Aperçu
Depuis l'invention et la commercialisation des batteries dans les années 1970, Les batteries au lithium-ion sont passées de l'alimentation des appareils petits et électroniques pour fournir de l'électricité aux camions pesant 60 tonnes, rendre le marché mature et important.
Les politiques et les entreprises des gouvernements du monde entier font la promotion de son développement, Faire des batteries lithium-ion (également connues sous le nom de batteries lithium-ion) non seulement fournir moins d'émissions que les générateurs qui utilisent des énergies non renouvelables, mais viennent également avec des coûts plus bas et plus d'options énergétiques.
Après des décennies de tests, Diverses configurations électrochimiques ont émergé, chacun avec ses caractéristiques uniques et ses avantages d'attribut, Convient aux produits dans différentes industries.
Dans cet article, Six types différents de chimie de batterie au lithium-ion seront introduits, ce que je crois vous sera utile.
1.Quels sont les types de batteries existants dans les systèmes de panneaux solaires?
Lorsque vous discutez des systèmes de panneaux solaires, Les principaux types de batteries sur le marché sont les batteries au plomb et les batteries au lithium-ion. Le premier a un prix relativement bas, mais un volume plus important et une durée de vie attendue généralement entre 2 et 5 années.
Bien que les batteries au lithium-ion soient plus chères que les batteries au plomb-acide, Leur performance est plus stable et leur durée de vie attendue est plus longue (10 à 12 années), les faire devenir progressivement le matériel le plus populaire du marché.
En outre, Il existe d'autres types de batteries chimiques qui occupent une position intermédiaire dans l'efficacité et le coût, Et ils ont également leurs propres marchés en raison de perspectives et de besoins d'application différents.
Par exemple, Les batteries de cadmium nickel peuvent stocker l'énergie à basse température, Mais leur densité est faible, Ils ne peuvent donc pas stocker une grande quantité d'énergie. Par rapport aux batteries susmentionnées, Les batteries d'hydrogène nickel ont une capacité de stockage plus élevée et des coûts d'entretien plus faibles par rapport aux années précédentes, et sera également favorisé par le marché.
Le lithium Energy est un domaine de recherche actif et chaud, et actuellement les produits chimiques de batterie les plus populaires incluent:
Lithium nickel manganèse cobalt (Linixmnycozo2 ou NMC)
Lithium nickel cobalt oxyde d'aluminium (Linicoalo2 ou ANC)
Phosphate de fer et de lithium (Lifepo4 ou lfp)
Oxyde de cobalt au lithium (LICOO2 ou LCO)
Oxyde de manganèse au lithium (Limn2o4 ou OVM)
Titanate de lithium (Li2tio3 ou LTO)
Bien que ce soient toutes des batteries au lithium, Il existe différentes différences entre eux.
2.Types chimiques de batteries au lithium-ion
Pour analyser et comprendre les types chimiques de batteries au lithium-ion, Comprenez d'abord les termes d'évaluation pertinents, Ce qui vous aidera à comprendre les concepts et à faire de meilleures comparaisons.
2.0.1 Énergie spécifique
Capacité de temps de fonctionnement, exprimé en kilowattheures par kilogramme.
2.0.2 Puissance spécifique
Transporter la capacité sous un courant élevé, exprimé en watts par kilogramme。
2.0.3 Sécurité
Juger basé sur le seuil de température de la fuite thermique
2.0.4 Performance
Capacité, tension, et la résistance indique également les performances de la batterie à différentes températures.
2.0.5 Durée de vie
Le temps d'utilisation total des cycles de décharge de charge complète de la batterie.
2.0.6 Coût d'investissement
Le coût des matières premières, composants d'assemblage, et investissement technologique du travail.
2.1 Oxyde de cobalt au lithium (LICOO2 ou LCO)
- Énergie spécifique élevée (densité énergétique)
- Puissance spécifique limitée
- Faible sécurité
- Durée de vie courte
Batteries au lithium cobalt, Également connu sous le nom de batteries de cobalt au lithium de cobalt ou lithium-ion, sont connus depuis 1991. L'oxyde de cobalt au lithium peut former une composition chimique de batterie d'énergie à haute énergie, avec du carbone de graphite comme anode et oxyde de cobalt comme cathode, et une structure en couches qui facilite le mouvement des ions.
La tension nominale est de 3,7 V et la densité d'énergie est 150 à 180Wh / kg.
Cette énergie spécifique élevée mais une faible performance spécifique signifie qu'elle peut être livrée à des charges de faible puissance pendant longtemps, Les batteries LCO sont donc couramment utilisées dans les smartphones, comprimés, et des ordinateurs portables.
Cependant, Ce type de batterie chimique a un score de sécurité inférieur, en particulier en termes de stabilité thermique, car une résistance élevée peut provoquer une surchauffe de la batterie et augmenter le risque de fuite thermique.
Donc, Couplé à sa durée de vie plus courte et à son cycle de charge, Les batteries LCO ne sont plus le choix le plus populaire car diverses industries investissent dans d'autres technologies de batterie plus rentables.
Entre-temps, Il y a une raison particulière que l'extraction du cobalt implique des violations des droits de l'homme. La République démocratique du Congo fournit presque 70% des matières premières du cobalt du monde.
Cependant, Il n'y a pas de lois du travail ni de réglementation de sécurité pour manuelle (à petite échelle) Opérations minières dans le projet d'exploitation de Cobalt dans le deuxième plus grand pays d'Afrique. L'exploitation manuelle à haut risque, l'emploi du travail des enfants pendant le processus minière, Et de mauvaises conditions de travail ont valu à l'industrie minière du cobalt le titre de «batterie de sang».
Les batteries au lithium-ion sans cobalt peuvent nous aider à utiliser des matériaux de batterie qui sont éthiques pour les humains.
2.2 Oxyde de manganèse au lithium (Limn2o4 ou LMO)
- Améliorer la sécurité
- Stabilité thermique élevée
- Durée de vie du cycle limité
- Énergie spécifique moyenne
- Ratio de puissance modéré
Les batteries LMO sont communément appelées oxyde de manganèse au lithium, manganèse au lithium, et spinelle de manganèse, et sont connus depuis 1996. Sa structure forme une structure spinelle tridimensionnelle ou un cadre cristallin de cathode à oxyde de manganèse lithium.
La structure des spinelles peut améliorer le mouvement actuel et la trajectoire d'écoulement d'ions, réduire la résistance interne, et améliorer la sécurité et la stabilité.
La conception du manganèse au lithium a maximisé la durée de vie de la batterie, sécurité, et puissance spécifique. En raison de la composition chimique des batteries hybrides qui peuvent prolonger la durée de vie de la batterie et améliorer l'énergie spécifique aux batteries, De nombreux véhicules électriques tels que BMW I3 et Nissan Leaf ont choisi la combinaison LMO-NMC. Le composant LMO fournit un courant élevé pendant l'accélération, Alors que NMC augmente.
2.3 Phosphate de fer et de lithium (Lifepo4 ou lfp)
- Haute sécurité
- Puissance spécifique élevée
- Longue durée de vie
- Faible énergie spécifique
Le phosphate de fer au lithium est un type de lifepo4 ou LFP batterie, et la découverte du phosphate en tant que matériau de cathode a entraîné le développement de batteries de lithium rechargeables.
Après des décennies de développement et d'application, c'est maintenant devenu un matériau populaire.
Les batteries LFP sont principalement utilisées pour le stockage d'énergie et d'autres applications qui nécessitent une sécurité élevée, haute puissance, et longue durée de vie. La tension nominale des batteries LifePO4 est inférieure, résultant en une énergie spécifique plus faible que les batteries au lithium-ion cobalt.
Bien que la densité d'énergie de la composition chimique de cette batterie soit légèrement inférieure (3.2V / cellule), Il a une longue durée de vie, coût inférieur, et est plus sûr.
Il peut même résister à de très grandes différences de température, le rendre populaire dans les industries avec des charges élevées et des environnements durs. Il a de bonnes performances électrochimiques et une plus grande tolérance à la surcharge des batteries, et est également populaire dans l'équipement utilisé dans des emplacements fixes à haute durabilité.
L'avancement de la technologie de chimie des batteries en a fait une étape inévitable pour les batteries traditionnelles à remplacer. Par exemple, Les batteries au phosphate de lithium peuvent remplacer les batteries de démarrage à acide de plomb - les batteries au phosphate de lithium fonctionnent bien lorsque quatre batteries sont connectées en série, produisant une tension égale à la tension générée par six batteries au plomb connectées en série.
Cela reflète également l'excellente performance et la viabilité économique des batteries LifePO4.
2.4 Lithium nickel manganèse cobalt (LinixmnyCozo2 ou NMC)
- Puissance spécifique élevée
- Énergie spécifique élevée
- Haute sécurité
- Coût moyen
- Bonnes performances globales
Lithium nickel manganèse cobalt est l'un des principaux matériaux chimiques du marché des batteries entre autres matériaux. Batteries, également connu sous le nom de NMC, NCM, etc., Peut être utilisé comme batteries d'énergie ou batteries de puissance.
La batterie NMC est l'une des produits combinés de cathode au lithium-ion de manganèse les plus réussis.
Sur la base des coûts de production inférieurs, Il peut également fournir une énergie spécifique élevée et a une bonne sécurité. À propos 2000 Les cycles de charge prouvent qu'il a également une excellente vie de service.
Sa tension nominale est de 3,6 V et la densité d'énergie est de 150-220Wh / kg, En faire un choix de haute qualité dans l'industrie des véhicules électriques. Combiner les avantages du nickel (Énergie spécifique élevée) et manganèse (formant des structures spinelles pour obtenir une faible résistance interne), Les batteries NMC sont largement utilisées dans des industries telles que les vélos électriques, véhicules électriques, et matériel médical.
NMC a également le taux d'auto-chauffage le plus bas parmi les six configurations, et son poids léger, petite taille, et une forte capacité de stockage d'énergie en font l'un des choix idéaux pour les fabricants.
La composition chimique de NMC peut être configurée pour contenir différentes quantités. La formule NMC se compose généralement de 33% nickel, 33% manganèse, et 33% cobalt. Cobalt devient de plus en plus coûteux et difficile à maintenir les achats, Alors que le monde pousse à minimiser l'utilisation de cobalt.
Donc la combinaison unique de 1-1-1 fait des batteries NMC un bon choix en raison de leur faible contenu en cobalt et des coûts de matières premières inférieurs. Donc, C'est un choix populaire dans les industries qui s'appuie sur des cycles fréquents pour des applications généralisées, comme la production à grande échelle de batteries dans les automobiles et les systèmes de stockage d'énergie (Es).
Les autres structures combinées réussies dans les applications de marché sont les NMC811 et NMC622, et la série NMC se développe constamment pour s'adapter aux systèmes électrochimiques des ions lithiums mixtes NMC sur le marché.
2.5 Lithium nickel cobalt oxyde d'aluminium (Licicoalo2 ou NCA)
- Énergie spécifique élevée
- Longue durée de vie
- Excellente puissance et performances
- Le coût et la sécurité sont relativement médiocres par rapport aux autres
Lithium nickel cobalt oxyde d'aluminium (ANC) Les batteries ont des similitudes avec NMC en ce qu'elles ont une énergie spécifique élevée et de bonnes données d'énergie spécifiques. Dans une étude comparant l'énergie spécifique de la base de plomb, nickel, et les systèmes à base de lithium, il a été constaté que l'aluminium lithium (ANC) a l'énergie spécifique la plus élevée, et NCA a une durée de vie à cycle élevé 2000 cycles de charge.
La densité d'énergie de 200-260wh / kg et la tension nominale de 3,6 V font de la NCA un choix idéal pour les systèmes d'alimentation, Bien que cette composition chimique nécessite plus d'attention aux problèmes de sécurité et coûte cher.
Parce que les batteries NCA atteignent une stabilité plus élevée en ajoutant de l'aluminium, Mais dans les matériaux chimiques de batterie, plus le contenu nickel est élevé, Plus l'énergie spécifique est élevée, Et plus la stabilité de la batterie est pauvre. Donc, Les batteries NCA doivent prendre plus de mesures de sécurité pour garantir la qualité des batteries et la sécurité des utilisateurs.
La NCA peut livrer des courants relativement importants pendant longtemps et maintenir des taux de charge élevés pour la charge rapide. Les batteries configurées peuvent être utilisées pour les véhicules électriques haute performance ou les véhicules électriques hors route (Ohev), faire de la NCA un matériau candidat pour les systèmes d'alimentation des véhicules électriques.
2.6 Titanate de lithium (Li2tio3 ou lto)
- Excellente sécurité
- Chargement rapide
- Longue durée de vie
- Faible énergie spécifique
Depuis qu'il est entré sur le marché dans 2008, Les batteries de titanate au lithium ont été l'une des batteries lithium-ion les plus sûres avec d'excellentes performances, comme la stabilité thermique à des températures élevées et un courant de débit élevé (10 fois la capacité nominale).
Le cycle de charge est à propos 15000 fois, Et la durée de vie est plus longue que celle du phosphate de fer au lithium.
Dans les batteries LTO, Lithium Titanate remplace le graphite dans l'anode, tandis que l'oxyde de manganèse au lithium ou le NMC agit comme le matériau de la cathode. Par rapport aux batteries traditionnelles à ion au lithium mélangé en cobalt, Les batteries de titanate au lithium n'ont aucune caractéristique de déformation, et ne formera pas SEI (Interface d'électrolyte solide) revêtement de film ou de lithium pendant la charge à basse température et la charge rapide, Assurer son efficacité de réaction.
Le titanate de lithium a une bonne puissance et des performances spécifiques sur une large plage de températures, Mais ses deux principaux inconvénients sont le coût de production et la puissance spécifique inférieure par rapport aux autres types de données.
LTO a été utilisé dans l'aérospatiale et les équipements militaires, ainsi que les applications d'énergie solaire, Et il y a encore de la place pour un développement ultérieur dans cette chimie de la batterie.
Conclusion
Comme John B. Goodenough a dit un jour, «La science est une langue internationale.». C'est précisément cette langue qui continuera de promouvoir l'innovation, et la technologie innovante a conduit au développement et à la vitalité continus du marché mondial des batteries au lithium-ion.
Les fabricants de batteries investissent en permanence dans la recherche et le développement de batteries au lithium-ion pour libérer le potentiel de nouveaux types de batteries au lithium-ion. Voici seulement six types chimiques populaires de batteries au lithium-ion, Et je crois que vous aurez une compréhension plus profonde après les avoir lues.
Les batteries LCO sont les batteries les plus couramment utilisées dans des dispositifs électroniques portables.
Les batteries LMO offrent un courant plus élevé que les batteries LCO, et NMC est devenu le principal produit chimique de la cathode pour de nombreuses applications en raison de son coût inférieur par rapport aux autres batteries à base de cobalt. Les batteries LTO facturent plus rapidement, tandis que les batteries LFP sont très stables et sûres même lorsqu'elles sont complètement chargées. NCA fonctionne bien dans des applications à haute charge et a une longue durée de vie de la batterie, En faire un choix idéal pour les fabricants de véhicules électriques.
On peut dire qu'ils ont chacun leurs propres forces et caractéristiques distinctes, et leurs scénarios d'application sont également différents. Les batteries au lithium ion sont l'une des batteries rechargeables largement utilisées sur le marché actuel et dominent actuellement le marché des batteries secondaires.
Et il y a encore un espace de développement plus important et plus large sur le marché des batteries, comme la recherche et le développement de batteries à ions sodium, qui est l'une des dix meilleures technologies émergentes dans le domaine chimique de 2022.
Professeur Xia Hui de l'Université de technologie de Nanjing en Chine, en collaboration avec des équipes nationales et étrangères, a fait des progrès significatifs dans la recherche sur les matériaux de cathode à base de manganèse, qui est également un marché futur prometteur pour l'éditeur.
Tout comme l'histoire humaine est constamment créée, L'innovation technologique est également constamment mise à jour, Et nous pouvons continuer à prêter attention au développement des batteries ensemble.
