen Kobalt gemischte Lithium -Ionen -Batterien, Lithium -Titanat -Batterien haben keine Dehnungseigenschaften, und wird SEI nicht bilden (Feste Elektrolyt -Grenzfläche) Film- oder Lithiumbeschichtung bei niedrigen Temperaturladungen und schnellem Laden, Gewährleistung seiner Reaktionseffizienz.
Lithiumtitanat hat eine gute spezifische Leistung und Leistung über einen weiten Temperaturbereich, Die beiden Hauptnachteile sind jedoch die Produktionskosten und eine geringere spezifische Leistung im Vergleich zu anderen Arten von Daten.
LTO wurde in Luft- und Raumfahrt- und Militärausrüstung eingesetzt, sowie Solarenergieanwendungen, Und in dieser Batteriechemie gibt es noch Platz für weitere Entwicklung.
Abschluss
Als John b. Goodenough sagte einmal, "Wissenschaft ist eine internationale Sprache.". Genau diese Sprache wird weiterhin Innovation fördern, und innovative Technologie hat zur kontinuierlichen Entwicklung und Vitalität des globalen Marktes für Lithium-Ionen-Batterien geführt.
Batteriehersteller investieren kontinuierlich in die Forschung und Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien, um das Potenzial neuer Arten von Lithium-Ionen-Batterien auszulösen. Hier sind nur sechs beliebte chemische Arten von Lithium-Ionen-Batterien, Und ich glaube, Sie werden ein tieferes Verständnis haben, nachdem Sie sie gelesen haben.
LCO -Batterien sind die am häufigsten verwendeten Batterien in tragbaren elektronischen Geräten.
LMO -Batterien bieten einen höheren Strom als LCO -Batterien, und NMC ist für viele Anwendungen die Hauptkathodenchemikalie geworden. LTO -Batterien laden schneller auf, Während LFP -Batterien sehr stabil und sicher sind, auch wenn sie voll aufgeladen sind. NCA erzielt in hohen Lastanwendungen eine gute Leistung und hat eine lange Akkulaufzeit, Es ist zu einer idealen Wahl für Hersteller von Elektrofahrzeugen.
Man kann sagen, dass sie jeweils ihre eigenen Stärken und unterschiedlichen Eigenschaften haben, und ihre Anwendungsszenarien sind auch unterschiedlich. Lithiumionenbatterien sind eine der weit verbreiteten wiederaufladbaren Batterien auf dem aktuellen Markt und dominieren derzeit den Sekundärbatteriemarkt.
Und es gibt noch größere und breitere Entwicklungsraum auf dem Batteriemarkt, wie die Forschung und Entwicklung von Natriumionenbatterien, Dies ist eine der zehn aufstrebenden Technologien im chemischen Bereich in 2022.
Professor Xia Hui von der Nanjing University of Technology in China, in Zusammenarbeit mit inländischen und ausländischen Teams, hat erhebliche Fortschritte bei der Forschung von Kathodenmaterialien auf Manganbasis erzielt, Dies ist auch ein vielversprechender zukünftiger Batteriemarkt für den Herausgeber.
So wie die menschliche Geschichte ständig geschaffen wird, Die technologische Innovation aktualisiert ebenfalls ständig, und wir können weiterhin gemeinsam auf die Entwicklung von Batterien achten.
