Översikt

Litiumbatterier används nu inom många områden, och i det förflutna, bly-syra batterier, kadmiumbatterier, och nickelbatterier användes inom dessa områden. Den här artikeln kommer att introducera utvecklingshistorien för litiumjonbatterier och relaterad kunskap om litiumjonbatteriets struktur, riktar sig till läsare som är intresserade av eller har inköpsbehov av litiumjonbatterier, för att hjälpa dem att göra klokare val när de ska köpa batterier.

1. Utvecklingshistorien för litiumjonbatterier

Under det senaste decenniet, litiumjonbatterier har blivit det dominerande kemiska materialet för uppladdningsbara batterier i nästan alla industrier. Jämfört med de tidigare populära kemiska materialen (bly-syra batterier, nickel kadmium batterier, och alkaliska batterier), litiumjonbatterier är överlägsna i många aspekter. Litium är för närvarande det kemiska materialet med högst energitäthet som används, och med några extra funktioner, det kan bli det säkraste kemiska materialet. Litiumenergi är ett aktivt forskningsfält, därför utvecklas nya kemiska material varje år.

Konceptet med litiumjonbatterier föreslogs först på 1970-talet, när den brittiske kemisten Stanley Whittingham uppfann ett batteri som kunde ladda sig själv med tiden. Han försökte använda titandisulfid och litiummetall som elektroder, men detta fick batteriet att kortsluta och explodera.
Säkerhetsproblemen med litiummetallbatterier har föranlett utvecklingen av litiumjonbatterier. Även om litiummetallbatterier har en högre energitäthet, Litiumjonbatterier är mycket säkra vid laddning och urladdning enligt specifika säkerhetsriktlinjer.
På 1980-talet, John Goodenough och Akira Yoshino experimenterade vidare för att göra batterier säkrare. Utvecklingen av litiumjonbatterier har alltså börjat.

På 1990-talet, litiumjonteknik började gynnas och snabbt populariseras. Då, Sony producerade den första satsen kommersiella batterier, som markerar början på kommersialiseringen av litiumjonbatterier. På samma gång, marknaden för bärbara elektroniska enheter växer snabbt, kräver ett lätt laddningsbart batteri för att driva den. Litiumjonbatterier, som ett säkert och kraftfullt batteri, har blivit det bästa valet.

Under det senaste decenniet, litiumjonbatterier har blivit det dominerande kemiska materialet för uppladdningsbara batterier i nästan alla industrier. Jämfört med de tidigare populära kemiska materialen (bly-syra batterier, nickel kadmium batterier, och alkaliska batterier), litiumjonbatterier är överlägsna i många aspekter. Litium är för närvarande det kemiska materialet med högst energitäthet som används, och med några extra funktioner, det kan bli det säkraste kemiska materialet. Litiumenergi är ett aktivt forskningsfält, därför utvecklas nya kemiska material varje år.
För närvarande, de topp fem globala litiumjonbatteriapplikationsföretag är:
CATL (Kina)
LG Chem (Sydkorea)
BYD (Kina)
Panasonic (Japan)
Samsung SDI (Sydkorea)

2. Litiumjonbatteristruktur

2.1 Vad är a litiumjonbatteri

Enkelt uttryckt, a litiumjonbatteri hänvisar till ett batteri med en negativ elektrod (anod) och en positiv elektrod (katod), där litiumjoner transporteras mellan de två materialen. Arbetsprincipen för litiumjonbatterier är densamma som alla andra uppladdningsbara batterier.

Under utskrivning, litiumjoner rör sig från anoden till katoden och avsätts (bädda in) in i den positiva elektroden som består av litium och andra metaller. Vid laddning, denna process är motsatsen.
Varje litiumjonbatteri har ett spänningsområde som kan fungera säkert. Räckvidden beror på den kemiska sammansättningen av elektrolyten som används i batteriet. Till exempel, LFP-batterier är 2,5V kl 0% laddningstillstånd (SOC) och 3,6V kl 100% SOC. Detta anses vanligtvis vara det säkra driftsområdet för LFP-batterier, medan under det angivna intervallet anses överdriven urladdning, och överskrider det angivna 100% SOC anses vara överladdning.

2.2 litiumjonbatteristruktur

2.2.1 Anod

Anoden är den negativa elektroden i ett batteri. I litiumjonbatterier, anoden är vanligtvis sammansatt av litium och kol (vanligtvis grafitpulver). Renheten, partikelstorlek, och enhetlig fördelning av anodmaterial kan alla påverka deras kapacitet och åldringshastighet.

2.2.2 Katod

Katoden är den positiva elektroden. Det är här olika kemikalier spelar in. Katoden bestämmer de totala kemiska egenskaperna för litiumenergi. Som anoden, uppsamlaren kombineras med materialet för att underlätta elektronisk reaktionsaktivitet. Den största skillnaden mellan dem ligger i den temperatur vid vilken olika kemikalier reagerar med elektrolyter (termisk flykt) och storleken på spänningen de producerar.

2.2.3 Elektrolyter

Elektrolyter tillåter litiumjoner att överföra och flytta mellan de två plattorna. Vanligtvis, den är sammansatt av olika organiska karbonater, såsom etylenkarbonat och dietylkarbonat. De olika blandningarna och förhållandena beror på batteriets användningsmiljö.
Till exempel, för lågtemperaturapplikationer, elektrolytlösningens viskositet kommer att vara lägre än elektrolytlösningens vid rumstemperatur. I litiumbatterier, litiumhexafluorfosfat (LiPF6) är det vanligaste litiumsaltet. Man kan säga att den mest använda elektrolyten i litiumjonbatterier är litiumhexafluorfosfat (LiPF6), vars kvalitet avgör laddnings- och urladdningsprestanda, livslängd, och säkerheten för litiumjonbatterier.

Eftersom LiPF6 har den bästa övergripande prestanda, den har utmärkt miljövänlighet, passivering av den positiva elektrodströmkollektorn för att förhindra elektrodkorrosion, och när det blandas med vatten, den producerar fluorvätesyra (HF), vilket bidrar till bildandet av SEI-film på den negativa elektroden.
SEI är en kemisk reaktion mellan litiummetall och elektrolyt, som bildar ett fast elektrolytskikt på ytan av litiummetall. Det spelar en roll i isolering och skydd mellan litiummetall och elektrolyt.
Under normala förhållanden, batteritillverkare laddar vanligtvis långsamt för att bilda en enhetlig SEI på kolanoden.

2.2.4 Membran

Separatorn för litiumjonbatterier är en porös plastfilm som underlättar förhindrandet av direktkontakt mellan anoden och katoden. Dessa tunna filmer är vanligtvis 20 mikron tjock med små porer som låter litiumjoner passera under laddnings- och urladdningsprocesser. När batteriet överskrider temperaturintervallet eller upplever en kortslutning, denna separator kommer att stänga porerna och förhindra litiumjoner från att passera igenom, och därmed stoppa den kemiska reaktionen.

3. Fördelarna med litiumjonbatterier

3.1 fördelarna med litiumjonbatteristruktur

1. Hög hastighet urladdning, stabil kapacitet

2.Snabbladdning

Litiumjonbatterier – laddas inom 1 timme

Blybatterier – över 9 timmar

3.Litet fotavtryck och stark bärförmåga

4.Flera cykler och lång livslängd

Litiumjonbatterier – Cykelns livslängd är vanligtvis 5000 gånger, och fullständig urladdning påverkar inte cykelns livslängd

Blybatterier -300 till 500 gånger, fullständig urladdning kommer att påverka deras livslängd

5.Hög energieffektivitet

Litiumjonbatterier -96% produktion, 4% värmeförlust

Blybatterier -15% värmeförlust kl 85% produktion

6.Brett utbud av laddningsspänning

Ingen spänningskompensation krävs

7.Minska kostnaderna för värmehantering

Litiumjonbatterier – acceptabel luftcirkulation

Blybatteri – kräver luftkonditionering

8.Inga gasutsläpp

Litiumjonbatterier – fungerar i förseglade behållare

Blybatterier – kräver vätgasventilation

9.Ej giftig, inga återvinningsrestriktioner

Grön ny energi, säker och säker att använda.

För mer jämförelse mellan litiumbatteri och blybatteri, klicka för att se: Litiumbatteri vs. Blybatteri för mer detaljerat och specifikt innehåll.

3.2 Anledningen till att man valt att byta ut blybatterier mot litiumjonbatterier

3.2.1 Att förbättra effektiviteten

Tack vare framstegen inom BMS och laddningsteknik, strömförsörjningsutrustning för litiumjonbatteri kan hjälpa till att förbättra effektiviteten och minska stilleståndstiden som orsakas av behovet av att ladda batteridriven utrustning.

3.2.2 Att förbättra produktiviteten

Operatörer behöver inte oroa sig för problem med enhetens laddning, och litiumjonbatteriteknik gör att företag kan investera i automationslösningar, minska kostnaderna för företagen.

3.2.3 Ett enklare sätt att ladda och lagra

Litiumjonbatterier kan laddas när som helst, vilket innebär att du kan ladda dem när det passar dig. Litiumjonbatterier kräver inte heller eget laddnings- eller förvaringsutrymme, eftersom de inte utgör miljörisker som blybatterier.

3.2.4 Inget underhåll krävs

Till skillnad från bly-syra batterier, litiumjonbatterier kräver inga tråkiga inspektioner och underhållsmetoder.

3.2.5 Förbättra driftsäkerheten

Litiumjonbatterier förbättrar driftsäkerheten för anläggningar på olika sätt, och de är också mer miljövänliga på grund av den lägre risken för överhettning, explosion, eller utsläpp av skadliga gaser eller vätskor.

4. Terminologi relaterad till litiumjonbatteristrukturen

4.1 Balanserad laddning

Överladda batteriet efter en fullständig laddningscykel över normal spänning. Detta steg är nödvändigt för att hjälpa till att ta bort ackumulerade sulfater och balansera spänningen för varje batteri i blybatterier.

4.2 Batteriförsämring

Processen att minska mängden energi som ett batteri kan lagra. Temperatur, laddnings- och urladdningsspänning, och laddnings- och urladdningsdjup kan påverka i vilken grad batterikapaciteten minskar med tiden.

4.3 Antal battericykler

Om batteriet slutför en laddning och urladdning som en cykel, det kumulativa antalet laddningar och urladdningar. Battericykeln består av 100% urladdning och laddning.

4.4 Batteritid

Hur länge kan batteriet användas inom dess livslängd. Livslängden mäts av antalet kompletta cykler av laddning och urladdning.

4.5 Arbetstemperatur

Den acceptabla temperaturen i den omgivande miljön där batteriet fungerar. Om arbetstemperaturen överstiger intervallet, batteriet kan gå sönder.

4.6 UL-notering/certifiering

UL-listning/certifiering innebär att UL har utvärderat produktprover för att säkerställa att de uppfyller specifika krav. Detta inkluderar testprover som täcker funktionell säkerhet och användningsfall för litiumjonbatteristrukturen.

5. Varför välja litiumjoner- Analys ur perspektivet av litiumjonbatteristruktur

5.1 Utmärkt kvalitet

Den höga energitätheten och de omfattande urladdningscyklerna för litiumjonbatterier är de viktigaste faktorerna, vilket gör dem oumbärliga i många enheter. Och de är också överlägsna traditionell batterikemi i många andra aspekter. Förutom batteriernas höga energitäthet, de kan också ladda ur med hög effekt och laddas snabbt. Detta ger dem större driftsflexibilitet än blybatterier.
I tillämpningsscenarier där laddningskraft eller tid är knapp, såsom solcellssystem, kontinuerlig drift i delvis laddade tillstånd kommer inte att skada litiumjonbatterier.

5.2 Miljövänlig

Interaktionen mellan litiumjonbatterier och miljön är mycket mild. Inga skadliga gaser släpps ut under laddning, och värmeförlusten är mycket låg. Detta innebär att litiumjonbatterier kan användas i slutna utrymmen, helt isolerad från omgivningen. Återvinning och återanvändning av kasserade batterier är också mycket bekvämt, eftersom de inte innehåller giftiga ämnen som kadmium, kvicksilver, och bly.

5.3 Flera typer av strukturer

Under utskrivning, laddningen rör sig genom den externa kretsen mellan batterielektroderna. För att balansera laddningsöverföringen inom batteriet, positivt laddade litiumjoner rör sig genom en intern elektrolytkrets mellan de positiva och negativa elektroderna. Vid laddning, processen är omvänd, och litiumjoner återvänder genom elektrolyten.
Flera typer av kemikalier kan användas som katoder (katoder) att tillverka elektrodmaterial som bär litiumjoner. Elektrolytmaterial är också en forskningsinriktning, och tillståndet för material som fasta ämnen och vätskor är också ett forskningsämne. Detta är ett mycket aktivt forsknings- och utvecklingsfält, som driver utvecklingen av litiumjonbatterier i fler och fler marknadsapplikationer.

Slutsats

Nu när du har förstått så mycket analys och data, du bör ha en viss förståelse för litiumbatterier: deras historia, fördelar, och utvecklingsriktning.
Framtiden för elektriska produkter har anlänt. Kravet på övergång från traditionell energi till ny energi kan inte ignoreras. När fler och fler industrier och företag inser fördelarna med litiumjonbatteriteknik, att fatta beslut för att flytta affärsfokus har blivit lättare.

Kontakta oss, GYCX one-stop service ger den mest perfekta lösningen för dina behov.

Planerar du att investera i litiumjonbatteriteknik nu?

FAQ

1. Kan litiumbatterier ersätta alkaliska batterier?

Även om litiumbatterier använder dyrare batteriteknik, deras förmåga att hålla hög spänning gör att de är ett utmärkt alternativ till alkaliska batterier.

2.Kommer litiumbatterier att läcka?

Litiumbatterier läcker inte, så de är mycket säkra att förvara.
Litium kan fatta eld vid kontakt med luft eller vatten. De är mindre benägna att läcka på grund av flytande elektrolyter, avgasbehandlingstekniken är redan mycket mogen.

3.Vid vilken temperatur kommer litiumjonbatterier att explodera?

Litiumbatterier kan explodera kl 538 grader Celsius.
Om ett litiumbatteri värms upp under en längre tid, det kanske. Eftersom litiumjonbatterier har mycket hög energi, när de blir varma, de frigör organiska lösningsmedel som verkar på elektrolyten; Denna värme kan få dem att explodera.
Kortslutningar som uppstår när batteripolerna kommer i kontakt med metall kan också orsaka explosioner.