Литиевые батареи сейчас используются во многих областях., и в прошлом, свинцово-кислотные аккумуляторы, кадмиевые батареи, и никелевые батареи использовались в этих областях. В этой статье будет представлена история развития литий-ионных аккумуляторов и соответствующие знания о структуре литий-ионных аккумуляторов., предназначено для читателей, которые интересуются литий-ионными батареями или имеют потребность в их покупке., чтобы помочь им сделать более разумный выбор при покупке батарей.

1. История развития литий-ионных аккумуляторов

В последнее десятилетие, Литий-ионные аккумуляторы стали доминирующим химическим материалом для аккумуляторных батарей практически во всех отраслях промышленности.. По сравнению с ранее популярными химическими материалами (свинцово-кислотные аккумуляторы, никель-кадмиевые аккумуляторы, и щелочные батарейки), литий-ионные аккумуляторы превосходят по многим параметрам. Литий в настоящее время является химическим материалом с самой высокой плотностью энергии., и с некоторыми дополнительными функциями, он может стать самым безопасным химическим материалом. Литиевая энергетика — активная область исследований., поэтому каждый год разрабатываются новые химические материалы..

Концепция литий-ионных аккумуляторов была впервые предложена в 1970-х годах., когда британский химик Стэнли Уиттингем изобрел батарею, которая могла заряжаться с течением времени.. Он попытался использовать дисульфид титана и металлический литий в качестве электродов., но это привело к короткому замыканию и взрыву аккумулятора.
Проблемы безопасности литий-металлических батарей побудили разработку литий-ионных батарей.. Хотя литий-металлические батареи имеют более высокую плотность энергии, Литий-ионные аккумуляторы очень безопасны при зарядке и разрядке с соблюдением особых правил техники безопасности..
В 1980-е годы, Джон Гуденаф и Акира Ёсино продолжили эксперименты, чтобы сделать батареи более безопасными.. Таким образом, началась разработка литий-ионных аккумуляторов..

В 1990-е годы, литий-ионная технология стала пользоваться популярностью и быстро популяризировалась.. В это время, Sony выпустила первую партию коммерческих аккумуляторов, ознаменовав начало коммерциализации литий-ионных аккумуляторов. В то же время, рынок портативных электронных устройств быстро растет, для его питания требуется легкая перезаряжаемая батарея. Литий-ионные аккумуляторы, как безопасный и мощный аккумулятор, стали лучшим выбором.

2. Структура литий-ионной батареи

2.1 Что такое литий-ионный аккумулятор

Проще говоря, а литий-ионный аккумулятор относится к батарее с отрицательным электродом (анод) и положительный электрод (катод), где ионы лития переносятся между двумя материалами. Принцип работы литий-ионных батарей такой же, как и у любой другой аккумуляторной батареи..

Во время выписки, Ионы лития перемещаются от анода к катоду и осаждаются (вставлять) в положительный электрод, состоящий из лития и других металлов. При зарядке, этот процесс противоположный.
Каждая литий-ионная батарея имеет диапазон напряжения, в котором она может безопасно работать.. Диапазон зависит от химического состава электролита, используемого в аккумуляторе.. Например, Батареи LFP имеют напряжение 2,5 В при 0% состояние заряда (СОЦ) и 3,6 В при 100% СОЦ. Обычно это считается безопасным рабочим диапазоном батарей LFP., если ниже указанного диапазона считается чрезмерный разряд., и превышающие установленные 100% SOC считается завышенной ценой.

2.2 структура литий-ионного аккумулятора

2.2.1 Анод

Анод — это отрицательный электрод в аккумуляторе.. В литий-ионных батареях, анод обычно состоит из лития и углерода (обычно графитовый порошок). Чистота, размер частиц, и равномерное распределение анодных материалов могут повлиять на их емкость и скорость старения..

2.2.2 катод

Катод является положительным электродом. Здесь в игру вступают различные химические вещества.. Катод определяет общую энергетику лития, химические свойства.. Как и анод, коллектор объединен с материалом для облегчения активности электронной реакции. Основное различие между ними заключается в температуре, при которой разные химические вещества вступают в реакцию с электролитами. (термический побег) и величину напряжения, которое они производят.

2.2.3 Электролиты

Электролиты позволяют ионам лития перемещаться между двумя пластинами.. Обычно, состоит из различных органических карбонатов, такие как этиленкарбонат и диэтилкарбонат. Различные смеси и соотношения зависят от условий применения аккумулятора..
Например, для низкотемпературных применений, вязкость раствора электролита будет ниже, чем вязкость раствора электролита при комнатной температуре.. В литиевых батареях, гексафторфосфат лития (ЛиПФ6) самая распространенная соль лития. Можно сказать, что наиболее широко используемым электролитом в литий-ионных аккумуляторах является гексафторфосфат лития. (ЛиПФ6), качество которых определяет производительность зарядки и разрядки, срок службы, и безопасность литий-ионных аккумуляторов.

LiPF6晶体结构示意图 — *Принципиальная схема кристаллической структуры LiPF6*

Потому что LiPF6 имеет лучшие общие комплексные характеристики., имеет отличную экологичность, пассивация токосъемника положительного электрода для предотвращения коррозии электрода, и при смешивании с водой, производит плавиковую кислоту (ВЧ), что способствует образованию пленки SEI на отрицательном электроде.
SEI — это химическая реакция между металлическим литием и электролитом., который образует слой твердого электролита на поверхности металлического лития. Он играет роль в изоляции и защите между металлическим литием и электролитом..
В нормальных условиях, производители аккумуляторов обычно заряжают медленно, чтобы сформировать однородный SEI на углеродном аноде..

2.2.4 Диафрагма

Сепаратор литий-ионных аккумуляторов представляет собой пористую пластиковую пленку, способствующую предотвращению прямого контакта анода и катода.. Эти тонкие пленки обычно 20 толщиной в несколько микронов и мелкими порами, которые пропускают ионы лития во время процессов зарядки и разрядки.. Если температура батареи превышает допустимый диапазон или происходит короткое замыкание., этот сепаратор закроет поры и предотвратит прохождение ионов лития, тем самым останавливая химическую реакцию.

3. Преимущества литий-ионных аккумуляторов

3.1 Преимущества структуры литий-ионного аккумулятора

1. Высокая скорость разряда, стабильная мощность

2.Быстрая зарядка

Литий-ионные аккумуляторы – заряжаются внутри 1 час

Свинцово-кислотные аккумуляторы – конец 9 часы

3.Небольшая занимаемая площадь и высокая несущая способность

4.Несколько циклов и длительный срок службы.

Литий-ионные аккумуляторы. Срок службы обычно составляет 5000 раз, и полная разрядка не влияет на срок службы

Свинцово-кислотные аккумуляторы -300 к 500 раз, полная разрядка повлияет на срок их службы

5.Высокая энергоэффективность

Литий-ионные аккумуляторы -96% выход, 4% потеря тепла

Свинцово-кислотные аккумуляторы -15% потери тепла при 85% выход

6.Широкий диапазон зарядного напряжения

Компенсация напряжения не требуется

7.Сокращение затрат на управление температурным режимом

Литий-ионные аккумуляторы – приемлемая циркуляция воздуха

Свинцово-кислотный аккумулятор – требуется кондиционер

8.Никаких выбросов газа

Литий-ионные аккумуляторы – работают в герметичных контейнерах

Свинцово-кислотные аккумуляторы – требуют водородной вентиляции

9.Нетоксичный, нет ограничений на переработку

Зеленая новая энергия, безопасно и надежно в использовании.

Для большего сравнения литиевой батареи и свинцово-кислотной батареи, нажмите, чтобы просмотреть: Литиевая батарея против. Свинцово-кислотная батарея для более подробного и конкретного содержания.

3.2 Причина выбора замены свинцово-кислотных аккумуляторов на литий-ионные.

3.2.1 Повышение эффективности

Благодаря достижениям в области BMS и технологии зарядки, Оборудование для электропитания с литий-ионными аккумуляторами может помочь повысить эффективность и сократить время простоев, вызванное необходимостью зарядки оборудования с питанием от аккумуляторов..

3.2.2 Повышение производительности

Операторам не придется беспокоиться о проблемах с зарядкой устройств., а технология литий-ионных аккумуляторов позволяет компаниям инвестировать в решения по автоматизации, сокращение затрат для бизнеса.

3.2.3 Более простой способ зарядки и хранения

Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать в любое время., это означает, что вы можете заряжать их, когда вам удобно. Литий-ионные аккумуляторы также не требуют собственной зарядки или места для хранения., поскольку они не представляют опасности для окружающей среды, как свинцово-кислотные аккумуляторы..

3.2.4 Не требуется техническое обслуживание

В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, литий-ионные аккумуляторы не требуют утомительных проверок и методов обслуживания.

3.2.5 Повышение эксплуатационной безопасности

Литий-ионные аккумуляторы повышают эксплуатационную безопасность объектов различными способами., а также они более экологичны из-за меньшего риска перегрева, взрыв, или выброс вредных газов или жидкостей.

4.1 Сбалансированная зарядка

Перезарядите аккумулятор после полного цикла зарядки при напряжении выше нормального.. Этот шаг необходим, чтобы помочь удалить накопившиеся сульфаты и сбалансировать напряжение каждой батареи в свинцово-кислотных аккумуляторах..

4.2 Деградация батареи

Процесс уменьшения количества энергии, которую может хранить аккумулятор.. Температура, напряжение зарядки и разрядки, а глубина зарядки и разрядки может влиять на степень уменьшения емкости аккумулятора с течением времени..

4.3 Количество циклов батареи

Если аккумулятор выполняет одну зарядку и разрядку в цикле, совокупное количество зарядов и разрядов. Цикл работы батареи состоит из 100% разрядка и зарядка.

4.4 Срок службы батареи

Как долго можно использовать батарею в течение срока ее службы. Срок службы измеряется количеством полных циклов зарядки и разрядки..

4.5 Рабочая температура

Допустимая температура окружающей среды, в которой работает аккумулятор.. Если рабочая температура превышает диапазон, аккумулятор может выйти из строя.

4.6 Листинг/сертификация UL

Внесение в список/сертификация UL означает, что UL провела оценку образцов продукции на предмет их соответствия конкретным требованиям.. Сюда входят образцы испытаний, охватывающие функциональную безопасность и варианты использования конструкции литий-ионной батареи..

5. Почему стоит выбрать литий-ионные аккумуляторы- Анализ с точки зрения структуры литий-ионной батареи

5.1 Отличное качество

Высокая плотность энергии и продолжительные циклы разрядки литий-ионных аккумуляторов являются наиболее важными факторами., что делает их незаменимыми во многих устройствах. И они также превосходят традиционные химические аккумуляторы во многих других аспектах.. В дополнение к высокой плотности энергии батарей, они также могут разряжаться с большой мощностью и быстро заряжаться. Это дает им большую эксплуатационную гибкость, чем свинцово-кислотные батареи..
В сценариях применения, когда мощность или время зарядки ограничены, такие как солнечные фотоэлектрические системы, продолжительная работа в частично заряженном состоянии не причинит вреда литий-ионным аккумуляторам.

5.2 Экологически чистый

Взаимодействие литий-ионных аккумуляторов с окружающей средой очень мягкое.. Во время зарядки не выделяются вредные газы., и потери тепла очень низкие. Это означает, что литий-ионные аккумуляторы можно использовать в закрытых помещениях., полностью изолирован от окружающей среды. Переработка и повторное использование выброшенных батареек также очень удобны., так как они не содержат токсичных веществ, таких как кадмий, Меркурий, и вести.

5.3 Несколько типов структур

Во время выписки, заряд перемещается по внешней цепи между электродами батареи. Чтобы сбалансировать перенос заряда внутри батареи, положительно заряженные ионы лития движутся по внутренней электролитной цепи между положительным и отрицательным электродами.. При зарядке, процесс обратный, и ионы лития возвращаются через электролит.
В качестве катодов можно использовать несколько типов химических веществ. (катоды) для производства электродных материалов, несущих ионы лития. Электролитные материалы также являются направлением исследований., и состояние таких материалов, как твердые тела и жидкости, также является темой исследования.. Это очень активная область исследований и разработок., что стимулирует разработку литий-ионных аккумуляторов во все большем количестве рыночных приложений..

Заключение

Теперь, когда вы поняли так много анализа и данных, вы должны иметь определенное представление о литиевых батареях: их история, преимущества, и направление развития.
Будущее электротоваров уже наступило. Требование перехода от традиционной энергетики к новой энергетике нельзя игнорировать. Поскольку все больше и больше отраслей и предприятий осознают преимущества технологии литий-ионных аккумуляторов, принимать решения о смещении фокуса бизнеса стало проще.

Связаться с нами, Универсальное обслуживание GYCX предоставляет самое идеальное решение для ваших нужд.

Планируете ли вы инвестировать в технологию литий-ионных аккумуляторов сейчас??

Получить цену

Часто задаваемые вопросы

1. Могут ли литиевые батареи заменить щелочные батареи??

Хотя в литиевых батареях используется более дорогая аккумуляторная технология., их способность поддерживать высокое напряжение означает, что они являются отличной альтернативой щелочным батареям..

2.Будут ли литиевые батареи течь?

Литиевые батареи не текут, поэтому их очень безопасно хранить.
Литий может загореться при контакте с воздухом или водой.. Вероятность утечки у них меньше, поскольку для жидких электролитов, технология очистки выхлопных газов уже очень зрелая.

3.При какой температуре взрываются литий-ионные аккумуляторы?

Литиевые батареи могут взорваться при 538 градусов Цельсия.
Если литиевая батарея долго нагревается, это может. Потому что литий-ионные аккумуляторы имеют очень высокую энергию, когда они станут горячими, они выделяют органические растворители, которые действуют на электролит; Из-за этого тепла они могут взорваться..
Короткие замыкания, возникающие при контакте клемм аккумулятора с металлом, также могут стать причиной взрыва..

НОВОСТИ

Введение в структуру литий-ионного аккумулятора 2024

Обзор

1. История развития литий-ионных аккумуляторов