Visão geral
As baterias de lítio são agora usadas em muitos campos, e no passado, baterias de chumbo-ácido, baterias de cádmio, e baterias de níquel foram usadas nesses campos. Este artigo apresentará a história do desenvolvimento de baterias de íon de lítio e o conhecimento relacionado à estrutura da bateria de íon de lítio., destinado a leitores interessados ou com necessidades de compra de baterias de íon de lítio, para ajudá-los a fazer escolhas mais sábias ao comprar baterias.
1. A história do desenvolvimento das baterias de íon de lítio
Na última década, as baterias de íon de lítio tornaram-se o material químico de bateria recarregável dominante em quase todas as indústrias. Em comparação com os materiais químicos anteriormente populares (baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel cádmio, e pilhas alcalinas), baterias de íon de lítio são superiores em muitos aspectos. O lítio é atualmente o material químico com maior densidade de energia utilizada, e com algumas funções adicionais, pode se tornar o material químico mais seguro. A energia do lítio é um campo de pesquisa ativo, portanto, novos materiais químicos são desenvolvidos todos os anos.
O conceito de baterias de íon-lítio foi proposto pela primeira vez na década de 1970, quando o químico britânico Stanley Whittingham inventou uma bateria que poderia carregar sozinha com o tempo. Ele tentou usar dissulfeto de titânio e metal de lítio como eletrodos, mas isso fez com que a bateria entrasse em curto-circuito e explodisse.
As questões de segurança das baterias de metal de lítio levaram ao desenvolvimento de baterias de íon-lítio. Embora as baterias de metal de lítio tenham uma densidade de energia mais alta, baterias de íon de lítio são muito seguras ao carregar e descarregar usando diretrizes de segurança específicas.
Na década de 1980, John Goodenough e Akira Yoshino fizeram experiências adicionais para tornar as baterias mais seguras. O desenvolvimento de baterias de íon-lítio começou assim.
Na década de 1990, a tecnologia de íons de lítio começou a ser favorecida e rapidamente popularizada. Naquela hora, Sony produziu o primeiro lote de baterias comerciais, marcando o início da comercialização de baterias de íon-lítio. Ao mesmo tempo, o mercado de dispositivos eletrônicos portáteis está crescendo rapidamente, exigindo uma bateria recarregável leve para alimentá-lo. Baterias de íon de lítio, como uma bateria segura e poderosa, se tornaram a melhor escolha.
Na última década, as baterias de íon de lítio tornaram-se o material químico de bateria recarregável dominante em quase todas as indústrias. Em comparação com os materiais químicos anteriormente populares (baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel cádmio, e pilhas alcalinas), baterias de íon de lítio são superiores em muitos aspectos. O lítio é atualmente o material químico com maior densidade de energia utilizada, e com algumas funções adicionais, pode se tornar o material químico mais seguro. A energia do lítio é um campo de pesquisa ativo, portanto, novos materiais químicos são desenvolvidos todos os anos.
Atualmente, o As cinco principais empresas globais de aplicações de baterias de íon de lítio são:
Catl (China)
LG Química (Coreia do Sul)
BYD (China)
Panasonic (Japão)
Samsung SDI (Coreia do Sul)
2. Estrutura da bateria de íon de lítio
2.1 O que é um bateria de íon de lítio
Simplificando, um bateria de íon de lítio refere-se a uma bateria com um eletrodo negativo (ânodo) e um eletrodo positivo (cátodo), onde os íons de lítio são transportados entre os dois materiais. O princípio de funcionamento das baterias de íon de lítio é o mesmo de qualquer outra bateria recarregável.
Durante a alta, íons de lítio se movem do ânodo para o cátodo e depositam (incorporar) no eletrodo positivo composto de lítio e outros metais. Ao carregar, esse processo é o oposto.
Cada bateria de íon de lítio possui uma faixa de tensão que pode operar com segurança. A faixa depende da composição química do eletrólito usado na bateria. Por exemplo, As baterias LFP são de 2,5 V em 0% estado de acusação (SOC) e 3,6 V em 100% SOC. Esta é geralmente considerada a faixa operacional segura das baterias LFP, enquanto abaixo da faixa especificada é considerado descarga excessiva, e excedendo o especificado 100% SOC é considerado sobrecarga.
2.2 estrutura da bateria de íon de lítio
2.2.1 Ânodo
O ânodo é o eletrodo negativo de uma bateria. Em baterias de íon de lítio, o ânodo é geralmente composto de lítio e carbono (geralmente pó de grafite). A pureza, tamanho de partícula, e a distribuição uniforme dos materiais anódicos podem afetar sua capacidade e taxa de envelhecimento.
2.2.2 Cátodo
O cátodo é o eletrodo positivo. É aqui que diferentes produtos químicos entram em jogo. O cátodo determina as propriedades químicas gerais da energia do lítio. Como o ânodo, o coletor é combinado com o material para facilitar a atividade de reação eletrônica. A principal diferença entre eles reside na temperatura em que diferentes produtos químicos reagem com os eletrólitos. (fuga térmica) e a magnitude da tensão que eles produzem.
2.2.3 Eletrólitos
Os eletrólitos permitem que os íons de lítio se transfiram e se movam entre as duas placas. Geralmente, é composto por diferentes carbonatos orgânicos, como carbonato de etileno e carbonato de dietila. As diferentes misturas e proporções dependem do ambiente de aplicação da bateria.
Por exemplo, para aplicações de baixa temperatura, a viscosidade da solução eletrolítica será menor do que a da solução eletrolítica à temperatura ambiente. Em baterias de lítio, hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) é o sal de lítio mais comum. Pode-se dizer que o eletrólito mais utilizado em baterias de íons de lítio é o hexafluorofosfato de lítio. (LiPF6), cuja qualidade determina o desempenho de carga e descarga, vida de serviço, e segurança das baterias de íon de lítio.
Porque o LiPF6 tem o melhor desempenho geral abrangente, tem excelente respeito ao meio ambiente, passivação do coletor de corrente do eletrodo positivo para evitar corrosão do eletrodo, e quando misturado com água, produz ácido fluorídrico (HF), o que é propício à formação de filme SEI no eletrodo negativo.
SEI é uma reação química entre o lítio metálico e o eletrólito, que forma uma camada eletrolítica sólida na superfície do metal de lítio. Desempenha um papel no isolamento e proteção entre o metal de lítio e o eletrólito.
Em condições normais, os fabricantes de baterias normalmente carregam lentamente para formar um SEI uniforme no ânodo de carbono.
2.2.4 Diafragma
O separador das baterias de íon-lítio é um filme plástico poroso que facilita a prevenção do contato direto entre o ânodo e o cátodo. Esses filmes finos são geralmente 20 mícrons de espessura com pequenos poros que permitem a passagem de íons de lítio durante os processos de carga e descarga. Quando a bateria exceder a faixa de temperatura ou sofrer um curto-circuito, este separador fechará os poros e impedirá a passagem de íons de lítio, interrompendo assim a reação química.
3. As vantagens das baterias de íon de lítio
3.1 vantagens da estrutura da bateria de íon de lítio
1. Descarga de alta taxa, capacidade estável
2.Carregamento rápido
Baterias de íon de lítio – carregadas dentro 1 hora
Baterias de chumbo-ácido – mais 9 horas
3.Pegada pequena e forte capacidade de carga
4.Vários ciclos e longa vida útil
Baterias de íon de lítio – O ciclo de vida geralmente é 5000 vezes, e a descarga completa não afeta o ciclo de vida
Baterias de chumbo-ácido -300 para 500 vezes, a descarga completa afetará sua vida útil
5.Alta eficiência energética
Baterias de íon de lítio -96% saída, 4% perda de calor
Baterias de chumbo-ácido -15% perda de calor em 85% saída
6.Ampla faixa de tensão de carregamento
Não é necessária compensação de tensão
7.Reduza os custos de gerenciamento térmico
Baterias de íon de lítio – circulação de ar aceitável
Bateria de chumbo-ácido – requer ar condicionado
8.Sem emissões de gases
Baterias de íon de lítio – operando em recipientes selados
Baterias de chumbo-ácido – requerem ventilação de hidrogênio
9.Não tóxico, sem restrições de reciclagem
Nova energia verde, seguro e protegido para usar.
Para mais comparação entre bateria de lítio e bateria de chumbo-ácido, clique para ver: Bateria de lítio vs.. Bateria de chumbo ácido para conteúdo mais detalhado e específico.
3.2 A razão para escolher substituir as baterias de chumbo-ácido por baterias de íon-lítio
3.2.1 Melhorando a eficiência
Graças aos avanços no BMS e na tecnologia de carregamento, equipamento de fonte de alimentação com bateria de íon de lítio pode ajudar a melhorar a eficiência e reduzir o tempo de inatividade causado pela necessidade de carregar equipamentos alimentados por bateria.
3.2.2 Melhorando a produtividade
As operadoras não precisam se preocupar com problemas de carregamento do dispositivo, e a tecnologia de baterias de íons de lítio permite que as empresas invistam em soluções de automação, reduzindo custos para as empresas.
3.2.3 Uma maneira mais simples de carregar e armazenar
As baterias de íon de lítio podem ser carregadas a qualquer momento, o que significa que você pode carregá-los conforme sua conveniência. As baterias de íon de lítio também não requerem carregamento próprio ou espaço de armazenamento, pois não representam riscos ambientais como as baterias de chumbo-ácido.
3.2.4 Não é necessária manutenção
Ao contrário das baterias de chumbo-ácido, baterias de íon de lítio não requerem inspeções e métodos de manutenção tediosos.
3.2.5 Melhorando a segurança operacional
As baterias de íon de lítio melhoram a segurança operacional das instalações por vários meios, e também são mais ecológicos devido ao menor risco de superaquecimento, explosão, ou emissão de gases ou líquidos nocivos.
4.1 Carregamento equilibrado
Sobrecarregue a bateria após um ciclo de carregamento completo acima da tensão normal. Esta etapa é necessária para ajudar a remover sulfatos acumulados e equilibrar a tensão de cada bateria em baterias de chumbo-ácido.
4.2 Degradação da bateria
O processo de redução da quantidade de energia que uma bateria pode armazenar. Temperatura, tensão de carga e descarga, e a profundidade de carga e descarga podem afetar o grau em que a capacidade da bateria diminui ao longo do tempo.
4.3 Contagem do ciclo da bateria
Se a bateria completar uma carga e descarga como um ciclo, o número cumulativo de cargas e descargas. O ciclo da bateria consiste em 100% descarga e carregamento.
4.4 Vida útil da bateria
Por quanto tempo a bateria pode ser usada dentro de sua vida útil. A vida útil é medida pelo número de ciclos completos de carga e descarga.
4.5 Temperatura de trabalho
A temperatura aceitável do ambiente circundante em que a bateria opera. Se a temperatura de trabalho exceder a faixa, a bateria pode falhar.
4.6 Listagem/Certificação UL
A listagem/certificação UL significa que a UL avaliou amostras de produtos para garantir que atendem a requisitos específicos. Isso inclui amostras de teste que cobrem a segurança funcional e casos de uso da estrutura da bateria de íons de lítio.
5. Por que escolher íons de lítio- Análise sob a perspectiva da estrutura da bateria de íons de lítio
5.1 Excelente qualidade
A alta densidade de energia e os extensos ciclos de descarga das baterias de íons de lítio são os fatores mais importantes, tornando-os indispensáveis em muitos dispositivos. E também são superiores à química tradicional das baterias em muitos outros aspectos. Além da alta densidade energética das baterias, eles também podem descarregar em alta potência e carregar rapidamente. Isto lhes dá maior flexibilidade operacional do que as baterias de chumbo-ácido.
Em cenários de aplicação onde a energia ou o tempo de carregamento são escassos, como sistemas solares fotovoltaicos, a operação contínua em estados parcialmente carregados não causará danos às baterias de íon de lítio.
5.2 Ambientalmente amigável
A interação entre as baterias de íon de lítio e o meio ambiente é muito suave. Nenhum gás prejudicial é emitido durante o carregamento, e a perda de calor é muito baixa. Isto significa que as baterias de iões de lítio podem ser utilizadas em espaços fechados, completamente isolado do entorno. A reciclagem e reutilização de baterias descartadas também é muito conveniente, pois não contêm substâncias tóxicas como o cádmio, mercúrio, e liderar.
5.3 Vários tipos de estruturas
Durante a alta, a carga se move através do circuito externo entre os eletrodos da bateria. Para equilibrar a transferência de carga dentro da bateria, íons de lítio carregados positivamente se movem através de um circuito eletrolítico interno entre os eletrodos positivo e negativo. Ao carregar, o processo é inverso, e os íons de lítio retornam através do eletrólito.
Vários tipos de produtos químicos podem ser usados como cátodos (cátodos) para fabricar materiais de eletrodos que transportam íons de lítio. Materiais eletrolíticos também são uma direção de pesquisa, e o estado de materiais como sólidos e líquidos também é um tema de pesquisa. Este é um campo de pesquisa e desenvolvimento muito ativo, que está impulsionando o desenvolvimento de baterias de íons de lítio em cada vez mais aplicações de mercado.
Conclusão
Agora que você entendeu tantas análises e dados, você deve ter um certo conhecimento sobre baterias de lítio: a história deles, vantagens, e direção de desenvolvimento.
O futuro dos produtos elétricos chegou. A procura de transição da energia tradicional para a nova energia não pode ser ignorada. À medida que mais e mais indústrias e empresas percebem as vantagens da tecnologia de baterias de íons de lítio, tomar decisões para mudar o foco dos negócios tornou-se mais fácil.
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Perguntas frequentes
1. As baterias de lítio podem substituir as baterias alcalinas?
Embora as baterias de lítio usem tecnologia de bateria mais cara, sua capacidade de manter alta tensão significa que são uma excelente alternativa às baterias alcalinas.
2.As baterias de lítio vazarão?
As baterias de lítio não vazam, então eles são muito seguros para armazenar.
O lítio pode pegar fogo quando em contato com o ar ou a água. Eles são menos propensos a vazar porque, para eletrólitos líquidos, a tecnologia de tratamento de exaustão já está muito madura.
3.A que temperatura as baterias de íons de lítio explodirão?
As baterias de lítio podem explodir em 538 graus Celsius.
Se uma bateria de lítio for aquecida por muito tempo, pode. Como as baterias de íons de lítio têm uma energia muito alta, quando eles esquentarem, eles liberam solventes orgânicos que atuam no eletrólito; Este calor pode fazer com que explodam.
Curtos-circuitos que ocorrem quando os terminais da bateria entram em contato com metal também podem causar explosões.
