Какие бывают литиевые аккумуляторы: железо-фосфатные, титанатные, полимерные

Автор:
Сергей Куртов

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 18-10-2022

Рейтинг статьи: (978)

Содержание

Чем дальше двигается прогресс, тем более востребованными становятся аккумуляторные батареи. В то время, как одна техника избавляется от проводов, другая избавляется от двигателя внутреннего сгорания. Во всех этих случаях для автономной работы требуются источники энергии. На данный момент самым востребованным видом аккумуляторных батарей являются литиевые АКБ. Свинцово-кислотные аналоги значительно уступают им в удельной энергоемкости, что является критичным показателем. Не может техника быть мобильной, если источник питания будет большим и тяжелым. Поэтому свинцово-кислотные АКБ постепенно теряют популярность, которая удерживается разве что низкой ценой.

Как и свинцово-кислотные АКБ, литиевые батареи делятся на различные виды, в зависимости от основного элемента. Большинство пользователей даже не подозревают, какие бывают литиевые аккумуляторы, по умолчанию принимая за литиевые тип li-ion. Попробуем разобраться.

Работа литиевого аккумулятора

Как и свинцово-кислотная АКБ, литий-ионный аккумулятор имеет положительную и отрицательную пластину (катод и анод), между которыми располагается электролит. Очень похоже на аккумуляторные батареи AGM.

Катод и анод представляют собой фольгу с нанесенным на ней материалом. Катод — это алюминиевая фольга с катодным материалом, а анод, соответственно, медная фольга с анодным материалом.

Устройство литиевого аккумулятора может отличаться применением тех или иных катодных материалов. Наверное, самым распространенным из них является кобальт лития. Как раз на его основе работают традиционные литий-ионные аккумуляторные батареи.

Кроме состава, литиевые аккумуляторы могут иметь различные типоразмеры. Для примера приведем форматы и типоразмеры li-ion аккумуляторов:

• Цилиндрические. Самый популярный формат литиевых аккумуляторных батарей. Причиной тому является универсальность. К примеру, цилиндрические литий-ионные аккумуляторы типоразмера 18650 используются в огромном количестве портативной техники и даже в электрокарах. Известный автомобиль Tesla model S использует аккумуляторные блоки на основе более чем 7000 аккумуляторов Panasonic NCR 18650B.
• Бескорпусные. Тоже популярный вид аккумуляторов. Наиболее часто бескорпусные АКб (литий-ионные и полимерные) используются в мобильной технике. Они компактны, однако их легко повредить.
• Корпусные. Такие литиевые АКБ можно встретить реже, но вскоре они вполне смогут заменить свинцово-кислотные. К примеру, уже сейчас можно найти 12-вольтовые литиевые корпусные аккумуляторы для мотоцикла емкостью примерно 8 ампер-часов.
• Стоечные. В промышленности можно встретить аккумуляторы в формате стойки. По факту такие АКБ представляют собой готовую сборку из множества батарей, подготовленную для монтажа в стойку и оснащенную дополнительной умной электроникой для контроля заряда и даже удаленного управления.

Типы литиевых аккумуляторов

Вопреки популярному мнению, литиевые аккумуляторы — это не только литий-ионные модели. Можно даже сказать, что литий-ионные не являются самыми лучшими. Тогда почему они такие популярные? Решает соотношение цены и характеристик. Для электронных приспособлений куда выгоднее купить сборку из литий-ионных АКБ, даже если менять ее придется чаще. А если блок состоит из тысяч аккумуляторов, как в случае с электрокарами Tesla, то выгода становится очевидной. Тем не менее, рассмотрим прочие типы АКБ.

• Литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Данный тип литиевых АКБ использует в качестве катода LiFePO4. В сравнении с традиционными литий-ионными аккумуляторами, LiFePO4 имеет значительное преимущество в ресурсе работы, более хорошую термоустойчивость и меньшей токсичностью. Цена обычно более демократичная. Основным недостатком считается такая характеристика, как удельная плотность энергии. Она ниже, поэтому требуется находить больше места для установки аккумуляторного блока. Важным достоинством также является морозостойкость. Некоторые LiFePo4 аккумуляторы способны нормально работать даже при -30 градусах.
• Литий-титанатные аккумуляторы. Крайне интересный тип литиевых аккумуляторных батарей. Они не так широко распространены, однако являются перспективными для автомобильной и других отраслей. Структурное отличие заключается в применении титаната лития на аноде. Важнейшей особенностью таких АКБ является возможность быстрой зарядки. Некоторые модели позволяют подавать ток номиналом в 300С (в 300 раз выше номинальной емкости). За счет супербыстрой зарядки литий-титанатные АКБ даже применяются в электрическом общественном транспорте: 30-секундная подзарядка на остановке позволяет зарядить АКБ почти до конца. Ресурс обычно даже больше, чем в LiFePO4 аналогах. Литий-титанатные батареи, к слову, тоже хорошо себя показывают при работе в минусовую температуру. За недостаток принимают низкое напряжение одного элемента (2,4В). Вполне возможно, что с дальнейшим развитием технологии именно литий-титанатные аккумуляторные батареи будут устанавливаться во все электрокары.
• Литий-полимерные аккумуляторы. По свойствам данные АКБ практически соответствуют литий-ионным. Основное достоинство таких батарей является в разнообразии форм, которые те могут принимать. Остальные свойства практически идентичны Li-ion.

Таким образом, если нужен бытовой или профессиональный источник питания, среди литиевых аккумуляторных батарей всегда найдется модель, тип которой на все 100% удовлетворяет Вашим требованиям. С высокой долей вероятности, конечно, наиболее привлекательным из-за своей сбалансированности будет Li-ion, однако никогда не стоит отметать преимущества аккумуляторов других типов.

Какие бывают литиевые аккумуляторы 4 из 5 на основе 1 оценок.

Типы Литий-Ионных Аккумуляторов. Разбор | Droider.ru

Кажется, что прогресс стремительно движется вперед и только технология аккумуляторов стоит на месте. Вот уже 30 лет мы пользуемся литий-ионными аккумуляторами и ничего не меняется. Смартфоны хорошо, если доживают до конца дня.

Но на самом деле это впечатление совершенно обманчивое, ведь за аббревиатурой литий-ионный аккумулятор могут скрываться совершенно разные технологии, о которых вы никогда не слышали.

Уже давно есть аккумуляторы, которые живут в 7 раз дольше текущих, заряжаются в 10 раз быстрее и не боятся морозов в -30 градусов. И всё это тоже литий-ионные аккумуляторы.

Поэтому сегодня мы расскажем про шесть типов литий-ионных аккумуляторов и про те суперспособности, которыми они обладают.

Введение

Итак, все аккумуляторы состоят из отрицательно заряженного анода, положительного катода и электролита и из сепаратора, который разделяют эти два полюса.

Все эти элементы: катод, анод, электролит и сепаратор могут быть созданы из различных материалов, этим и различаются разные типы аккумуляторов.

Но какими бы ни были эти типы, всех их объединяет наличие ионов лития, которые путешествуют между катодом и анодом. Именно поэтому разные типы аккумуляторов всё равно называются литий-ионными. Подробнее о том, как всё устроено посмотрите в нашем материале о том, как заряжать смартфоны.

На текущий момент существует шесть распространенных типов литий-ионных аккумуляторов, которые в основном различают по материалу катода. Вот о них и поговорим.

LCO | Литий-кобальтовые с катодом LiCoO2

• Энергоемкость 150-200 Вт·ч/кг
• Скорость заряда 0.7-1С Max
• Скорость разряда 1С Max
• Срок жизни 500-1000 циклов
• Температура (Max) 150℃

Начнем с типа аккумулятора, который вы лучше всего знаете, и скорее всего прямо сейчас держите в руках — это литий-кобальтовый аккумулятор или LCO.

Такие аккумуляторы содержат в себе графитовый анод и катод из оксида литий-кобальта.

И его суперспособность — высокая энергоемкость (до 200 Вт·ч/кг) и небольшой вес. Что позволяет делать компактные и ёмкие аккумуляторы. Поэтому именно LCO батареи стоят в 99% смартфонах, ноутбуках и прочих гаджетах, для которых важна компактность.

Но есть у литий-кобальтовых аккумуляторов и недостатки.

Во-первых, они очень нежные и небезопасные, что однажды доказал Samsung. Могут загореться от механических воздействий или при быстром заряде/разряде, а также вырубаются на морозе и перегреваются в жару.

Второй минус — долговечность. Их срок жизни всего 500-1000 циклов, и потери до 20% ёмкости.

А в-третьих, они дорогие. Дело в том, что кобальт достаточно редкое полезное ископаемое. 70% от мировых запасов кобальта добывается в Демократической Республике Конго (ДРК) и добывают его не самым этичным образом.

В итоге, кобальт обходится примерно в 2 раза дороже никеля, в 15 раз дороже алюминия и в 1000 раз дороже марганца.

Вот о марганце и поговорим дальше.

LMO | Литий-марганцево-оксидные с катодами LiMn2O4 и Li2MnO3

• Энергоемкость 100-150 Вт·ч/кг
• Скорость заряда 0.7-1С Typ, 3С Max
• Скорость разряда 1С Typ, 10C Max, 30С Pulse
• Срок жизни 300-700 циклов
• Температура (Max) 250℃

Следующий тип аккумуляторов литий-марганцево-оксидные или LMO. У таких аккумуляторов ниже энергоемкость чем у LCO — всего 150 Вт·ч/кг против 200. Также у них меньше срок жизни: до 700 циклов против 1000.

Но есть и преимущества. Во-первых, такие аккумуляторы дешевле, так как марганец в 1000 раз дешевле кобальта.

А во-вторых, в таких батареях в катоде используется литий-марганцевая шпинель. Это такая трехмерная кристаллическая структура, которая по сравнению со слоистой кобальтовой структурой, позволяет ионам спокойно перемещаться по микроканалам, что существенно уменьшает внутреннее сопротивление и повышает отдаваемый ток.

Отсюда и суперспособность LMO аккумуляторов — МОЩНОСТЬ! Что это значит?

На секундочку вернёмся к LCO аккумуляторам.

LCO | Литий-кобальтовые с катодом LiCoO2

• Энергоемкость 150-200 Вт·ч/кг
• Скорость заряда 0.7-1С Max
• Скорость разряда 1С Max
• Срок жизни 500-1000 циклов
• Температура (Max) 150℃

У них максимальная скорость заряда и разряда равна 1С, то есть одна полная ёмкость за один час. Всё, что быстрее уже проблема. Конечно, технологии быстрых зарядок позволят чуть сократить время заряда, но вот со скоростью разряда ничего не сделаешь.

А вот у LMO скорость заряда уже 3С, то есть в 3 раза быстрее. А ток разряда вообще в десять раз превышает его ёмкость, то есть «10C»!

Именно поэтому литий-марганцевые аккумуляторы применяются в требовательном к силе тока оборудовании. То есть везде, где нужно в короткий промежуток времени выдать большую мощность. Например в различном электроинструменте, всяких дрелях, шуруповертах или скажем в каком-нибудь мощном беспроводном пылесосе с циклонным двигателем как, например Philips 8000 Aqua.

Какой именно тип литий-ионного аккумулятора тут стоит, в Philips не указывают.

Но мы знаем что этот пылесос способен проработать до 80 минут в эко режиме и до 28 минут в режиме Турбо, а так мало кто умеет. Между прочем, это рекорд по времени для своей категории, так за полчаса легко можно 125 квадратных метров пропылесосить.

Иными словами, этот пылесос способен разряжать аккумулятор со скоростью 2С, которая не доступна для LCO батарей, но раз плюнуть для LMO. Кажется, мы раскрыли твои секреты, Philips 8000 Aqua. А значит продолжаем про аккумуляторы.

NMC | Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные с катодом LiNiMnCoO2

• Энергоемкость 150-220 Вт·ч/кг
• Скорость заряда 0.7-1С Max
• Скорость разряда 1С Typ, 2C Max
• Срок жизни 1000-2000 циклов
• Температура (Max) 210℃

И вот у нас есть LCO аккумуляторы с высокой энергоемкостью, но низкой мощностью и LMO аккумуляторы, где всё наоборот. А есть ли такой аккумулятор, где было бы и то, и другое.

Есть! И это литий-никель-марганец-кобальт-оксидные аккумуляторы или NMC. Его суперспособность сбалансированность.

Судите сами:

• Тут высокая энергоемкость 220 Вт·ч/кг, даже выше чем у LCO!
• Огромный срок жизни от 1000 до 2000 циклов.
• Обычная скорость заряд до 1С, но при этом скорость разряда 2С, что неплохо.
• С рабочими температурами и безопасностью тут тоже всё в порядке, а стоимость примерно такая же что и LCO.

В общем — просто сказка!

А весь секрет тут в сочетании никеля и марганца. Никель известен своей высокой удельной энергией, но плохой стабильностью. Марганец же славен своим низким сопротивлением, благодаря структуре шпинели. А сочетание этих металлов усиливает сильные стороны друг друга.

Это как сочетание функции сухой и влажной уборки, которые усиливают Philips 8000 Aqua в наших с вами глазах.

Оба типа уборки можно делать одновременно благодаря уникальной насадке Aqua, она не боится ничего. Можно даже добавлять в резервуар с водой любимое моющее средство для дезинфекции пола, если у вас есть такое. Или нелюбимое, это неважно. В любом случае бактериям на полу это не понравится. Что-то меня понесло…

Но возвращаемся, к тому что нам нравится, а именно к NMC-аккумуляторам.

Благодаря таким классным характеристикам их устанавливают в большинство электромобилей, скутеров, велосипедов, в различные медицинские и промышленные приборы.

Отсюда возникает вопрос, если NMC-аккумуляторы почти идеальны и во всём лучше LCO, что же мешает их ставить в смартфоны? На самом деле, не до конца понятно.

Скорее всего пока технология менее обкатанная. Есть разные версии таких аккумуляторов. Например, NMC 333, в которой никель, медь и кобальт используются в одинаковых пропорциях по 33% работает стабильно. А вот NMC 811 с куда более высокой энергоемкостью, благодаря повышенной концентрации никеля, уже нестабильны и склонны к окислению. В общем, для смартфонов пока технология не готова, но в будущем всё может быть.

NCA | Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные с катодом LiNiCoAlO2

• Энергоемкость 200-260 Вт·ч/кг
• Скорость заряда 0. 7 Typ
• Скорость разряда 1С Typ
• Срок жизни 500 циклов
• Температура (Max) 150℃

Кстати, забавно, что такие аккумуляторы ставят считайте во все электрокары кроме Tesla. В Tesla используют разные аккумуляторы, но чаще всего литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные пацаны или NCA.

NCA очень похожи на NMC-аккумулятор по своей сути. Только в нём еще выше энергоемкость вплоть до 260 Вт·ч/кг. Это вообще рекорд среди всех аккумуляторов и главная суперспособность NCA батарей.

Но, к сожалению, это, считайте, их единственно достоинство, во всём остальном эти ребята сливают.

Тут и скромный срок жизни (порядка 500 циклов зарядки) и высокая стоимость и низкая скорость заряда/разряда.

В общем-то, поэтому даже Tesla потихоньку переходит на другой тип аккумуляторов — LFP.

LFP | Литий-железо-фосфатные с катодом LiFePo4

• Энергоемкость 90-120 Вт·ч/кг
• Скорость заряда 1С Typ
• Скорость разряда 1С Typ, 25C Max, 40С Pulse
• Срок жизни 1000-2000 циклов
• Температура (Max) 270℃

Это расшифровывается как литий-железо-фосфатный аккумулятор. Это без преувеличения выдающаяся технология сразу с двумя суперсилами — безопасность и мощность.

Литий-фосфатные батареи долго живут — до 2000 циклов, хорошо выдерживают перезаряд, у них низкий саморазряд и особая устойчивость к низким температурам.

При этом они способно выдерживать нагрузку в 25С! Вот только энергоемкость у них неподходящая для мобильной техники — до 120 Вт·ч/кг.

Поэтому такие батареи используют большом электротранспорте, типа электробусов, в качестве источников бесперебойного питания или как системы хранения энергии.

LTO | Литий-титанат-оксидные с анодом Li4Ti5O12

• Энергоемкость 50-80 Вт·ч/кг
• Скорость заряда 1С Typ, 5C Max
• Скорость разряда 10C Max, 30С Pulse
• Срок жизни 3000-7000 циклов
• Температура (Max) 270℃

Но есть еще более впечатляющий тип аккумулятора — литий-титанат-оксидные или LTO.

Их главная суперсила — долговечность. Они живут вплоть до нереальных 7000 циклов!

При этом LTO аккумуляторы безупречны с точки зрения безопасности, температурной стойкости (спокойно живут в мороз до -30), а также мощности. Скорость заряда 5С, а разряда 10С.

Но есть и недостатки, во-первых самая низкая из всех энергоемкость — всего 80 Вт·ч/кг. А еще литий-титанат — невероятно дорогой. Считайте LTO — это премиум-удовольствие, которое мало кто себе может позволить. Разве что, кроме всех москвичей, ведь LTO- аккумуляторы используются в московских электробусах. Что ж можем себе позволить такое удовольствие.

Точно также как и вы можете себе позволить удовольствие от использования пылесоса Philips 8000 Aqua с уникальной насадкой, которая собирает грязь на полу с первого раза со всех сторон благодаря уникальной насадке с функцией всасывания 360°. А также LED-подсветкой, чтобы точно не пропустить ни одной крошки.

Насадка – огонь! А ведь еще в комплекте есть: щелевая для вашего дивана, турбо для удаления шерсти, удлинитель шланга и встроенная щеточка, чтобы убирать пыль с вентиляционных решеток и шкафов.

По сравнению с громоздкими проводными пылесосами – это конечно новый век. Нет никаких мешков для сбора пыли, не мешаются провода. Пылесос лёгкий и мощный. Им удобно управлять через дисплей.

В общем, как и каждый тип аккумулятора, идеально подходит для своей задачи. Так и этот пылесос идеально подходит для поддержания чистоты и свежести каждый день.

А у нас для вас есть идеально подходящий промокод на скидку, все подробности, как обычно в описании к ролику на YouTube, ищите!

Будущее

Ну и напоследок чего нам ждать в будущем от аккумуляторов?

Очевидно, в перспективе ближайших 10 лет от использования дефицитного и дорогого в добыче кобальта в аккумуляторах будут постепенно отказываться. Поэтому и литий-кобальтовые (LCO) аккумуляторы постепенно будут чем-то заменять, скорее всего совершенно прекрасными во всех отношениях NMC, в которых кобальта используется значительно меньше.

Что же касается остальных технологий, они будут только развиваться и дешеветь. Ну и параллельно с этим будут внедряться совершенно новые технологии аккумуляторов, о которых мы расскажем в отдельных материалах, если вам эта тема зайдет.

Post Views: 4 340

Руководство по 6 основным типам литиевых батарей

Сегодня литиевые батареи популярны как никогда. Вы найдете их в своем мобильном телефоне, ноутбуке, беспроводных электроинструментах и ​​даже в электромобилях. Однако то, что во всей этой электронике используются литиевые батареи, не означает, что они используют один и тот же тип литиевых батарей. Мы подробно рассмотрим шесть основных типов литиевых батарей плюсы и минусы, а также лучшие области применения для каждого из них.

Существует 6 основных типов литиевых батарей.

Что такое литиевая батарея?

Литиевые батареи используют ионы лития для накопления энергии за счет создания разности электрических потенциалов между отрицательным и положительным полюсами батареи. Изолирующий слой, называемый «сепаратором», разделяет две стороны батареи и блокирует электроны, в то же время пропуская ионы лития.

Во время фазы зарядки ионы лития перемещаются с положительной стороны батареи на отрицательную через сепаратор. Пока вы разряжаете батарею, ионы движутся в обратном направлении.

Это движение ионов лития вызывает упомянутую выше разность электрических потенциалов. Эта разность электрических потенциалов называется «напряжением». Когда вы подключаете свою электронику к литиевой батарее, электроны, которые блокируются сепаратором, вынуждены проходить через ваше устройство и питать его.

Каковы 6 основных типов литиевых батарей?

Различные типы литиевых батарей основаны на уникальных активных материалах и химических реакциях для накопления энергии. У каждого типа литиевых батарей есть свои преимущества и недостатки, а также наиболее подходящие области применения.

Различные типы литиевых батарей получили свои названия из-за их активных материалов. Например, первый тип, который мы рассмотрим, — это литий-железо-фосфатная батарея, также известная как LiFePO4, на основе химических символов активных материалов. Однако многие люди сокращают название до просто LFP.

№1.

Литий-железо-фосфат

В литий-железо-фосфатных батареях (LFP) в качестве материала катода используется фосфат, а в качестве анода используется графитовый углеродный электрод. Аккумуляторы LFP имеют длительный жизненный цикл с хорошей термической стабильностью и электрохимическими характеристиками.

Для чего они используются:

Батарейные элементы LFP имеют номинальное напряжение 3,2 вольта, поэтому последовательное соединение четырех из них дает 12,8-вольтовую батарею. Это делает батареи LFP наиболее распространенным типом литиевых батарей для замены свинцово-кислотных батарей глубокого цикла.

Преимущества:

У литий-железо-фосфатных аккумуляторов довольно много преимуществ, которые делают их одним из самых популярных вариантов для приложений, требующих большого количества энергии. Однако основными преимуществами являются долговечность, длительный срок службы и безопасность.

Батареи LFP обычно имеют рейтинг жизненного цикла 2000 или более циклов. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов глубина разряда оказывает минимальное влияние на срок службы аккумуляторов LFP. Большинство производителей LFP оценивают свои батареи при 80%-ной глубине разряда, а некоторые даже допускают 100%-ную разрядку без повреждения батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы Dragonfly Energy

могут быть разряжены на 100 % без повреждений.

Материалы, используемые в литий-железо-фосфатных батареях, обладают низким сопротивлением, что делает их безопасными по своей природе и очень стабильными. Порог теплового разгона составляет около 518 градусов по Фаренгейту, что делает батареи LFP одним из самых безопасных вариантов литиевых батарей, даже когда они полностью заряжены.

Недостатки:

Батареи LFP имеют несколько недостатков. Во-первых, по сравнению с другими типами литиевых батарей они имеют относительно низкую удельную энергию. Их производительность также может страдать при низких температурах. Сочетание низкой удельной энергии и сниженной производительности при низких температурах означает, что батареи LFP могут не подходить для некоторых приложений с высокой скоростью запуска.

#2. Lithium Cobalt Oxide

Литий-кобальтовые оксидные (LCO) батареи имеют высокую удельную энергию, но низкую удельную мощность. Это означает, что они плохо работают в приложениях с высокой нагрузкой, но могут обеспечивать мощность в течение длительного периода времени.

Для чего они используются:

Батареи LCO были распространены в небольшой портативной электронике, такой как мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки и камеры. Однако они теряют популярность по сравнению с другими типами литиевых батарей из-за высокой стоимости кобальта и опасений по поводу безопасности.

Ноутбуки и другая портативная электроника обычно используют батареи LCO.

Преимущества:

Основным преимуществом аккумуляторов LCO является их высокая удельная энергия. Это позволяет им обеспечивать мощность в течение относительно длительного периода времени в приложениях с низкой нагрузкой.

Недостатки:

Аккумуляторы LCO имеют ряд существенных недостатков, из-за которых в последние годы они стали менее популярными. Во-первых, батареи LCO имеют относительно короткий срок службы, обычно от 500 до 1000 циклов. Кроме того, кобальт довольно дорог. Дорогие аккумуляторы, которых хватает надолго, не являются рентабельными. Батареи

LCO также имеют низкую термическую стабильность, что вызывает проблемы с безопасностью. Кроме того, их низкая удельная мощность ограничивает способность батарей LCO работать в приложениях с высокой нагрузкой.

#3. Оксид лития-марганца

Батареи с оксидом лития-марганца (LMO) используют оксид лития-марганца в качестве материала катода. Эта химия создает трехмерную структуру, которая улучшает ионный поток, снижает внутреннее сопротивление и увеличивает ток, улучшая при этом термическую стабильность и безопасность.

Для чего они используются:

ЖИО батареи обычно используются в портативных электроинструментах, медицинских инструментах и ​​некоторых гибридных и электрических транспортных средствах.

Аккумуляторные электроинструменты часто используют литий-оксидно-марганцевые батареи.

Преимущества:

ЖИО аккумуляторы быстро заряжаются и обладают высокой удельной мощностью. Это означает, что они могут выдавать более высокий ток, чем, например, батареи LCO. Они также обеспечивают лучшую термическую стабильность, чем батареи LCO, что означает, что они могут безопасно работать при более высоких температурах.

Еще одним преимуществом батарей ЖИО является их гибкость. Настройка внутреннего химического состава позволяет оптимизировать батареи LMO для работы с приложениями с высокой нагрузкой или с длительным сроком службы.

Недостатки:

Основным недостатком батарей ЖИО является их короткий срок службы. Как правило, батареи LMO выдерживают 300-700 циклов зарядки, что значительно меньше, чем у других типов литиевых батарей.

#4. Литий-никель-марганцево-кобальтовый оксид

Литий-никель-марганцево-кобальтовые (NMC) батареи сочетают в себе преимущества трех основных элементов, используемых в катоде: никеля, марганца и кобальта. Никель сам по себе имеет высокую удельную энергию, но нестабилен. Марганец исключительно стабилен, но имеет низкую удельную энергию. Их объединение дает стабильную химию с высокой удельной энергией.

Для чего используются T и :

Подобно батареям LMO, батареи NMC популярны в электроинструментах, а также в электронных силовых агрегатах для электронных велосипедов, скутеров и некоторых электромобилей.

Преимущества:

Преимущества батарей NMC включают высокую плотность энергии и более длительный срок службы при более низкой стоимости, чем батареи на основе кобальта. Они также имеют более высокую термическую стабильность, чем батареи LCO, что делает их в целом более безопасными.

Недостатки:

Основным недостатком батарей NMC является то, что они имеют несколько более низкое напряжение, чем батареи на основе кобальта.

Электромобили, такие как Tesla, часто используют литиевые батареи NMC и NCA.

№5. Литий-никель-кобальт-оксид алюминия

Литий-никель-кобальт-оксид алюминия (NCA) обладают высокой удельной энергией, приличной удельной мощностью и длительным сроком службы. Это означает, что они могут подавать относительно большое количество тока в течение длительных периодов времени.

Что они A re Используется для:

Способность работать в условиях высокой нагрузки с длительным сроком службы батареи делает батареи NCA популярными на рынке электромобилей. В частности, NCA является предпочтительным аккумулятором для Tesla.

Преимущества:

Самыми большими преимуществами аккумуляторов NCA являются высокое энергопотребление и достойный срок службы.

Недостатки:

С технологией NCA батареи не так безопасны, как большинство других литиевых технологий, и дороги по сравнению с ними.

#6. Титанат лития

Все рассмотренные нами предыдущие типы литиевых батарей уникальны по химическому составу материала катода. Батареи с титанатом лития (LTO) заменяют графит в аноде титанатом лития и используют LMO или NMC в качестве химического катода.

В результате получается чрезвычайно безопасная батарея с длительным сроком службы, которая заряжается быстрее, чем литиевая батарея любого другого типа.

Для чего они используются:

Во многих приложениях используются батареи LTO. Электромобили и зарядные станции, источники бесперебойного питания, накопители энергии ветра и солнца, уличные фонари на солнечных батареях, телекоммуникационные системы, аэрокосмическая и военная техника — вот лишь некоторые из вариантов использования.

Аккумуляторы из титаната лития обеспечивают чрезвычайно широкий диапазон рабочих температур, что делает их полезными в аэрокосмических приложениях.

Преимущества:

Аккумуляторы LTO обладают многими преимуществами, включая быструю зарядку, чрезвычайно широкий диапазон рабочих температур, длительный срок службы и превосходную безопасность благодаря своей стабильности.

Недостатки:

Аккумуляторам LTO необходимо преодолеть несколько существенных препятствий. Они предлагают низкую плотность энергии, что означает, что они хранят меньшее количество энергии относительно своего веса по сравнению с некоторыми другими литиевыми технологиями. К тому же они очень дорогие.

Во всех литиевых батареях используется литий?

Нет, не во всех батареях используется литий. Литиевые батареи относительно новы и становятся все более популярными в замене существующих аккумуляторных технологий.

Одним из давних стандартов в батареях, особенно в автомобилях, являются свинцово-кислотные батареи глубокого цикла. В последние годы литий быстро завоевал популярность на этом рынке, но свинцово-кислотные по-прежнему являются основным выбором для автомобилей с газовым двигателем из-за низкой первоначальной стоимости.

Свинцово-кислотные аккумуляторы долгое время были стандартом для запуска автомобилей, работающих на газе.

Кроме того, наиболее распространенными типами стандартных батарей, которые можно найти в магазинах, являются щелочные батареи. Большинство используемых сегодня батарей AA и AAA представляют собой щелочные батареи, в которых используется цинк и диоксид марганца для химической реакции для накопления энергии.

До того, как литиевые аккумуляторы стали популярными, большинство аккумуляторов были никель-кадмиевыми (NiCad). В NiCad батареях в качестве электродных материалов используется гидроксид оксида никеля и металлический кадмий. Хотя никель-кадмиевые батареи еще не полностью устарели, они становятся менее популярными, поскольку литиевые батареи захватывают рынок перезаряжаемых батарей.

Какой тип литиевой батареи наиболее распространен?

Аккумуляторы на основе оксида лития-кобальта (LCO) используются в сотовых телефонах, ноутбуках, планшетах, цифровых камерах и многих других потребительских устройствах. Неудивительно, что они являются наиболее распространенным типом литиевых батарей. Оксид лития-кобальта

является наиболее распространенным типом литиевых батарей, используемых в наших электронных устройствах.

Выберите подходящую литиевую батарею для своей работы

Как видите, существует множество различных типов литиевых батарей. У каждого из них есть свои плюсы и минусы, а также различные конкретные приложения, в которых они преуспевают. Ваше приложение, бюджет, допустимая безопасность и требования к питанию определят, какой тип литиевой батареи лучше для вас.

какую химию следует использовать?

Сегодня литиевые батареи используются для электрификации во все более широком спектре приложений. Хотя изначально они касались телефонов, компьютеров и небольших инструментов, они постепенно эволюционировали в сторону электрификации гибридных или полностью электрических транспортных средств, и сегодня все большее число производителей промышленных машин и электромобилей обращаются к этой технологии для перехода на электричество. их флотов , в самых разных секторах, таких как логистика, погрузочно-разгрузочные работы, строительство, воздушные платформы, сельское хозяйство, транспортные средства для аэропортов и судоходство, и это лишь некоторые из них.

Поэтому сейчас, как никогда ранее, выбор подходящей литиевой батареи для вашего автомобиля стал сложной, но необходимой задачей , особенно с учетом последних положений Европейского парламента, который утвердил запрет на бензин и дизельное топливо. продажи автомобилей с 2035 года.

Литиевые аккумуляторы, однако, не все одинаковы! Есть много элементов, которые учитываются при создании наиболее подходящей батареи для конкретного приложения. На рынке доступно множество различных типов литиевых батарей; но за напряжением, Ач и размером литиевой батареи действительно стоит сложный процесс, состоящий из исследований, исследований и разработок, технических испытаний и, прежде всего, выбор нужной химии , которая может более или менее подходить для нужд вашего автомобиля.

6 наиболее часто используемых химических веществ на основе лития и их характеристики

Мы более подробно рассмотрим шесть основных типов литиевых батарей и их химические составы:

Состав и характеристики литиевых батарей с химией LCO:

Литий-кобальт-оксид (LiCoO ₂  )

Литиевые батареи с химией LCO являются наименее современными, в основном используются для электронных устройств и мобильных приложений и состоят из катода из оксида кобальта (положительный электрод) и графитового углеродного анода (отрицательный электрод).

Преимущество этого химического состава заключается в том, что он обладает высокой удельной энергией и идеально подходит для средних и малых аккумуляторов , которые хорошо работают и могут заряжаться очень быстро.

9Аккумуляторы 0002 LCO на самом деле наиболее широко используются для смартфонов , цифровых камер и портативных ноутбуков.

С другой стороны, их использование в основном ограничено приложениями, которые не являются слишком большими из-за их ограничений безопасности . Кроме того, они имеют довольно низкий ток разряда, что может привести к их быстрому перегреву при высоких нагрузках. Они также содержат высокую долю кобальта, дорогого элемента, который трудно найти и который связан с серьезными этическими проблемами при извлечении, и поэтому все больше производителей в настоящее время пытаются обойтись без него или максимально ограничить его использование. .

• . литиевых батарей с химией ЖМО:

  Литий-марганец-оксид (LiMn  ₂  O  ₄  )

  Литиевые батареи с химией ЖМО работают так же, как батареи, использующие технологию LCO. Они широко используются в небольшие устройства , такие как электроинструменты.

  Основной характеристикой батарей ЖМО является их способность обеспечивать большое количество энергии за короткое время . Аккумуляторы LMN состоят из катода из оксида марганца и графитового анода.

  Они часто используются для электровелосипедов , садоводства , медицинского оборудования и электроинструментов, таких как дрели и отвертки.

  Батареи LMO имеют более высокую термическую стабильность, чем батареи с химическим составом LCO, но ограничены своей емкостью , что ниже, чем у систем на основе кобальта.

  • Оценка напряжения: 3,7 В
  • Специфическая энергия: 150 Вт/кг
  • Плотность энергии: 350 Вт/л
  • Полные жизненные циклы: 300 — 700
  • . Состав и характеристики литиевых батарей с химией LFP:
    

    Литий-железо-фосфат (LiFePO4)

    Химия LFP лучше всего отвечает конкретным потребностям промышленный сектор , где не требуется чрезмерная удельная энергия, но требуется очень высокая безопасность и длительный срок службы. Таким образом, мы говорим об очень широком мире, начиная от автоматизации, робототехники, логистики, строительства, сельского хозяйства, водного транспорта, электромобилей и заканчивая транспортными средствами для аэропортов, воздушными платформами и специальными транспортными средствами

    На самом деле, аккумуляторы с LFP-химией являются самыми безопасными и самые стабильные на рынке сегодня, и доступны в форматах большой емкости , как того требуют промышленные системы, без необходимости параллельного соединения множества мелких ячеек, что снизило бы их стабильность и поставило бы под угрозу безопасность автомобиля.

    Жизненный цикл батареи с химией LFP сегодня превышает 3500 циклов, а при оснащении хорошей системой BMS легко может превысить 4000, а в будущем можно ожидать даже более 6000 циклов.

    Но мы должны быть осторожны, когда мы говорим о «жизненных циклах», мы не должны думать, что после 3500 циклов батарея полностью разряжается. На самом деле, важно помнить, что окончанием срока службы аккумуляторной батареи в транспортном средстве всегда считается оставшаяся емкость на 80%, но остается еще много возможностей для использования в других областях, таких как хранение энергии.

    Еще одно преимущество химии LFP, помимо присущей ей безопасности и длительного срока службы, заключается в том, что она имеет плоскую кривую разряда . На изображении ниже кривая имеет тенденцию к росту. Это так называемая зарядная кривая, а нисходящие кривые относятся к напряжению батареи во время разрядки. Таким образом, диапазон напряжения от 100 % до 0 % очень похож, и это фундаментальный факт, поскольку он позволяет машинам и промышленным транспортным средствам гарантировать одинаковую производительность от начала до конца разряда.

    • .

      С другой стороны, это преимущество может также превратиться в недостаток, так как из-за плоской кривой считывание только напряжений усложнит определение правильного SOC (состояния заряда). Чтобы избежать этого ограничения, система BMS, управляющая батареей, должна быть продумана таким образом, чтобы обеспечить правильное состояние заряда и наилучшим образом выполнять функции балансировки.

      Одним из многих преимуществ этой химии является полное отсутствие кобальта , материала, который, как мы уже упоминали, является токсичным, одним из самых вредных для окружающей среды. Многие производители литиевых батарей в настоящее время пытаются уменьшить процентное содержание кобальта в своих батареях, поэтому химия LFP, не содержащая кобальта, имеет большое преимущество.

      Хотя всего несколько лет назад аккумуляторы LFP, казалось, были обречены на забвение, так как их плотность энергии была очень низкой, около 100 Втч/кг, сегодня эта технология буквально возродилась из пепла с очень значительным увеличение плотности энергии, достигающее 170 Втч/кг за короткое время, что привело к сильному интерес от автомобильного мира . В ближайшие годы ожидается дальнейшее увеличение гравиметрической плотности до 220/230 Втч/кг.

      Именно поэтому многие автопроизводители решили повторно использовать химию LFP для электрификации своих автомобилей, в первую очередь Tesla, которая в настоящее время использует ее в своих автомобилях «стандартного диапазона», поскольку она гарантирует более высокий уровень безопасности при более низкой цене. немного более низкая стоимость, чем химия NMC, используемая для высокопроизводительных автомобилей. Нравится Tesla , а также BYD , Volkswagen и многие другие крупные производители автомобилей теперь видят большой потенциал в химии LFP.

      Состав и характеристики литиевых аккумуляторов с химическим составом NMC:

      Никель-марганец-кобальт (LiNixMnyCozO2)

      На сегодняшний день аккумуляторы с химическим составом NMC остаются наиболее часто используемыми в автомобильном секторе .

      При таком химическом составе очень высокая удельная энергия до 220 – 240 Втч/кг. Это, безусловно, является решающим конкурентным преимуществом для автомобиля, поскольку позволяет хранить большое количество энергии при малом весе и объеме, что позволяет установить в транспортном средстве больше энергии, чем другие технологии на основе лития.

      Существуют различные типы химии NMC:

      • NMC 111 (Никель 33,3% — марганский 33,3% — кобальт 33,3%)
      • нм. 622 (Никлель 6020% — Mangane 20% — Manganese 20% — Manganese 20% — Manganese 20% — Manganese 20% — Manganese 20% — Manganese 20% — Manganese 20% — Manganese 20% — Manganese 20% — Manganese 20%. )
      • NMC 811 (никель 80% — марганцезер 10% — кобальт 10%)
      • срок службы: 2000
      • Скорость разряда: 2C/3C

      За аббревиатурой NMC следуют три числа, обозначающие процент элементов, используемых для катода. NMC 811 являются новейшими: они имеют высокую концентрацию никеля и очень низкое содержание марганца и кобальта. Это приводит к более высокой плотности энергии при меньших затратах. Напротив, более распространенными являются ячейки NMC 622 и, в настоящее время редко используемые, более старые ячейки 111.

      Таким образом, ясно, что технология NMC в своем развитии также поставила перед собой амбициозную цель максимально сократить кобальт , но это все еще очень трудоемкий процесс, потому что кобальт является элементом, придающим стабильность системы и увеличивает жизненный цикл.

      Однако исследования не прекращаются; напротив, уже есть компании, экспериментирующие с новыми инновационными технологиями в этом отношении, такие как, например, Svolt, которая недавно анонсировала первую ячейку NMX, полностью свободную от кобальта.

      Состав и характеристики литиевых батарей с химическим составом NCA:

      Никель-кобальт-алюминий (LiNiCoAIO2)

      Батареи с химическим составом NCA также используются в автомобильной промышленности наряду с батареями NMC. Их рейтинг безопасности немного ниже, чем у NMC, но в то же время они имеют очень высокую плотность энергии , достигающую 250-300 Втч/кг. Структура ячейки NCA очень похожа на структуру NMC 811 с ​​высоким содержанием никеля и низким содержанием кобальта и алюминия.

      Из-за высокой емкости накопления энергии литиевые батареи NCA часто используются в смесях с химией NMC для достижения компромисса между плотностью энергии, безопасностью и стабильностью.

      • Рейтинг напряжения 3,6 В
      • ГРИМЕТРИЧЕСКАЯ ПЛОТА: 250 ВВ/кг
      • Плотность энергии: 550 Вт/л
      • Полный жизненный цикл: 1000
      • . литиевые батареи с химией LTO
        

        Титанат лития (Li4Ti5O12)

        Это химия, о которой до сих пор мало упоминается , но она представляется очень многообещающей с точки зрения жизненного цикла, поскольку ее низкое внутреннее напряжение и отсутствие механических нагрузок позволяют ей до очень мало разрушает , легко достигая от 15 000 до 20 000 циклов. Из-за этого особого преимущества его можно было бы использовать для электрификации автомобилей и транспортных средств, подвергающихся очень интенсивному использованию , но в настоящее время он все еще имеет некоторые проблемы, которые ограничивают его использование и распространение.

        2 его слабых места:

        1. низкая плотность энергии (177Втч/л) и гравиметрическая плотность (60-70 Втч/кг), а также более низкое номинальное напряжение 2,4 В или 2,8 В: это означает, что для достижения желаемого напряжения батареи потребуется больше ячеек.
        2. Его в настоящее время очень высокая стоимость , что отражается в небольшом количестве мировых производителей ячеек LTO, что, вероятно, связано с текущим низким объемом спроса на рынке

        Его преимущества, с другой стороны, включают не только его длительный срок службы, но и его широкий температурный диапазон , а также его отличная восприимчивость к высокомощному заряду и разряду, т. е. высокий C-Rate (отношение тока к номинальной емкости).

        Идеальным применением технологии LTO являются приложения большой грузоподъемности , такие как AGV (автоматизированные управляемые транспортные средства): представьте себе парк самоходных вилочных погрузчиков, работающих круглосуточно и без выходных, которые также используют преимущества быстрой зарядки для сокращения времени простоя и, следовательно, увеличения эффективность установки.

        • Номинальное напряжение 2,4 В
        • Гравиметрическая плотность: 70 Втч/кг
        • Энергетическая плотность: 177 Втч/л
        • Полные жизненные циклы: 15000 – 20000
        • Скорость разряда: 4C/8C
        От теории к практике: каждое приложение

        Мы выделили 6 основных типов химии на основе лития, которые в настоящее время наиболее широко используются в различных областях электрификации. Но мы не должны думать, что эти химические вещества конкурируют друг с другом, как раз наоборот! Все они ценны и высокоэффективны, но каждый литиевый химикат лучше всего работает в разных областях применения .

        На этой диаграмме показано сравнение различных характеристик химических веществ с точки зрения:

        • Удельной энергии или гравиметрической плотности [Втч/кг] : – отношение количества содержащейся энергии (Втч = V x Ah) к весу батареи.
        • Безопасность : тесно связана с термической стабильностью, поскольку искробезопасность очень сильно зависит от термической стабильности компонентов
        • C- Скорость : скорость заряда/разряда, т.е. отношение между током заряда или разряда (А) и номинальной емкостью элемента (Ач). Этот параметр тесно связан со способностью клетки генерировать энергию.
        • Жизненный цикл : Количество раз, которое элемент может быть разряжен и заряжен до конца срока службы, обычно считается, когда достигается 80% остаточной емкости.
        • Стоимость
        Как выбрать наиболее подходящий тип литиевой химии

        Поэтому мы пытаемся подробно объяснить, почему следует выбирать тот или иной химический состав в зависимости от типа электрифицируемого приложения.

        Аккумуляторы NMC и NCA для автомобильного сектора

        Почему NMC и NCA более широко используются в автомобильном секторе?   Потому что для этого требуется очень высокая плотность энергии, которая может дать большую мощность в небольшом пространстве. Таким образом, в электрической мобильности плотность энергии, гравиметрическая плотность и удельная мощность являются важными элементами, где скорость зарядки считается ключевым моментом вместе с высокой силой ускорения, особенно в моделях премиум-класса. Другие характеристики производительности, такие как, например, 9Таким образом, 0023 высокие жизненные циклы батарей не имеют решающего значения в этом секторе просто потому, что они не нужны!

        На самом деле маловероятно, чтобы автомобиль совершал несколько циклов в один и тот же день, если не несколько дней в году в случае дальней поездки. Наоборот, автомобиль обычно использует только 20-30% своего заряда в день.

        Если мы возьмем, например, Tesla, которая может проехать более 400 км на одном заряде: если мы считаем срок службы 400 000 км, это означает, что общее количество циклов, которые должна выдержать батарея, будет только 1000 ( 400 000 / 400 = 1000 циклов) Это объясняет, почему жизненные циклы батареи с химией NMC не превышают 2000 (и того меньше в химии NCA, где жизненные циклы доходят до 1000).

        Аккумуляторы LFP и LTO для промышленного сектора

        В промышленности, сельском хозяйстве или даже для электрификации специальных транспортных средств, особенно если речь идет о высокоцикличных приложениях, которые подвергают аккумулятор нагрузке, лучше используйте химические вещества, такие как LFP и LTO , где срок службы, надежность и безопасность являются наиболее важными требованиями.

        Таким образом, в промышленном мире проблема пространства не является ограничением, так же как не обязательно иметь чрезмерную производительность или плотность энергии. Таким образом, при оценке выбора правильного химического состава в игру вступает более важный фактор безопасности, аспект, с которым мало кто хочет и может идти на компромисс.

        Лучше иметь батарею, которая немного больше по размеру, но обеспечивает оптимальную безопасность и имеет значительно более длительный срок службы. Существуют транспортные средства, такие как LGV и AGV , которые должны интенсивно использоваться и непрерывно работать круглосуточно, в результате их аккумуляторы могут выполнять 3 или 4 цикла зарядки за один день. Таким образом, химия LFP легко поддерживает их с более чем 4000 циклами перезарядки.

        Если батареи на необходимы стационарные накопители , тогда плотность энергии почти ничего не значит, и, наоборот, стоимость батареи и жизненные циклы будут факторами, определяющими выбор химии. Тогда химия LFP нашла бы свое место.

        Аккумуляторы LCO и LMO для небольших мобильных приложений

        В конечном счете, если для использования в инструментах и ​​мобильных приложениях требуется очень маленький аккумулятор , то его основной характеристикой должен быть его легкий вес, в противном случае производительность всего приложения будет зависеть от слишком большого веса. В этом случае можно будет выбрать химикатов, таких как LCO и LMO , и согласиться на компромисс в виде более короткого срока службы или нескольких дополнительных рисков безопасности (учитывая, что это небольшая батарея), чтобы иметь возможность придать продукту основные характеристики, необходимые для входа. магазин.

        BMS улучшает характеристики выбранного химического вещества

        Диаграммы такого типа очень полезны для предоставления обзора характеристик каждого химического вещества, и эти аспекты остаются верными с течением времени. Однако мы должны помнить, что на количественном уровне мы говорим о чисто ориентировочных данных из-за важного аспекта, который никогда нельзя недооценивать: технологическая эволюция .

        Как технологии, так и инновации в самом широком смысле являются постоянно развивающимися понятиями, и благодаря им химия также развивается очень быстро и каждое из них, после соответствующих исследований и исследований, может, в свою очередь, быть развито в другие варианты для улучшения характеристики а не другой (например, для достижения высокой плотности энергии, возможно, в ущерб мощности или жизненному циклу).

        Именно поэтому важно всегда быть в курсе последних событий и, если у вас нет опыта, полагаться на опытного производителя, который может изучить и спроектировать аккумулятор в соответствии с конкретными требованиями электрифицируемого приложения.