Le batterie al litio sono ormai utilizzate in molti campi, e nel passato, batterie al piombo, batterie al cadmio, e in questi campi venivano utilizzate batterie al nichel. Questo articolo introdurrà la storia dello sviluppo delle batterie agli ioni di litio e la relativa conoscenza della struttura delle batterie agli ioni di litio, rivolto ai lettori interessati o che hanno necessità di acquistare batterie agli ioni di litio, per aiutarli a fare scelte più sagge al momento dell'acquisto delle batterie.

1. La storia dello sviluppo delle batterie agli ioni di litio

Negli ultimi dieci anni, Le batterie agli ioni di litio sono diventate il materiale chimico dominante per le batterie ricaricabili in quasi tutti i settori. Rispetto ai materiali chimici precedentemente popolari (batterie al piombo, batterie al nichel-cadmio, e batterie alcaline), Le batterie agli ioni di litio sono superiori sotto molti aspetti. Il litio è attualmente il materiale chimico con la più alta densità di energia utilizzata, e con alcune funzioni aggiuntive, può diventare il materiale chimico più sicuro. L’energia al litio è un campo di ricerca attivo, pertanto ogni anno vengono sviluppati nuovi materiali chimici.

Il concetto di batterie agli ioni di litio fu proposto per la prima volta negli anni '70, quando il chimico britannico Stanley Whittingham inventò una batteria in grado di caricarsi nel tempo. Ha tentato di utilizzare disolfuro di titanio e litio metallico come elettrodi, ma ciò ha causato un cortocircuito e l'esplosione della batteria.
I problemi di sicurezza delle batterie al litio metallico hanno spinto allo sviluppo di batterie agli ioni di litio. Sebbene le batterie al litio metallico abbiano una densità di energia maggiore, Le batterie agli ioni di litio sono molto sicure durante la carica e la scarica utilizzando linee guida di sicurezza specifiche.
Negli anni '80, John Goodenough e Akira Yoshino hanno effettuato ulteriori esperimenti per rendere le batterie più sicure. È così iniziato lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio.

Negli anni '90, La tecnologia agli ioni di litio cominciò ad essere favorita e rapidamente resa popolare. A quel tempo, Sony ha prodotto il primo lotto di batterie commerciali, segnando l’inizio della commercializzazione delle batterie agli ioni di litio. Allo stesso tempo, il mercato dei dispositivi elettronici portatili è in rapida crescita, richiedendo una batteria ricaricabile leggera per alimentarlo. Batterie agli ioni di litio, come una batteria sicura e potente, sono diventati la scelta migliore.

2. Struttura della batteria agli ioni di litio

2.1 Cos'è un Batteria agli ioni di litio

In poche parole, UN Batteria agli ioni di litio si riferisce ad una batteria con un elettrodo negativo (anodo) e un elettrodo positivo (catodo), dove gli ioni di litio vengono trasportati tra i due materiali. Il principio di funzionamento delle batterie agli ioni di litio è lo stesso di qualsiasi altra batteria ricaricabile.

Durante la dimissione, gli ioni di litio si spostano dall'anodo al catodo e si depositano (incorporare) nell'elettrodo positivo composto da litio e altri metalli. Quando si carica, questo processo è l'opposto.
Ciascuna batteria agli ioni di litio ha un intervallo di tensione che può funzionare in sicurezza. L'autonomia dipende dalla composizione chimica dell'elettrolito utilizzato nella batteria. Per esempio, Le batterie LFP sono da 2,5 V 0% stato di carica (SOC) e 3,6 V a 100% SOC. Questo è solitamente considerato il range operativo sicuro delle batterie LFP, mentre al di sotto dell'intervallo specificato si considera scarica eccessiva, e superiore a quanto specificato 100% Il SOC è considerato sovraccarico.

2.2 struttura della batteria agli ioni di litio

2.2.1 Anodo

L'anodo è l'elettrodo negativo in una batteria. Nelle batterie agli ioni di litio, l'anodo è solitamente composto da litio e carbonio (solitamente polvere di grafite). La purezza, dimensione delle particelle, e la distribuzione uniforme dei materiali anodici possono influenzarne la capacità e il tasso di invecchiamento.

2.2.2 Catodo

Il catodo è l'elettrodo positivo. È qui che entrano in gioco diverse sostanze chimiche. Il catodo determina le proprietà chimiche complessive dell'energia del litio. Come l'anodo, il collettore è combinato con il materiale per facilitare l'attività di reazione elettronica. La differenza principale tra loro risiede nella temperatura alla quale le diverse sostanze chimiche reagiscono con gli elettroliti (fuga termica) e l'entità della tensione che producono.

2.2.3 Elettroliti

Gli elettroliti consentono agli ioni di litio di trasferirsi e spostarsi tra le due piastre. Generalmente, è composto da diversi carbonati organici, come carbonato di etilene e carbonato di dietile. Le diverse miscele e rapporti dipendono dall'ambiente di applicazione della batteria.
Per esempio, per applicazioni a bassa temperatura, la viscosità della soluzione elettrolitica sarà inferiore a quella della soluzione elettrolitica a temperatura ambiente. Nelle batterie al litio, esafluorofosfato di litio (LiPF6) è il sale di litio più comune. Si può dire che l'elettrolita più utilizzato nelle batterie agli ioni di litio è l'esafluorofosfato di litio (LiPF6), la cui qualità determina le prestazioni di carica e scarica, vita utile, e la sicurezza delle batterie agli ioni di litio.

LiPF6晶体结构示意图 — *Diagramma schematico della struttura cristallina del LiPF6*

Perché LiPF6 ha le migliori prestazioni globali complessive, ha un'eccellente compatibilità ambientale, passivazione del collettore di corrente dell'elettrodo positivo per prevenire la corrosione dell'elettrodo, e quando mescolato con acqua, produce acido fluoridrico (HF), che favorisce la formazione della pellicola SEI sull'elettrodo negativo.
Il SEI è una reazione chimica tra il litio metallico e l'elettrolita, che forma uno strato elettrolitico solido sulla superficie del litio metallico. Svolge un ruolo nell'isolamento e nella protezione tra il litio metallico e l'elettrolita.
In condizioni normali, i produttori di batterie in genere si caricano lentamente per formare un SEI uniforme sull'anodo di carbonio.

2.2.4 Diaframma

Il separatore delle batterie agli ioni di litio è un film plastico poroso che facilita la prevenzione del contatto diretto tra anodo e catodo. Questi film sottili sono solitamente 20 micron di spessore con piccoli pori che consentono il passaggio degli ioni di litio durante i processi di carica e scarica. Quando la batteria supera l'intervallo di temperatura o subisce un cortocircuito, questo separatore chiuderà i pori e impedirà il passaggio degli ioni di litio, arrestando così la reazione chimica.

3. I vantaggi delle batterie agli ioni di litio

3.1 vantaggi della struttura della batteria agli ioni di litio

1. Scarico ad alta velocità, capacità stabile

2.Ricarica rapida

Batterie agli ioni di litio – caricate all'interno 1 ora

Batterie al piombo – finita 9 ore

3.Ingombro ridotto e forte capacità di carico

4.Cicli multipli e lunga durata

Batterie agli ioni di litio – La durata del ciclo è solitamente 5000 volte, e lo scarico completo non influisce sulla durata del ciclo

Batterie al piombo -300 A 500 volte, lo scarico completo influirà sulla loro durata

5.Alta efficienza energetica

Batterie agli ioni di litio -96% produzione, 4% perdita di calore

Batterie al piombo -15% perdita di calore a 85% produzione

6.Ampia gamma di tensioni di carica

Non è richiesta alcuna compensazione della tensione

7.Ridurre i costi di gestione termica

Batterie agli ioni di litio: circolazione dell'aria accettabile

Batteria al piombo – richiede aria condizionata

8.Nessuna emissione di gas

Batterie agli ioni di litio – funzionanti in contenitori sigillati

Batterie al piombo: richiedono ventilazione con idrogeno

9.Non tossico, nessuna restrizione sul riciclaggio

Nuova energia verde, sicuro e protetto da usare.

Per ulteriori confronti tra batteria al litio e batteria al piombo, fare clic per visualizzare: Batteria al litio vs. Batteria al piombo per contenuti più dettagliati e specifici.

3.2 Il motivo per cui si è scelto di sostituire le batterie al piombo con batterie agli ioni di litio

3.2.1 Migliorare l'efficienza

Grazie ai progressi nel BMS e nella tecnologia di ricarica, Le apparecchiature di alimentazione con batteria agli ioni di litio possono contribuire a migliorare l'efficienza e ridurre i tempi di inattività causati dalla necessità di caricare le apparecchiature alimentate a batteria.

3.2.2 Migliorare la produttività

Gli operatori non devono preoccuparsi dei problemi di ricarica dei dispositivi, e la tecnologia delle batterie agli ioni di litio consente alle aziende di investire in soluzioni di automazione, riduzione dei costi per le imprese.

3.2.3 Un modo più semplice per caricare e conservare

Le batterie agli ioni di litio possono essere caricate in qualsiasi momento, il che significa che puoi caricarli quando preferisci. Inoltre, le batterie agli ioni di litio non richiedono un proprio spazio di ricarica o di stoccaggio, poiché non comportano rischi ambientali come le batterie al piombo.

3.2.4 Nessuna manutenzione richiesta

A differenza delle batterie al piombo, Le batterie agli ioni di litio non richiedono noiose ispezioni e metodi di manutenzione.

3.2.5 Miglioramento della sicurezza operativa

Le batterie agli ioni di litio migliorano la sicurezza operativa delle strutture in vari modi, e sono anche più rispettosi dell'ambiente grazie al minor rischio di surriscaldamento, esplosione, o emissione di gas o liquidi nocivi.

4.1 Carica bilanciata

Sovraccaricare la batteria dopo un ciclo di ricarica completo al di sopra della tensione normale. Questo passaggio è necessario per contribuire a rimuovere i solfati accumulati e bilanciare la tensione di ciascuna batteria nelle batterie al piombo-acido.

4.2 Degrado della batteria

Il processo di riduzione della quantità di energia che una batteria può immagazzinare. Temperatura, tensione di carica e scarica, e la profondità di carica e scarica possono influenzare il grado di diminuzione della capacità della batteria nel tempo.

4.3 Conteggio dei cicli della batteria

Se la batteria completa una carica e una scarica come in un ciclo, il numero cumulativo di cariche e scariche. Il ciclo della batteria è composto da 100% scarica e ricarica.

4.4 Durata della batteria

Per quanto tempo può essere utilizzata la batteria nel suo ciclo di vita. La durata è misurata dal numero di cicli completi di carica e scarica.

4.5 Temperatura di lavoro

La temperatura accettabile dell'ambiente circostante in cui opera la batteria. Se la temperatura di lavoro supera l'intervallo, la batteria potrebbe guastarsi.

4.6 Elencazione/Certificazione UL

L'elenco/certificazione UL significa che UL ha valutato i campioni di prodotto per garantire che soddisfino requisiti specifici. Ciò include il test di campioni che coprono la sicurezza funzionale e i casi d'uso della struttura della batteria agli ioni di litio.

5. Perché scegliere gli ioni di litio- Analisi dal punto di vista della struttura della batteria agli ioni di litio

5.1 Qualità eccellente

I fattori più importanti sono l’elevata densità di energia e i cicli di scarica estesi delle batterie agli ioni di litio, rendendoli indispensabili in molti dispositivi. E sono anche superiori alla chimica delle batterie tradizionali sotto molti altri aspetti. Oltre all'elevata densità energetica delle batterie, possono anche scaricarsi ad alta potenza e caricarsi rapidamente. Ciò conferisce loro una maggiore flessibilità operativa rispetto alle batterie al piombo-acido.
Negli scenari applicativi in cui la potenza o il tempo di ricarica sono limitati, come gli impianti solari fotovoltaici, il funzionamento continuo in stati parzialmente carichi non causerà danni alle batterie agli ioni di litio.

5.2 Rispettoso dell'ambiente

L'interazione tra le batterie agli ioni di litio e l'ambiente è molto delicata. Durante la ricarica non vengono emessi gas nocivi, e la perdita di calore è molto bassa. Ciò significa che le batterie agli ioni di litio possono essere utilizzate in spazi chiusi, completamente isolato dall'ambiente circostante. Molto conveniente anche il riciclo e il riutilizzo delle batterie scartate, poiché non contengono sostanze tossiche come il cadmio, mercurio, e piombo.

5.3 Molteplici tipi di strutture

Durante la dimissione, la carica si muove attraverso il circuito esterno tra gli elettrodi della batteria. Per bilanciare il trasferimento di carica all'interno della batteria, Gli ioni di litio caricati positivamente si muovono attraverso un circuito elettrolitico interno tra gli elettrodi positivo e negativo. Quando si carica, il processo è invertito, e gli ioni di litio ritornano attraverso l'elettrolita.
Come catodi è possibile utilizzare diversi tipi di sostanze chimiche (catodi) per produrre materiali per elettrodi che trasportano ioni di litio. Anche i materiali elettrolitici rappresentano una direzione di ricerca, e anche lo stato dei materiali come solidi e liquidi è un argomento di ricerca. Questo è un campo di ricerca e sviluppo molto attivo, che sta guidando lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio in un numero sempre maggiore di applicazioni di mercato.

Conclusione

Ora che hai capito tante analisi e dati, dovresti avere una certa conoscenza delle batterie al litio: la loro storia, vantaggi, e direzione dello sviluppo.
Il futuro dei prodotti elettrici è arrivato. La richiesta di transizione dall’energia tradizionale alla nuova energia non può essere ignorata. Poiché sempre più industrie e imprese si rendono conto dei vantaggi della tecnologia delle batterie agli ioni di litio, prendere decisioni per spostare il focus del business è diventato più facile.

Contattaci, Servizio unico GYCX fornisce la soluzione più perfetta per le vostre esigenze.

Hai intenzione di investire adesso nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio??

Ottieni un preventivo

FAQ

1. Le batterie al litio possono sostituire le batterie alcaline?

Sebbene le batterie al litio utilizzino una tecnologia delle batterie più costosa, la loro capacità di mantenere alta tensione le rende un'ottima alternativa alle batterie alcaline.

2.Le batterie al litio perdono liquido?

Le batterie al litio non perdono, quindi sono molto sicuri da conservare.
Il litio può prendere fuoco a contatto con l'aria o l'acqua. Hanno meno probabilità di fuoriuscire a causa degli elettroliti liquidi, la tecnologia per il trattamento dei gas di scarico è già molto matura.

3.A quale temperatura esploderanno le batterie agli ioni di litio??

Le batterie al litio possono esplodere 538 gradi Celsius.
Se una batteria al litio viene riscaldata per un lungo periodo, potrebbe. Perché le batterie agli ioni di litio hanno un'energia molto elevata, quando diventano caldi, rilasciano solventi organici che agiscono sull'elettrolita; Questo calore potrebbe farli esplodere.
Anche i cortocircuiti che si verificano quando i terminali della batteria entrano in contatto con il metallo possono causare esplosioni.

NOTIZIA

Introduzione alla struttura della batteria agli ioni di litio 2024

Panoramica

1. La storia dello sviluppo delle batterie agli ioni di litio