Разновидности литиевых аккумуляторов

В последнее время можно заметить тенденцию того, как разновидности литиевых аккумуляторов стремительно пополняются новыми экземплярами, а их численность уже переваливает за десяток.

Каждый из представленных на рынке типоразмеров являет собой комбинацию лития и вспомогательных химических элементов, дающих название источникам питания. Основой таких изделий является литий, поэтому они имеют общие технические характеристики, хотя и отличий здесь немало, а зависят они от вспомогательных химических материалов, имеющих различные свойства, непосредственно влияющие на функциональные возможности накопителей.

Li-ion

Из материалов нашей статьи вы узнаете, какие типы современных аккумуляторов Li-ion существуют на рынке электроники, и где они используются чаще всего, но для начала стоит разобраться с устройством и принципом функционирования классических образцов литиевых элементов питания.

Итак, перезаряжаемые литий ионные аккумуляторы – это популярные накопители, в которых при разрядке происходит перемещение ионов лития от отрицательно заряженного электрода к положительному и в обратном направлении в момент их подзарядки.

Данный тип аккумуляторов часто встречается в быту и активно применяется для обеспечения работы портативных электронных устройств, и все благодаря отличной энергетической плотности и отсутствию эффекта памяти.

Li-ion характеризуется медленной разрядкой в режиме ожидания, так как демонстрирует низкий саморазряд. Данная серия аккумуляторов может выпускаться в форме цилиндра или призмы. Высокая плотность энергии в комбинации с малым весом и компактными габаритами, а также длительным функциональным циклом выводит литий-ионные элементы питания в настоящие лидеры.

В качестве примера предлагаем рассмотреть типы литиевых аккумуляторов 18650, которые с каждым днем становятся все более популярными. Они также сопровождаются маркировкой 168А, а по своей форме напоминают привычные пальчиковые АА батарейки, только большего размера.

Проблема быстрой потери номинальной емкости в процессе эксплуатации решается путем встраивания электросхемы, ограничивающей заряд, разряд и нагрузку на элемент. Подобные накопители применяются там, где требуется большая емкость для обеспечения питания мощных приборов. Из таких элементов обычно собирают АКБ для портативной компьютерной техники.

LTO

Литий-титановые аккумуляторы являются одной из новейших разработок в категории литий-ионных источников питания. Основное их преимущество заключается в длительном эксплуатационном периоде.

Данные образцы отличаются высокой степенью безопасности и устойчивостью перед негативными факторами. Их энергетическая плотность ниже, нежели у других типов литиевых накопителей, зато скорость зарядки здесь в десятки раз выше.

Такие аккумуляторы чаще всего устанавливают на электрический транспорт, а также ими комплектуют оборудование медицинского назначения.

Максимальная безопасность использования в данном случае объясняется применением особой технологии, основанной на использовании нанокристаллов на аноде. Из недостатков следует отметить сравнительно низкое среднее напряжение, нежели у других аккумуляторов.

Li-Pol

Li-Polymer аккумуляторы характеризуются большей энергетической емкостью, связующим при этом выступает полимер. Такие модели, имеющие форму призмы или цилиндра, демонстрируют стабильную работу в условиях высоких температур, к тому же они поддерживают высокие тока разряда.

К их преимуществам можно отнести широкий спектр размеров ячеек, что позволяет пользователям подбирать аккумулятор необходимой емкости для определенных целей. Чаще всего Li Pol моделями снабжаются всевозможные мобильные устройства, компьютерная техника, цифровое оборудование и прочие девайсы аналогичного назначения.

LiFePO4

Литий фосфатные аккумуляторы отлично зарекомендовали себя там, где наблюдаются высокие токи разрядки, и демонстрируют длительный срок службы, а также характеризуются высокой безопасностью. Поэтому ими комплектуют электротранспорт, строительный электроинструмент, компьютерную технику, источники бесперебойного питания и даже военную технику.

Особо хотелось бы отметить их низкое воздействие на окружающую среду, что очень актуально в настоящее время. По мнению специалистов, за такими батареями будущее, особенно в сегменте питания автономных электронных устройств.

Li-SO2

Такие типы литий ионных батарей имеют цилиндрическую форму и отличаются хорошей энергоемкостью. Они устойчивы к разряду на высокой мощности, поэтому данные элементы активно устанавливают на космическое и военное оборудование. Аккумуляторы на основе литий диоксида серы, снабженные литиевым анодом, имеют среднее напряжение в 2,9 В.

Li-MnO2

Литий-диоксид марганцевые батареи отличаются наличием твердого катода, погруженного в органический электролит, илегкого литиевого анода.

Большая емкость, высокая разрядка и длительный срок эксплуатации – вот основные преимущества данного типа источника питания. Данные элементы чаще всего устанавливают на ИБП, пожарные и охранные сигнализации, медицинское оборудование и цифровую технику.

Li-SOCL2

По аналогии с предыдущими образцами, хлорид тионил литиевые батареи комплектуются литиевым анодом и жидким катодом, включающим в свой состав пористый токосъемник, заполненный SOCl2.

Основная сфера использования данного типа накопителей – автомобилестроение, военная и космическая отрасль. Также их устанавливают на оборудование медицинского назначения, и все благодаря широкому диапазону рабочих температур (-60 — + 150С).Приведем самые распространенные размеры Li-ion аккумуляторов в таблице:

Таблица размеров Li-ion аккумуляторов

Тип	Обозначение	Типоразмеры	Схожие типоразмеры
Цилиндрические	XXYY0, где XX – указание диаметра в мм, YY – значение длины в мм, 0 – отражает исполнение в виде цилиндра	10180	2/5 AAA
		10220	1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины)
		10280
		10430	ААА
		10440	ААА
		14250	1/2 AA
		14270	Ø АА, длина CR2
		14430	Ø 7 мм (как у АА), но длина меньше
		14500	АА
		14670
		15266, 15270	CR2
		16340	CR123
		17500	150S/300S
		17670	2xCR123 (или 168S/600S)
		18350
		18490
		18500	2xCR123 (или 150A/300P)
		18650	2xCR123 (или 168A/600P)
		18700
		22650
		25500
		26500	С
		26650
		32650
		33600	D
		42120

Разновидности литий-ионных аккумуляторов Все про Li-ion (литиевые аккумуляторы)

Существует несколько типов литий-ионных аккумуляторов, которые имеют существенное отличие друг от друга. Все разновидности литий ионных аккумуляторов содержат литий и различные добавки прочих химических элементов. Рассмотрим подробнее каждый из этих типов.

Литий-ионные аккумуляторы уже стали классикой, они представляют собой перезаряжаемые источники энергии, где ионы лития при зарядке перемещаются от положительного электрода к отрицательному, а при разряде (т.е. в процессе работы) – от отрицательного электрода к положительному. АКБ литий-ионного типа широко используются в бытовой технике, электронике и электротранспорте. У них отличная энергетическая плотность, низкий саморазряд и отсутствует эффект памяти.

• Одним из новых разновидностей литий-ионных АКБ являются LTO (литий-титанат). Эти аккумуляторы характеризуются большим жизненным циклом (порядка нескольких десятков тысяч циклов заряд-разряд). LTO аккумуляторы отличаются высокой степенью безопасности, имеют номинальное напряжение 2.4 В, но их энергетическая плотность несколько ниже, чем у классических литий-ионных АКБ. LTO батареи используются в наручных часах и электрокарах, а также в мобильных медицинских устройствах.
• Литий-полимерные аккумуляторы – еще один тип литиевых аккумуляторов. Тонкие ячейки Li-Polymer АКБ обеспечивают высокую и объемную плотность энергии. Такие аккумуляторы стабильны при высоких температурах и перепадах напряжения. Чаще всего литий-полимерные аккумуляторы применяются в беспроводных устройствах, портативных плеерах, цифровых камерах, ноутбуках, электронных книгах и электровелосипедах.

• Аккумуляторы LiFePO4 — это батареи с высокой степенью безопасности, большим жизненным циклом (до 2000) и достаточно невысокой себестоимостью при производстве. Батареи LiFePO4 идеально подходят для высоких токов разрядки, и широко используются в военной технике, солнечных энергосистемах, источниках бесперебойного питания, электроинструментах и электрических велосипедах. Магазин ВольтБайкс принимает заявки на изготовление литиевых АКБ.
• Батареи Li-SO2 (диоксид серы) – это аккумуляторы с высокой плотностью энергии и хорошей устойчивости к разряду на высоких мощностях. Аккумуляторы такого типа находят свое применение в военной отрасли, метеорологии и космонавтике. Они обладают очень низким саморазрядом и способны работать в самых экстремальных условиях.
• Аккумуляторы Li-MnO2 (литий-диоксид марганец) – это источники питания с легким литиевым анодом и твердым катодом, погруженным в нетоксичный органический электролит. Такие АКБ применяются электронных системах контроля доступа, медицинском оборудовании, пожарных сигнализациях, современной цифровой технике, а также аварийных радиобуях и резервных источниках питания.

Как видим, типы литий-ионных батарей достаточно многочисленны, причем мы перечислили лишь наиболее распространенные разновидности этих АКБ. Каждый тип аккумуляторов имеет свои плюсы и минусы, и находит применение в цифровых устройствах и современной технике.

Обратите внимание на наш другой материал – о различиях между литий-ионными и литий-ферро-фосфатными батареями.

Что такое литий-ионный аккумулятор? Какие бывают типы литий-ионных аккумуляторов?

Повсеместное присутствие батареи хорошо известно в нашем технологическом мире. Когда мы думаем о питании часов, ноутбука, телефона, электромобиля или тележки с поддонами, речь идет об аккумуляторе, который поддерживает работу устройства с уникальной целью.

 

От бытовой электроники и спасательного медицинского оборудования до электросетей и роскошных яхт — литий-ионные батареи (ЛИА) так или иначе неразрывно связаны с нашей жизнью.

 

Технология литий-ионных аккумуляторов является наиболее распространенной среди других аккумуляторных технологий. За созданием самых известных и широко используемых аккумуляторов в мире стоят годы обширных исследований и разработок.

 

Литий считается сравнительно редким металлом, а добыча лития является ресурсоемкой и рискованной задачей. Кроме того, литий-ионный аккумулятор на основе жидкого электролита подвержен риску взрыва или возгорания, а утилизация/переработка литий-ионных аккумуляторов также представляет собой проблему.

 

Литий-ионные аккумуляторы были популярными аккумуляторами из-за возможностей, удобства и стоимости, несмотря на основные недостатки, такие как источник, безопасность и устойчивость.

 

Хотите узнать больше об удивительных литий-ионных батареях? Давайте начнем.

 

Содержание

• Что такое литий-ионный аккумулятор?
• История и предыстория литий-ионных аккумуляторов
• Типы литий-ионных аккумуляторов
  • Литий-ионные батареи на основе химического состава батарей (активные материалы)
    • LCO или оксид лития-кобальта (LiCoO2)
    • ЖМО или оксид лития-марганца (LiMn2O4)
    • NMC или литий-никель-марганцево-кобальтовый оксид (LiNiMnCoO2)
    • LFP или литий-железо-фосфат (LiFePO4)
    • NCA или литий-никель-кобальт-алюминий-оксид (LiNiCoAlO2)
    • LTO или титанат лития (Li2TiO3)
  • Литий-ионные батареи на основе структуры батареи
    • Цилиндрический литий-ионный аккумулятор
    • Призматический литий-ионный элемент
    • Литиевая кювета
• Преимущества и недостатки литий-ионной батареи
• Применение литий-ионных аккумуляторов
• Заключение

 

Что такое литий-ионный аккумулятор?

Литий (обозначение: Li) — третий самый легкий элемент с атомным номером 3. Это мягкий серебристо-белый щелочной металл, который по-разному реагирует с органическими и неорганическими реагентами.

 

Поскольку литий не встречается в природе в свободном виде, литий добывают из твердых пород и подземных месторождений рассола. Сподумен является наиболее важной литиевой рудой: Боливия, Аргентина, Чили, США, Австралия и Китай являются ведущими странами с наибольшими запасами лития. Чили, Аргентина и Боливия известны как «литиевый треугольник» — на их долю приходится более 75% мировых запасов лития.

 

Что такое литий-ионный аккумулятор? Литий-ионная батарея — это перезаряжаемая батарея, которую можно многократно заряжать в качестве источника питания для электронных устройств и электромобилей, а также использовать в других приложениях, таких как стационарные аккумуляторные системы накопления энергии (BESS) и источники бесперебойного питания (UPS).

 

Во время фазы зарядки в литий-ионном аккумуляторе ионы лития перемещаются с положительной стороны батареи на отрицательную. Напротив, ионы движутся в обратном направлении во время фазы разряда.

 

На протяжении двух фаз изолирующий слой, называемый «сепаратором», блокирует электроны, но позволяет ионам лития проходить через электролит (проводящий материал). Движение ионов лития между отрицательным и положительным полюсами (отрицательный электрод [анод] и положительный электрод [катод]) батареи создает разность электрических потенциалов, называемую «напряжением».

 

Говоря простыми словами, напряжение — это величина электрического потенциала, который держит батарея, обычно измеряется в вольтах. Литий-ионный аккумулятор имеет номинальное напряжение 3,7 вольта на элемент.

 

Когда электронное устройство подключено к литий-ионному аккумулятору, заблокированные электроны проходят через устройство и питают его.

 

 

Литий-ионный элемент служит в качестве элемента питания (обеспечивает высокую токовую нагрузку в течение короткого периода времени) или элемента энергии (обеспечивает постоянный ток в течение длительного периода времени).

 

В ассортименте литий-ионных аккумуляторов есть литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, а также другие варианты литиевых аккумуляторов. В отличие от литий-ионного аккумулятора, в котором используется жидкий электролит, в литий-полимерном аккумуляторе (также известном как LiPo, Li-poly и Li-poly) используется твердый гелеобразный электролит.

 

История и предыстория литий-ионных батарей

В 1800 году итальянский физик и химик Алессандро Вольта изобрел первую электрическую батарею, которая была признана предшественником современной батареи. В 1817 году шведский химик Йохан Август Арфведсон открыл литий, выделив его в виде соли. В 1912 января исследования литиевых батарей начались с экспериментов американского химика Гилберта Ньютона Льюиса.

 

Исследования литий-ионных аккумуляторов в 1970-х и 1980-х годах продолжали демонстрировать улучшения с открытием перезаряжаемых литиевых элементов с катодами из оксида лития-кобальта (LiCoO2) и графитовым анодом.

 

В 1991 году Sony и Asahi Kasei выпустили первый коммерческий литий-ионный аккумулятор. В 1997 году технология литий-ионных аккумуляторов была усовершенствована за счет более стабильного решения на основе полимера для обеспечения термостабильности. В 2002 году ученые разработали первые в мире ламинированные литий-ионные аккумуляторы для портативных устройств, таких как фотоаппараты, ноутбуки, телефоны и планшеты.

 

Литий-ионные аккумуляторы продолжают развиваться в соответствии с требованиями малой и большой емкости, становясь чище, безопаснее и легче.

 

М. Стэнли Уиттингем, британо-американский химик; Акира Йошино, японский химик; и Джон Б. Гуденаф, американский материаловед и физик твердого тела, были удостоены Нобелевской премии по химии в 2019 году за разработку литий-ионной батареи. Их работа сыграла важную роль в открытии эры беспроводной электроники.

 

Вы можете посмотреть этот подкаст о первопроходце литий-ионных аккумуляторов — Джоне Б. Гуденафе, также известном как «отец литий-ионных аккумуляторов».

 

Типы литий-ионных аккумуляторов

Слова, обозначающие химический состав литий-ионных аккумуляторов, для простоты обозначаются сокращенными буквами. Химический состав катодных материалов определяет эффективность литий-ионной батареи. Кобальт уже довольно давно используется в качестве активного материала в литий-ионных батареях.

 

Однако рискованное приобретение дорогого кобальта вызывает вопросы о возможности его использования в качестве материала для аккумуляторов. Производители аккумуляторов изучают различные типы литий-ионных аккумуляторов, чтобы избежать рискованной практики поиска поставщиков и улучшить стоимость, возможности загрузки и долговечность.

 

Литий-ионные аккумуляторы на основе химического состава аккумуляторов (активные материалы)

Химический состав литий-ионных аккумуляторов играет ключевую роль в обеспечении их мощности, отказоустойчивости и безопасности для широкого спектра применений.

Например, известная компания по производству электромобилей Tesla использует литий-железо-фосфатный (LFP) аккумулятор для своих автомобилей стандартной дальности и никель-кобальт-алюминиевый (NCA) для своих автомобилей с большим запасом хода.

 

Хорошо известно, что дорогие батарейки, срок службы которых невелик, нерентабельны. Как правило, следующие параметры ( перечислены в алфавитном порядке ) определяют желательность и эффективность типов батарей:

• Стоимость: Стоимость сырья, редкость и технологическая сложность влияют на стоимость батареи.
• Срок службы (циклический срок службы и долговечность): Срок службы относится к количеству циклов, приводящих к критически низкому снижению емкости.
• Производительность: Производительность относится к емкости, напряжению и сопротивлению и показывает, насколько хорошо батарея работает в широком диапазоне температур.
• Безопасность: Факторы риска, такие как температурный порог для теплового разгона, определяют, насколько безопасна батарея в различных условиях. Кроме того, термическая стабильность материалов батареи необходима для снижения риска теплового разгона.
• Удельная энергия (производительность): Обычно выражаемая в ватт-часах на килограмм (Втч/кг), удельная энергия (гравиметрическая плотность энергии) относится к тому, сколько энергии имеет система по отношению к ее массе.
• Удельная мощность (способность отдавать большой ток или нагрузочная способность): Обычно выражаемая в ваттах на килограмм (Вт/кг), удельная энергия относится к количеству энергии в данной массе.

 

Теперь давайте подробно рассмотрим шесть распространенных литий-ионных аккумуляторов: 1991

 

LCO в взгляд (перечислены в алфавитном порядке) :

• Высокая удельная энергия (плотность энергии)
• Ограниченная удельная мощность
• Низкая термическая стабильность
• Короткий срок службы

 

Также известная как «литий-кобальтовая или литий-ионно-кобальтовая батарея», литий-кобальт-оксидная батарея имеет графитовый угольный анод и катод из оксида кобальта со слоистой структурой для движения ионов. Высокая удельная энергия литий-кобальтовых аккумуляторов делает их популярным выбором для бытовой электроники, такой как цифровые камеры, мобильные телефоны и ноутбуки.

 

Ограничения включают низкую удельную мощность, низкий уровень безопасности и низкий срок службы. Кроме того, применение более высокой нагрузки и принудительная быстрая зарядка вызывают перегрев и нежелательную нагрузку на батарею LCO.

 

В последние годы химический состав литий-кобальтовых аккумуляторов (~60% кобальта) уступает другим химическим составам аккумуляторов, таким как NMC и NCA, из-за высокой стоимости кобальта, снижения зависимости от незаконной добычи кобальта и повышения производительности. комбинации других активных катодных материалов.

 

Среди перечисленных выше факторов выделяется источник кобальта, связанный с нарушением прав человека. ДР Конго (Демократическая Республика Конго) обеспечивает 70% всех поставок кобальта. Однако добыча кобальта во второй по величине стране Африки вызвала резкую критику из-за отсутствия законов о труде или протоколов безопасности для эксплуатации кустарных (мелких) рудников.

 

Несмотря на то, что добыча кобальта является многомиллиардной отраслью, она заслужила сомнительную известность как торговец «кровяными батареями» из-за кустарных рудников с высокой степенью риска, на которых используется детский труд и условия труда, приводящие к травмам, способным изменить жизнь. Литий-ионные аккумуляторы, не содержащие кобальта, могут помочь нам получить доступ к «чистым» аккумуляторам, изготовленным с соблюдением этических норм без риска для жизни.

 

Применение: Камеры, ноутбуки, мобильные телефоны и планшеты.

 

ЖИО или оксид лития-марганца (LiMn2O4)

Известен с 1996 г.

 

 

Краткий обзор ЖИО (перечислены в алфавитном порядке) :

• Повышенная безопасность
• Высокая термостойкость
• Ограниченный срок службы и календарный срок службы
• Умеренная удельная энергия
• Умеренная удельная мощность

 

Обычно называемая «литий-манганат, литий-ионный марганец, литий-марганец и марганцевая шпинель», архитектура ЖИО-батареи образует трехмерную структуру шпинели или катодный кристаллический каркас из оксида лития-марганца, который появляется после первоначального образования. Структура шпинели улучшает ток и поток ионов, а также снижает внутреннее сопротивление, повышая безопасность и стабильность.

 

Новые конструкции литий-марганцевых аккумуляторов добились максимального увеличения срока службы, безопасности и удельной мощности батареи. Сегодня чистые литий-марганцевые батареи используются только для специальных целей.

 

Поскольку смешивание химических элементов аккумуляторов увеличивает срок службы и удельную энергию, сочетание ЖИО-NMC выбирают для многих электромобилей, таких как BMW i3, Chevy Volt и Nissan Leaf.

 

Как работает LMO-NMC для электромобиля? В то время как часть LMO обеспечивает высокий ток при ускорении, NMC обеспечивает большой запас хода.

 

Исследования в области литий-ионных аккумуляторов сыграли важную роль в объединении литий-марганцевого сплава с другими активными катодными материалами, такими как кобальт, никель и алюминий, для повышения емкости, нагрузочной способности и долговечности.

 

Области применения: Медицинские приборы, переносные электроинструменты, гибридные и электрические транспортные средства и силовые агрегаты.

 

NMC или литий-никель-марганец-окись-кобальт (LiNiMnCoO2)

Известен с 2008 г.

 

 

Краткий обзор NMC (перечислены в алфавитном порядке) :

• Отличная удельная энергия
• Хорошая общая производительность
• Высокая удельная мощность
• Самая низкая скорость самонагрева

 

Батарея NMC имеет одну из самых успешных комбинаций литий-ионных катодов никель-марганец-кобальт. Батарея NMC, также известная как NCM, CMN, MNC и MCN, может служить в качестве элемента питания или элемента питания.

 

Сочетание отдельных качеств никеля (высокая удельная энергия) и марганца (способность образовывать шпинельную структуру с низким внутренним сопротивлением) делает аккумулятор NMC предпочтительным выбором для электровелосипедов, электроинструментов и других электрических силовых агрегатов.

 

Уникальное сочетание одной трети никеля, одной трети марганца и одной трети кобальта (1-1-1) делает батарею NMC хорошим выбором при низкой стоимости сырья благодаря уменьшенному содержанию кобальта. Семейство NMC расширяется, чтобы вместить литий-ионные системы, смешанные с NMC, для широкого спектра приложений, таких как автомобильные системы и системы накопления энергии (ESS), которые зависят от частых циклов.

 

Области применения: Электровелосипеды, электромобили, медицинские и промышленные устройства.

 

LFP или литий-железо-фосфат (LiFePO4)

Известен с 1996 г.

 

90 002  

Краткий обзор LFP (перечислены в алфавитном порядке) :

• Повышенная безопасность
• Хорошая термическая стабильность
• Высокая удельная мощность
• Длительный срок службы
• Низкая удельная энергия

 

Открытие фосфата в качестве катодного материала в 1996 году привело к разработке перезаряжаемых литиевых батарей с использованием одного из хорошо известных аккумуляторных материалов. Батарея LiFePO4 или батарея LFP, также известная как «феррофосфат лития», обеспечивает хорошие электрохимические характеристики с большей устойчивостью к некоторым условиям перезарядки и полной зарядки.

 

Более низкое номинальное напряжение батареи снижает удельную энергию ниже, чем у литий-ионной батареи с кобальтом. Батареи LFP в основном используются для хранения энергии и других приложений, требующих высокого уровня безопасности, большой мощности и длительного срока службы.

 

Достижения в области химии аккумуляторов позволяют заменить традиционно используемые аккумуляторы. Например, литий-фосфатная батарея может заменить свинцово-кислотную стартерную батарею — литий-фосфатная батарея хорошо работает в серии из четырех элементов, которые производят такое же напряжение, как и шесть последовательно соединенных свинцово-кислотных элементов.

 

Области применения: В основном стационарное применение с высокой износостойкостью.

 

NCA или литий-никель-кобальт-алюминий-оксид (LiNiCoAlO2)

Известен с 1999 г. в алфавитном порядке) :

• Высокая плотность энергии (емкость)
• Долгий срок службы
• Предельная безопасность
• Достаточно хорошая удельная мощность и производительность

 

Аккумуляторы NCA обычно используются в силовых агрегатах электромобилей из-за их высокой удельной энергии, впечатляющей удельной мощности и относительно длительного срока службы. Основными недостатками NCA являются стоимость, безопасность и недавние проблемы с цепочкой поставок.

 

Батарея NCA становится более стабильной благодаря добавлению алюминия. В исследовании, в котором сравнивалась удельная энергия систем на основе свинца, никеля и лития, было обнаружено, что литий-алюминий (NCA) имеет самую высокую удельную энергию.

 

NCA может подавать относительно большой ток в течение длительных периодов времени. Однако существенным недостатком является низкий уровень безопасности.

 

Области применения: электромобили , электрические силовые агрегаты, медицинские устройства и промышленность.

 

LTO или титанат лития (Li2TiO3)

Известен с 2008 г.

 

9000 2  

Краткий обзор LTO (перечислены в алфавитном порядке) :

• Превосходная безопасность
• Быстрая зарядка
• Высокая стоимость
• Долгий срок службы
• Низкая плотность энергии

 

Литий-титанатный аккумулятор — один из самых безопасных литий-ионных аккумуляторов с отличными характеристиками. По сравнению с обычной литий-ионной батареей с кобальтом, батарея LTO демонстрирует свойство нулевой деформации и не образует пленку SEI (твердый электролит) или литиевое покрытие при зарядке при низкой температуре и быстрой зарядке.

 

В батарее LTO титанат лития заменяет графит в аноде, а оксид лития-марганца или NMC выступает в качестве материала катода. Другие примечательные особенности включают термическую стабильность при высоких температурах, быструю зарядку и высокий ток разряда (в 10 раз больше номинальной емкости).

 

Области применения: Аэрокосмическая и военная техника, электромобили, электроприводы, уличное освещение на солнечных батареях, телекоммуникационные системы и ИБП.

 

Краткий обзор химического состава литий-ионных аккумуляторов

Аккумулятор LCO чаще всего используется в небольшой портативной электронике. Батареи LMO обеспечивают более высокий ток и безопасно работают при более высоких температурах, чем батареи LCO.

 

NMC является доминирующим химическим катодом для многих применений из-за его высокой плотности энергии, высокой термической стабильности и более длительного срока службы при более низкой стоимости, чем другие батареи на основе кобальта.

 

В отличие от других типов литий-ионных аккумуляторов, аккумуляторы LTO заряжаются быстрее, а аккумуляторы LFP отличаются высокой стабильностью и безопасностью, даже если они полностью заряжены. Способность NCA работать в высоконагруженных приложениях с длительным временем автономной работы делает его идеальным выбором для производителей электромобилей, таких как Tesla.

 

Литий-ионные батареи на основе структуры батареи

Узнав о типах литий-ионных батарей на основе химического состава батареи, пришло время бегло взглянуть на три наиболее популярных форм-фактора (структуры батареи) литий-ионных батарей. ионные батареи:

 

Цилиндрический литий-ионный элемент

 

 

часов, ширины и длины с высокая степень автоматизации и стабильная передача продукта. Популярные модели 14650, 17490, 18650, 21700 и 26650.

 

Цилиндрические элементы используются для малых и больших батарейных блоков различной емкости и напряжения. Кроме того, цилиндрические ячейки лучше подходят для применений, учитывающих вес и ограниченное пространство. Типичные области применения включают аккумуляторы AH, детские игрушки, дроны, медицинское оборудование и электроинструменты.

 

Призматический литий-ионный элемент

 

 

Призматический элемент имеет прямоугольную форму и обеспечивает большую емкость (упаковывает больше ампер-часов на элемент). ) за счет большего количества лития на единицу объема. Это размерное качество позволяет призматическому элементу быть лучшим выбором для устройств накопления энергии, больших батарейных блоков и одноячеечных вариантов.

 

Литиевый пакет

 

 

Пакет состоит из пакета из алюминиевой фольги с защелками на обоих концах. Пакетный элемент может упаковать большую удельную мощность, чем другие элементы, благодаря использованию литий-полимера в форме порошка. Благодаря своей конструкции (гибкий упаковочный материал и структура) и размеру, мешочные элементы позволяют вместить наибольшее количество лития на единицу объема.

 

Конфигурация с литий-ионным аккумулятором необходима для конкретных приложений, таких как электроинструменты, генерирующие высокие нагрузки/крутящие моменты, и циклические приводы, такие как электровелосипеды и скутеры. Индивидуальные конфигурации батарейных блоков по форме, размеру и уровню гибкости рекомендуются для удовлетворения потребностей пускового (стартерного аккумулятора), высокоскоростного или глубокого цикла.

 

Блок литий-ионных аккумуляторов состоит из кластеров отдельных элементов литий-ионных аккумуляторов, сконфигурированных последовательно, параллельно или и то, и другое для обеспечения требуемой емкости, плотности мощности или напряжения для различных целей.

 

Аккумулятор обеспечивает чрезвычайно малое количество циклов в присутствии влаги. Таким образом, важно следить за влажностью, низкой температурой и повышенной температурой хранения, поскольку эти факторы могут сильно повлиять на производительность батареи.

 

Кроме того, система управления батареями (BMS) — это электронная система, которая контролирует отдельные элементы в аккумуляторной батарее, повышает безопасность и оптимизирует работу батареи.

 

Литий-ионный аккумулятор Преимущества и недостатки

Аккумуляторы можно разделить на первичные (неперезаряжаемые или одноразовые) и вторичные (перезаряжаемые или многоразовые). В отличие от одноразовых щелочных батарей, в которых используется цинк и диоксид марганца, литий-ионные батареи представляют собой перезаряжаемые батареи, в которых используется металлический литий или соединения. Более того, литий-ионный аккумулятор — это высокопроизводительная, но дорогая альтернатива стандартной щелочной батарее.

 

Наиболее часто используемыми перезаряжаемыми батареями являются NiMH (никель-металлогидридные) и NiCd или NiCad (никель-кадмиевые) батареи. В отличие от аккумуляторов NiMH и NiCd, литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую плотность энергии, более низкую скорость саморазряда, меньшие размеры и требуют меньше обслуживания. Литиевые батареи также настраиваются для удовлетворения различных потребностей.

 

Хотя у каждого типа аккумуляторов есть свои плюсы и минусы, давайте рассмотрим основные преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов:

 

 

Применение литий-ионных аккумуляторов

Низкая стоимость цикла, высокая плотность энергии и высокая удельная энергия делают литий-ионные аккумуляторы полезными для ряда приложений, включая:

90 002  

Электрические транспортные средства и транспортные средства для отдыха

Литий-ионные аккумуляторные батареи могут выступать в качестве незаменимых источников питания для электрических, гибридных или подключаемых гибридных электромобилей, таких как электрические велосипеды, электромобили и электрические мотоциклы. Некоторые убедительные преимущества использования литий-ионных аккумуляторов:

• Гибкая и быстрая зарядка
• Высокая емкость накопителя энергии
• Долгий срок службы

 

Аварийное резервное питание или ИБП (источник бесперебойного питания)

Литий-ионный аккумулятор практически мгновенно обеспечивает работу или отключение оборудования в случае традиционного отключения питания или нестабильности. Компьютеры, медицинское оборудование и другие системы аварийного резервного питания значительно выигрывают от литий-ионных аккумуляторов.

 

Промышленное оборудование

Повышенная плотность энергии, несколько циклов зарядки и минимальное техническое обслуживание — вот некоторые из характеристик, которые делают промышленные литиевые аккумуляторные блоки идеальными для электрических машин, погрузочно-разгрузочного оборудования и других транспортных средств, таких как:

• Тележки с поддонами
• Узкопроходные вилочные погрузчики
• Вилочные погрузчики
• Наземное вспомогательное оборудование аэропорта

 

Литиевые морские батареи

Литиевые батареи эффективны и надежны — от питания небольшого мотора до питания яхты. По сравнению с традиционной свинцово-кислотной батареей литиевая аккумуляторная батарея с длительным сроком службы обеспечивает надежную и легкую морскую работу.

 

Медицинские приборы

Легкие, компактные и с высокой плотностью энергии литий-ионные аккумуляторы подходят для медицинских применений — от дефибрилляторов и медицинских тележек до компьютерно-томографических томографов и аппаратов МРТ.

 

Мобильное оборудование

Следующие преимущества делают литий-ионные аккумуляторы идеальными для мобильного оборудования, такого как электрические инвалидные кресла и персональные транспортеры:

• Увеличенное время работы
• Быстрая зарядка
• Увеличенный срок службы
• Низкая скорость саморазряда
• Малый вес
• Настройка размера

 

Портативные электронные устройства

Литий-ионные аккумуляторы могут питать видеокамеры, компьютеры, цифровые камеры, мобильные телефоны, портативные игровые приставки, планшеты, фонари и другие портативные электронные устройства. Литий-ионные аккумуляторы легче и меньше по размеру и способны выдерживать движения и перепады температуры, они долговечны и экономически выгодны в качестве портативных блоков питания.

 

Электроинструменты

Аккумуляторные дрели, пилы, шлифовальные машины и различные садовые инструменты, такие как кусторезы и ножницы для живой изгороди (также называемые «триммерами для газонов» или «триммерами для лески») используют литий-ионные батареи.

 

Дистанционное наблюдение

Легкие перезаряжаемые литиевые батареи хорошо подходят для наблюдения за парком транспортных средств, на рабочих площадках или в удаленных местах, где установка постоянной системы сигнализации невозможна. Поскольку литий-ионный аккумулятор служит дольше и должен иметь в 10 раз меньшую скорость разряда, чем свинцово-кислотный аккумулятор, он весьма эффективен для систем сигнализации или наблюдения.

 

Уличное освещение на солнечных батареях и накопители солнечной/ветровой энергии

По мере роста использования солнечной и ветровой энергии во всем мире литий-ионные аккумуляторы выгодны для быстрой зарядки и хранения большего количества энергии. Литий-ионные батареи могут помочь компаниям, работающим с возобновляемыми источниками энергии, максимально использовать потенциал солнечной и ветровой энергии.

 

Кроме того, аккумуляторные блоки LFP используются для высококачественных и долговечных солнечных батарей, питающих солнечные уличные фонари.

 

Заключение

Литий-ионные аккумуляторы являются сегодня одними из коммерчески доступных и широко используемых перезаряжаемых аккумуляторов, которые в настоящее время доминируют на вторичном рынке аккумуляторов. С течением времени различные типы литий-ионных аккумуляторов завоевали популярность по сравнению с другими химическими аккумуляторами благодаря более высокой плотности энергии, меньшему размеру и весу, а также превосходной возможности перезарядки.

 

Несмотря на то, что существует несколько типов литий-ионных аккумуляторов, выбор зависит от области применения, бюджета, требований к питанию и безопасности, а также других факторов.

 

Несмотря на определенные ограничения, такие как нехватка лития, нестабильность при высоких температурах и риск для безопасности, литий-ионные аккумуляторы продолжают занимать важное место на рынке аккумуляторов и, как ожидается, будут играть решающую роль в обозримом будущем.

 

Однако литий-ионные аккумуляторы сталкиваются с жесткой конкуренцией со стороны других аккумуляторов и технологий хранения энергии. В такой важный период индустрия литий-ионных аккумуляторов быстро внедряет инновации.

 

Инновационные литий-ионные технологии направляют путь литий-ионных аккумуляторов к более измеримым и значимым результатам, прежде всего в:

• Химия аккумуляторов
• Безопасность батареи
• Производительность батареи
• Срок службы батареи
• Переработка аккумуляторов

 

В то время как кобальт необходим для структурной стабильности, никель обеспечивает большую плотность энергии.

 

Переход от катодов с высоким содержанием кобальта к катодам с высоким содержанием никеля также меняет представление об инновациях в области литий-ионных технологий. Производители аккумуляторов, в том числе признанные и начинающие игроки, инвестируют в исследования и разработки литий-элементов, чтобы раскрыть потенциал новых систем литий-ионных аккумуляторов.

 

По словам Джона Б. Гуденафа, « наука — это международный язык. ” И именно этот язык будет и дальше способствовать инновациям и устанавливать новые ориентиры на мировом рынке литий-ионных аккумуляторов.

 

 

Вас может заинтересовать:

Дорожная карта будущего для натрий-ионных аккумуляторов

 

Знаете ли вы пятерку ведущих производителей свинцово-кислотных аккумуляторов?

 

Вот 10 лучших компаний, производящих проточные батареи

 

Отчет о мировом рынке литий-ионных аккумуляторов

Шесть основных типов литий-ионных аккумуляторов: визуальное сравнение

Шесть типов литий-ионных аккумуляторов: визуальное сравнение

Литий-ионные аккумуляторы в центре перехода на чистую энергию в качестве ключевой технологии для питания электромобилей (EV) и систем накопления энергии.

Однако существует множество типов литий-ионных аккумуляторов, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы.

Приведенная выше инфографика показывает компромисс между шестью основными технологиями литий-ионных катодов на основе исследования Miao et al. и Батарейный университет. Это первая из двух инфографик в нашем Аккумуляторная технология, серия .

Понимание шести основных литий-ионных технологий

Каждый из шести различных типов литий-ионных аккумуляторов имеет различный химический состав.

Аноды большинства литий-ионных аккумуляторов сделаны из графита. Как правило, меняется минеральный состав катода, что определяет разницу между химическим составом батареи.

Материал катода обычно содержит литий наряду с другими минералами, включая никель, марганец, кобальт или железо. Этот состав в конечном итоге определяет емкость, мощность, производительность, стоимость, безопасность и срок службы батареи.

Имея это в виду, давайте рассмотрим шесть основных технологий литий-ионных катодов.

#1: литий-никель-марганцево-кобальтовый оксид (NMC)

Катоды NMC обычно содержат большое количество никеля, что увеличивает плотность энергии батареи и позволяет увеличить запас хода в электромобилях. Однако высокое содержание никеля может сделать батарею нестабильной, поэтому марганец и кобальт используются для повышения термической стабильности и безопасности. Несколько комбинаций NMC имели коммерческий успех, в том числе NMC811 (состоит из 80 % никеля, 10 % марганца и 10 % кобальта), NMC532 и NMC622 .

#2: Литий-никель-кобальт-оксид алюминия (NCA)

Аккумуляторы NCA имеют те же преимущества, что и NMC, на основе никеля, включая высокую плотность энергии и удельную мощность. Вместо марганца NCA использует алюминий для повышения стабильности. Однако катоды NCA относительно менее безопасны, чем другие литий-ионные технологии, дороже и обычно используются только в высокопроизводительных моделях электромобилей.

#3: Литий-железо-фосфатные (LFP)

Из-за использования железа и фосфатов вместо никеля и кобальта, LFP-аккумуляторы дешевле в производстве, чем варианты на основе никеля. Однако они предлагают меньшую удельную энергию и больше подходят для стандартных электромобилей или электромобилей ближнего действия. Кроме того, LFP считается одним из самых безопасных химических веществ и имеет длительный срок службы, что позволяет использовать его в системах хранения энергии.

#4: Оксид лития-кобальта (LCO)

Хотя батареи LCO обладают высокой плотностью энергии, их недостатками являются относительно короткий срок службы, низкая термическая стабильность и ограниченная удельная мощность. Таким образом, эти батареи являются популярным выбором для приложений с низкой нагрузкой, таких как смартфоны и ноутбуки, где они могут обеспечивать относительно небольшое количество энергии в течение длительного времени.

#5: Литий-марганцевый оксид (ЖМО)

Также известные как марганцево-шпинельные батареи, батареи ЖИО обеспечивают повышенную безопасность и возможность быстрой зарядки и разрядки.