Из чего состоит литий ионный аккумулятор. Из чего состоит литий-ионный аккумулятор: устройство и принцип работы Li-Ion батареи

Что входит в состав литий-ионного аккумулятора. Как устроена Li-Ion батарея изнутри. Какие компоненты обеспечивают работу литиевого аккумулятора. Принцип действия литий-ионной батареи.

Основные компоненты литий-ионного аккумулятора

Литий-ионный аккумулятор состоит из следующих ключевых компонентов:

• Анод (отрицательный электрод)
• Катод (положительный электрод)
• Электролит
• Сепаратор
• Токосъемники
• Корпус

Рассмотрим подробнее каждый из этих элементов и их роль в работе Li-Ion батареи.

Анод литий-ионного аккумулятора

Анод является отрицательным электродом литий-ионного аккумулятора. В современных Li-Ion батареях в качестве анодного материала чаще всего используется графит. Почему именно графит выбран для анода?

• Графит имеет слоистую кристаллическую структуру, между слоями которой могут внедряться ионы лития
• Графитовый анод обеспечивает стабильную работу и длительный срок службы аккумулятора
• При использовании графита не образуются дендриты, которые могли бы привести к короткому замыканию

В процессе заряда ионы лития внедряются между слоями графита, а при разряде покидают его. Этот процесс может повторяться сотни и тысячи раз без существенной деградации анода.

Катод литиевой батареи

Катод является положительным электродом Li-Ion аккумулятора. Для изготовления катода используются различные литированные оксиды металлов. Наиболее распространенные катодные материалы:

• Оксид лития-кобальта (LiCoO2)
• Оксид лития-марганца (LiMn2O4)
• Фосфат лития-железа (LiFePO4)
• Оксид лития-никеля-марганца-кобальта (LiNiMnCoO2 или NMC)

Выбор катодного материала во многом определяет характеристики аккумулятора — напряжение, емкость, срок службы, безопасность. Например, LiFePO4 обеспечивает высокую стабильность и безопасность, но меньшее напряжение по сравнению с LiCoO2.

Электролит в литий-ионном аккумуляторе

Электролит в Li-Ion батарее выполняет роль среды для перемещения ионов лития между электродами. Обычно используется жидкий органический электролит, состоящий из:

• Растворителя (обычно смесь органических карбонатов)
• Соли лития (чаще всего LiPF6)
• Различных добавок для улучшения характеристик

Электролит должен обладать высокой ионной проводимостью и химической стабильностью в рабочем диапазоне напряжений аккумулятора. От состава электролита во многом зависят такие параметры как скорость заряда/разряда, срок службы и безопасность батареи.

Сепаратор Li-Ion аккумулятора

Сепаратор — это пористая мембрана, которая физически разделяет анод и катод, предотвращая их короткое замыкание. При этом сепаратор должен свободно пропускать ионы лития. Основные требования к сепаратору:

• Химическая инертность
• Механическая прочность
• Пористость для прохождения ионов
• Минимальное электрическое сопротивление

Обычно в качестве сепаратора используются полимерные пленки толщиной 10-30 мкм. Некоторые современные сепараторы имеют многослойную структуру для повышения безопасности аккумулятора.

Токосъемники литиевой батареи

Токосъемники обеспечивают электрический контакт между активными материалами электродов и внешней цепью. В Li-Ion аккумуляторах используются:

• Медная фольга в качестве токосъемника анода
• Алюминиевая фольга в качестве токосъемника катода

На токосъемники наносится тонкий слой активного материала соответствующего электрода. Толщина токосъемников обычно составляет 10-20 мкм.

Корпус литий-ионного аккумулятора

Корпус Li-Ion батареи выполняет несколько важных функций:

• Защита внутренних компонентов от внешних воздействий
• Герметизация электролита
• Обеспечение механической прочности конструкции

В зависимости от типа аккумулятора могут использоваться различные варианты корпуса:

• Металлический цилиндрический корпус (например, 18650)
• Металлический призматический корпус
• Мягкий алюминиевый ламинат (для литий-полимерных аккумуляторов)

Выбор типа корпуса зависит от требований к аккумулятору по размерам, весу, прочности и области применения.

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Работа Li-Ion аккумулятора основана на обратимом перемещении ионов лития между анодом и катодом. Рассмотрим основные процессы, происходящие при заряде и разряде:

Процесс заряда Li-Ion батареи:

1. При подключении зарядного устройства ионы лития начинают двигаться от катода к аноду
2. Ионы лития внедряются между слоями графита на аноде
3. Электроны движутся по внешней цепи от катода к аноду
4. На катоде происходит окисление, на аноде — восстановление

Процесс разряда литий-ионного аккумулятора:

1. При подключении нагрузки ионы лития начинают двигаться от анода к катоду
2. Ионы лития покидают графитовый анод и внедряются в структуру катодного материала
3. Электроны движутся по внешней цепи от анода к катоду, совершая полезную работу
4. На аноде происходит окисление, на катоде — восстановление

Этот процесс может повторяться сотни и тысячи раз, обеспечивая многократное использование аккумулятора.

Система управления батареей (BMS)

Важным компонентом литий-ионных аккумуляторных батарей является система управления (BMS — Battery Management System). BMS выполняет следующие функции:

• Контроль напряжения отдельных ячеек
• Защита от перезаряда и глубокого разряда
• Балансировка ячеек
• Контроль температуры
• Защита от короткого замыкания
• Подсчет степени заряженности (SOC) и состояния здоровья (SOH) батареи

BMS обеспечивает безопасную и эффективную работу Li-Ion аккумулятора, значительно продлевая срок его службы.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами перезаряжаемых батарей:

• Высокая удельная энергоемкость
• Низкий саморазряд
• Отсутствие эффекта памяти
• Широкий диапазон рабочих температур
• Большое количество циклов заряда-разряда
• Возможность быстрого заряда

Эти преимущества сделали Li-Ion аккумуляторы доминирующей технологией в портативной электронике, электромобилях и системах накопления энергии.

Перспективы развития литиевых аккумуляторов

Технология литий-ионных аккумуляторов продолжает активно развиваться. Основные направления исследований включают:

• Разработку новых катодных и анодных материалов
• Создание твердотельных электролитов
• Повышение энергоемкости и скорости заряда
• Улучшение безопасности и срока службы
• Снижение стоимости производства

Ожидается, что в ближайшие годы литий-ионные аккумуляторы станут еще более эффективными, безопасными и доступными, что позволит расширить сферы их применения.

Как устроен литий-ионный аккумулятор? | Вольтмаркет

Автор:
Сергей Куртов

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 07-02-2023

Рейтинг статьи: (4)

Содержание

Представление о современном мире было бы абсолютно другим, если бы не существовало литиевых аккумуляторных батарей. Литий-ионные аккумуляторы стали частью технологической революции, результаты которой мы постоянно наблюдаем вокруг себя (смартфоны, планшеты, ноутбуки и с недавних пор электротранспорт).

Несмотря на существование более продвинутых источников питания, например литий-титанатных ячеек (LTO), именно Li-Ion стали по-настоящему массовыми. Это связано с компактными размерами источника питания, невысокой ценой производства и оптимальным ресурсом работы. Под оптимальным ресурсом понимается далеко не самый длительный срок службы, а наоборот: литиевый аккумулятор зачастую соответствует жизненному циклу техники.

В связи с распространенностью элементов Li-Ion, полезно знать, как устроен литий-ионный аккумулятор, как правильно его эксплуатировать и в каких случаях он представляет опасность.

Как работает литий-ионный аккумулятор

В общих чертах строение литиевой батареи похоже на старые добрые свинцово-кислотные АКБ: здесь тоже есть анод, катод и электролит. Активными веществами здесь выступают графит (минус) и оксид лития (плюс). Конечно, анод и катод не состоят исключительно из перечисленных выше веществ. Данные вещества наносятся тонким слоем на медную и алюминиевую фольгу соответственно. Между листами фольги располагается разделитель, пропитанный электролитом.

В итоге получается эдакий пласт из тонких листов фольги, который и представляет собой литий-ионный аккумулятор. Далее этот пласт скручивается в трубочку — и получается стандартный цилиндрический элемент 18650 и других типоразмеров.

А каким образом описанная выше структура вообще способна накапливать и отдавать электроэнергию? Тут все тоже довольно-таки интересно. Электрический ток — это движение заряженных частиц. Именно это движение нам требуется обеспечить. Цикл работы литий-ионного аккумулятора можно представить следующим образом:

• Процесс заряда. При подключении внешнего источника питания от стабильного оксида лития на алюминиевой пластине отделяются крайне нестабильные атомы лития. На внешней орбите атома имеется электрон, который стремится отделиться. Это мгновенно и происходит с атомом лития. Отделившийся электрон не может пройти через слой разделителя — тот пропускает только положительные ионы. Поэтому электрон минует разделитель через внешнюю цепь (зарядное устройство), попадая на медную пластину. После этого оставшиеся на “минусе” положительные ионы лития тоже начинают “притягиваться” положительным полюсом. Они беспрепятственно преодолевают разделитель. В итоге мы имеем положительный полюс, состоящий из слоев графита, которые захватили электроны лития и его ионы. В таком состоянии Li-Ion аккумулятор считается заряженным.
• Процесс разряда. Пока к аккумулятору не подключается внешняя цепь в виде нагрузки, ионы и электроны лития остаются в слоях графита. Но стоит подключить к АКБ потребителя, как начнется активное движение. Ионы “поспешат” вернуться на свое место, протекая через разделитель. Электроны, как и ранее, пройти его не могут и вынуждены двигаться через внешнюю цепь, которая представляет собой потребителя электроэнергии. Пусть это будет традиционная лампочка. Протекая из положительной пластины через потребителя, электроны образуют электрический ток. Достигнув пункта назначения, ионы лития и электроны снова становятся частью стабильного оксида лития.

Таким образом, основной идеей литий-ионных аккумуляторов является то, что электронам требуется внешняя цепь, чтобы перетечь вслед за положительными ионами. Именно на счет этого аккумулятор может как заряжаться, так и разряжаться — меняется лишь направление движения частиц.

Опасны ли Li-Ion аккумуляторы

Как мы теперь знаем, в работе литиевого аккумулятора замешаны нестабильные вещества, которые то и дело норовят высвободить энергию. В процессе электрохимической реакции выделяются газы, так как когда ионы лития оседают на одной пластине, на другой образуются соли кислорода. Как и в случае с необслуживаемыми свинцово-кислотными АКБ, в случае нормальной работы газовыделение полностью контролируется. Но в случае перегрева или перезаряда аккумулятор может вздуться от внутреннего давления.

Как правило, АКб мобильных гаджетов оснащены контроллером и нарушение параметров заряда практически невозможно. Но всегда есть место заводскому браку или халатности “no-name” производителей, в результате чего аккумулятор может представлять опасность. Если АКБ вздулась — незамедлительно ее утилизируйте, иначе может случиться воспламенение.

Как взрываются литий-ионные аккумуляторы? Опять же, все снова связано с нестабильностью лития. При контакте с кислородом он тут же воспламеняется. Поэтому герметичность элемента питания очень важна. Также одной из стандартных причин возгорания может стать короткое замыкание между положительной и отрицательной пластиной. Наиболее часто это происходит из-за сочетания сильной степени износа и допущения перегрева, который негативно сказывается на целостности электролита. Разделитель призван защитить пользователя от внутреннего короткого замыкания, однако вероятность этого все равно имеется.

Что же делать, если аккумулятор вот-вот загорится или уже горит? Можно ли тушить литиевую батарею водой? Выше мы уже обратили внимание, что литий активно реагирует с кислородом, который в том числе имеется в составе воды. Поливать аккумулятор не рекомендуется, так как это может спровоцировать взрыв элемента. Пользователи, имевшие дело с воспламенением литий-ионного аккумулятора, советуют дать реакции закончится естественным способом, поместив АКБ в безопасное место, например в закрытую кастрюлю. Если же аккумулятор уже горит и взять его невозможно, очаг следует накрыть чем-то негорючим. Опять же, условная кастрюля, которой можно накрыть АКБ, отлично для этого подходит: и не допустит распространение огня, и перекроет доступ кислорода.

Как работает литиевая батарея — подробное устройство

Обновленная статья от: 10.11.2020

---

Литий-ионные аккумуляторы – универсальный тип элементов питания. Они используются в смартфонах, фонариках, портативной технике, специнструменте, источниках 

бесперебойного питания. Литий-ионные батареи обеспечивают автономное питание складской и клининговой техники, электромобилей, гольфкаров, инвалидных колясок, гироскутеров, самокатов, велосипедов на электротяге и многих других устройств.

Источники питания на основе лития отличаются высокой энергоемкостью при относительно малых размерах и массе. Дополнительными их преимуществами выступают:

• большой ресурс – более 1000 полных циклов заряд-разряд;
• малый саморазряд – не более 5–10 % в год;
• высокая токоотдача;
• широкий диапазон допустимых температур – от -20 до +60 °С при работе, от 0 до +45 °С при подзарядке;
• простота и удобство использования.

Литиевый аккумулятор – устройство и принцип работы

В структуре Li-ion аккумулятора есть катод из производных лития на алюминиевой фольге и графитовый анод на фольге из меди. В качестве производных лития используются различные соединения: LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNiO2, LiMnRON, LiC6, LiMnO2, Li4Ti5O12 и др. Между катодом и анодом находится пористый сепаратор, пропитанный электролитом с функциями проводника. Заряд переносят ионы лития, легко встраиваемые в кристаллическую решетку пористого углерода и вызывающие соответствующую химическую реакцию.

Конструкция из электродов и находящегося между ними сепаратора сворачивается в виде рулона и помещается в герметичную оболочку из стали, алюминия или полимерного материала. При этом электроды подсоединяются к токосъемникам. В итоге получаются Li-ion элементы цилиндрической или призматической формы – в зависимости от принципа сворачивания фольги. Самый распространенный типоразмер Li-ion аккумуляторов в форме цилиндра – 18650.

Как работает Li-ion аккумулятор

Принцип действия литий-ионного аккумулятора заключается в создании необходимых условий для перемещения ионов лития между катодом и анодом:

1. При подаче на электроды напряжения ионы лития отрываются от катода, переходят через сепаратор к графитовому аноду и встраиваются в его молекулярную структуру. В результате протекает реакция окисления, и аккумулятор заряжается.
2. При подаче нагрузки ионы лития перемещаются обратно к катоду. Углеродистая пластинка на медной фольге становится «минусом», а производные лития на алюминии – «плюсом».

Задачи и функции BMS платы

Слабым местом Li-ion аккумуляторов считается их чувствительность к перезарядам и глубоким разрядам. Чтобы напряжение элементов автоматически поддерживалось в безопасном диапазоне, батарея оснащается BMS платой контроля и защиты. Она автоматически размыкает выходные ключи – отключает АКБ от нагрузки при критическом разряде и от сети при полном заряде. БМС плата оберегает элементы питания и от короткого замыкания. В таких ситуациях напряжение на элементах питания резко просаживается, и мгновенно срабатывает защита от глубокого разряда. Тем самым модуль защиты продлевает срок службы АКБ.

Основой BMS платы выступает микросхема. В ней есть полевые транзисторы, используемые для раздельного управления защитой на протяжении заряда и разряда ячеек. Плата защиты следит, чтобы напряжение на каждой ячейке не превышало 4,2 В и не опускалось ниже 2,3 В. Также в схеме обычно присутствует датчик, замеряющий уменьшение напряжения на полевых транзисторах. Функции измерительного шунта выполняет переходное сопротивление транзисторов. В ряде плат дополнительно используется детектор токовых перегрузок.

Как работает контроллер заряда в литиевой батарее

Контроллер заряда – важная составляющая зарядного устройства, которая обеспечивает правильный режим подзарядки. Для литиевых элементов это режим CC/CV – вначале осуществляется зарядка при неизменном токе, а затем – при стабильном напряжении.

Контроллер ограничивает зарядный ток и контролирует объем энергии, поступающей на ячейки в единицу времени. Избыточную энергию он рассеивает в виде тепла. При достижении порога срабатывания 4,2 В контроллер переключается в режим стабилизации напряжения и плавно уменьшает ток заряда.

Режимы работы литиевых АКБ

Есть 2 основных режима использования литиевых АКБ:

1. Буферный – например, в современных источниках бесперебойного питания. Батарея в таком случае постоянно подпитывается от электросети, а при перебоях в электроснабжении – отдает накопленный заряд подключенному к ней оборудованию. Когда электроснабжение от сети восстанавливается, АКБ снова подзаряжается и находится в режиме постоянной готовности к дальнейшему использованию.
2. Циклический – подразумевает чередование фаз заряд-разряд, когда после пассивной фазы восстановления заряда следует продолжительная фаза активной работы. В таком режиме работают аккумуляторные батареи электровелосипедов и других видов персонального электротранспорта, погрузчиков, поломоечных машин, электромобилей, мотолодок, мобильных кофемашин и другой техники. Срок службы таких АКБ измеряется не годами, а количеством циклов глубокого разряда (до 80%) и последующего заряда.

Литий-ионные батареи успешно используются и в буферном, и в циклическом режиме. Если эксплуатация АКБ подразумевает жесткие условия и частые глубокие разряды, лучше всего с такими задачами справляются литий-железо-фосфатные батареи (LiFePO4). В частности, они используются для питания лодочных электромоторов, складской и клининговой техники, е-байков и других видов электротранспорта.

Старение и деградация литиевых АКБ

В результате циклического заряда-разряда литиевые аккумуляторы постепенно «стареют» – ионы лития не всегда возвращаются в свое исходное положение, состояние катода меняется, в системе накапливаются продукты окисления. В итоге аккумуляторная батарея медленно и безвозвратно утрачивает часть своей емкости.

Считается, что при потере 30% исходной емкости жизненный цикл батареи завершается. При потере емкости на 50% батарея подлежит утилизации. Рабочий ресурс батареи определяется как количество полных циклов заряда-разряда до тех пор, когда емкость АКБ снизится на 20%. В среднем ресурс Li-ion аккумуляторов составляет 1000 циклов, у моделей вида LiFePO4 – более 2000, а у литий-титанатных – более 20 000.

Рекомендации по использованию

Чтобы продлить срок службы Li-ion батарей, нужно:

1. Следовать рекомендациям производителя по их эксплуатации.
2. Не превышать рекомендованный зарядный ток. Оптимальным током заряда считается значение, равное 50% номинальной емкости батареи. Так, для АКБ емкостью 10 Ач оптимальный зарядный ток составляет 5 А. Исключение – современные литий-титанатные модели. Они допускают токовые нагрузки до 10С.
3. Избегать перезаряда, глубокого разряда батарей, их длительного хранения в разряженном состоянии, механических повреждений, перегрева и переохлаждения.

Используйте литиевые АКБ правильно, и они долго будут радовать вас отличными рабочими характеристиками.

Предлагаем для ознакомления обзор электрических фэтбайков – электровелосипедов с толстыми колесами.

Как производятся литиевые батареи?

Если вам интересно, как производятся литиевые батареи, вы, вероятно, уже знаете, что они питают весь наш мир. Эти энергоемкие маленькие капсулы обладают мощной мощностью и питают все, от наших смартфонов до наших электромобилей. Если бы у нас не было литиевых батарей, мы бы проводили гораздо больше времени, привязанные к розетке. Без этой технологии наши сотовые телефоны даже не поместились бы в наших карманах. Так как же изготавливаются литиевые батареи?

В этой статье мы раскрываем тайну производства аккумуляторов, рассказывая о материалах, производстве и сборке. Давай начнем.

Содержание

• Что такое литий-ионные аккумуляторы?
• Какие материалы используются для изготовления литиевой батареи?
  • Элементы литиевых батарей
  • Электроника и компоненты
  • Корпус батареи
• Как производятся литиевые батареи?
  • Производство элементов
  • Сборка батарейного блока
• Важность качества производства
• Можно ли перерабатывать литиевые батареи?

Что такое литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионная батарея представляет собой электрохимическую батарею, в которой ионы лития используются для перемещения электронов и генерирования напряжения. Литий-ионные аккумуляторы являются одними из самых энергоемких и долговечных перезаряжаемых аккумуляторов. От сотовых телефонов до домашних систем резервного питания, эти батареи часто являются сердцем портативных и автономных систем питания.

Существует множество различных типов литий-ионных аккумуляторов, и здесь, в Battle Born Batteries, мы используем химию LiFePo4.

Какие материалы используются для изготовления литиевой батареи?

Теперь, когда мы поговорили о том, что такое литий-ионные аккумуляторы, мы можем обсудить все их различные компоненты и материалы. Давайте перейдем к делу.

Элементы литиевых батарей

Хотите верьте, хотите нет, но большие литиевые батареи, которые вы увидите в лодках и жилых автофургонах, на самом деле состоят из множества меньших элементов. Внутри каждой из этих ячеек есть анод, катод и электролит. Таким образом, каждая из этих ячеек представляет собой батарею, которая технически может работать сама по себе. Затем производители связывают их вместе для создания необходимого напряжения.

Батарея вырабатывает энергию, когда электроны движутся от анода через электролит к катоду. Анод обычно изготавливается из какого-либо окисляющегося металла, такого как графит или цинк, а катод обычно изготавливается из какого-либо оксида лития.

По сути, анод должен терять электроны, а катод должен приобретать электроны. С другой стороны, электролит обычно представляет собой раствор соли лития, способный переносить электроны. Именно эта литиевая соль обеспечивает избыточные электроны для работы батареи.

Электроника и компоненты

Так как же эти отдельные элементы соединяются для создания более крупного и мощного аккумулятора? С проводами и клеммами, конечно! По сути, клетки соединяются друг с другом таким образом, что электроны беспрепятственно проходят через систему. Плюсы (катоды) соединяются с минусами (анодами) через медные и алюминиевые клеммы и провода.

Наконец, в каждом аккумуляторном блоке находится система управления батареями (BMS). Этот важный компонент контролирует все, от температуры батареи до зарядки и разрядки каждой отдельной ячейки.

Корпус батареи

И последнее, но не менее важное: должен быть способ защитить все эти жизненно важные части. Эту важную функцию выполняет корпус аккумулятора. Жесткий внешний вид батареи, обычно изготовленной из пластика, резины или кремния, защищает элементы, внутренние провода и BMS от воздействия внешних элементов, которые могут мешать работе батареи.

→ Купить литиевые батареи Battle Born

Как производятся литиевые батареи?

Теперь давайте рассмотрим процесс производства литиевых батарей. От изготовления элемента до сборки аккумуляторной батареи каждый шаг тщательно продуман, чтобы обеспечить как безопасность, так и надежность.

Производство элементов

Итак, как изготавливаются элементы литиевой батареи? Анод и катод будут начинаться отдельно друг от друга на большой сборочной линии. Это необходимо для предотвращения любого перекрестного загрязнения. Оба они смешиваются с проводящим связующим, чтобы сформировать суспензию, а затем фольга (алюминий для катода, медь для анода) покрывает анод и катод. Специальная печь запекает фольгу на электродах.

После этого пришло время смотать ячейку и установить клеммы. Производитель добавляет вентиляционные отверстия и другие меры безопасности, а также заливает электролит через вакуум (он реагирует с кислородом и поэтому не может контактировать с воздухом). Как только производитель закрывает корпус, он может заряжать и тестировать элемент.

Аккумуляторная батарея в сборе 

Теперь давайте посмотрим, как эти отдельные элементы соединяются вместе для создания аккумуляторной батареи. Сначала производитель приваривает элементы к пластинам как со стороны анода, так и со стороны катода, а затем собирает их в пакеты. Производитель тестирует отдельные блоки и сопоставляет их вместе, чтобы сформировать желаемые ампер-часы (например, 30 отдельных элементов создадут аккумулятор емкостью 100 Ач).

После этого производитель собирает пакеты в кейс и подключает их к BMS. Производитель будет тестировать аккумулятор так же, как он тестировал отдельные элементы и блоки, чтобы обеспечить безопасность и надежность.

Важность качества производства

Создание безопасной и высокопроизводительной батареи требует усердия. Как вы, наверное, уже знаете, литиевые батареи имеют серьезные риски для безопасности. Неправильное производство и неправильное использование могут увеличить эти риски. Это связано с явлением, называемым тепловым разгоном (по сути, пожаром, который чрезвычайно трудно потушить). Это может произойти, когда клетки не функционируют равномерно.

Мало того, производительность плохо сделанной батареи пострадает. Вот почему так важно доверять производителю аккумуляторов. Вы не только хотите, чтобы ваши деньги стоили того, но вы также хотите спать спокойно, зная, что ваши батареи высокого качества и безопасны.

Здесь, в Battle Born Batteries, мы гордимся строгими стандартами качества и многократно тестируем наши элементы и батареи в процессе производства. Кроме того, мы создали запатентованную BMS, которая предотвращает работу наших аккумуляторов в любых условиях, которые могут быть опасными. 9Аккумуляторы 0003 Battle Born собираются в Неваде, США, и проходят тщательный контроль качества и тестирование, прежде чем покинуть наше предприятие.

Можно ли перерабатывать литиевые батареи?

Использованные батареи можно перерабатывать и повторно использовать литиевые элементы. В настоящее время процессы переработки по-прежнему являются относительно новыми, сложными и дорогостоящими.

Кроме того, литиевые батареи — относительно новая технология, и они служат долго. Срок службы многих из этих батарей еще не истек, и они еще не нуждаются в переработке. Поскольку все больше батарей нуждаются в переработке, совершенствование процессов переработки имеет решающее значение для создания устойчивого будущего для наших естественных запасов.

К счастью, такие компании, как Redwood Materials, находят лучшие способы повторного использования батарей, чтобы мы могли избежать добычи драгоценных ресурсов Земли.

У вас есть вопросы о том, как изготавливаются литиевые батареи? Оставьте их в комментариях ниже!

Хотите узнать больше об электрических системах и литиевых батареях?

Мы знаем, что строительство или модернизация электрической системы может быть сложной задачей, поэтому мы здесь, чтобы помочь. Наша команда по продажам и обслуживанию клиентов в Рино, штат Невада, всегда готова ответить по телефону (855) 29.2-2831, чтобы ответить на ваши вопросы!

Кроме того, присоединяйтесь к нам на Facebook, Instagram и YouTube, чтобы узнать больше о том, как системы с литиевыми батареями могут обеспечить ваш образ жизни, увидеть, как другие построили свои системы, и обрести уверенность, чтобы выйти и остаться там.

Присоединяйтесь к нашему списку контактов

Подпишитесь сейчас на новости и обновления на ваш почтовый ящик.

Поделиться

Из чего сделаны литиевые батареи?

Содержание

• Внутри клеммы анода
• Внутри катодного терминала
• Внутри литиевого электролита
• Внутри терминального сепаратора
• Как найти литиевую батарею
• Часто задаваемые вопросы

Основными компонентами литиевых батарей являются анод , катод , электролит и сепаратор .

Литиевые батареи также имеют схему защиты для предотвращения перезарядки и повреждения батареи.

Эти компоненты стоят за революцией в области беспроводных портативных устройств, которая подытоживает современные технологии. Они являются источником энергии для наших мобильных телефонов и беспроводных пылесосов.

Мы рассмотрим эти модули и то, как они работают вместе, чтобы привести мир в действие.

Внутри клеммы анода

Ранние литиевые батареи состояли из металлического лития на аноде (отрицательная клемма). Они полагались на легкий вес лития и высокую плотность энергии.

Эти функции были жизненно важны для того, чтобы сделать электронные устройства портативными без ущерба для функциональности.

Однако у металлических литиевых элементов во время циклов заряда на аноде образовывались нежелательные дендриты. Эти дендриты проникли бы в сепаратор клемм и замкнули бы батарею.

Кроме того, температура элемента поднимется до точки плавления лития, что приведет к тепловому разгону.

Из-за этих недостатков исследования переместились на литий-ионные батареи, в которых использовались угольно-графитовые аноды, а не литий-металлические аноды.

Графит имеет кристаллическую структуру слоистых равнин. Они удерживают атомы лития между каждым слоем через интеркаляцию .

Молекулы лития покидают графитовый слой и снова входят в него в течение нескольких циклов заряда без образования дендритов.

Таким образом, графит функционирует как стабильное хранилище атомов лития.

Внутри катодного вывода

Катодные материалы состоят из различных оксидов металлов, обычно классифицируемых по напряжению. Эта классификация обусловлена ​​тем, что используемый материал катода также определяет напряжение батареи.

В случае большой разности потенциалов между используемыми клеммами анода и катода ячейка будет иметь высокое напряжение. Альтернативно, более низкая разность потенциалов между клеммами означает более низкое номинальное напряжение.

В следующей таблице представлены наиболее распространенные катодные материалы по их номинальному напряжению.

Напряжение	Материал катода
2 вольта	Дисульфид титана, дисульфид молибдена
3 вольта	Диоксид марганца, пятиокись ванадия
4 вольта	Оксид лития-кобальта, оксид лития-никеля, диоксид лития-марганца
5 вольт	Фосфат лития-марганца, фосфат лития-кобальта

источник: Энергетика и инженерия

Энергия в батарее пропорциональна рабочему напряжению элемента. Таким образом, желательно большее катодное напряжение. Однако более высокое напряжение влияет на стабильность электролита и требует тщательного рассмотрения.

Оксид лития-кобальта и фосфат лития-железа популярны в коммерческих литий-ионных батареях. Эта распространенность обусловлена ​​их отличным сроком службы более 500 циклов зарядки и стабильностью.

Оба металла обладают особыми свойствами, которые мы рассмотрим ниже:

Преимущества оксида лития-кобальта

• Простота производства в масштабе
• Имеет длительный срок службы более 500 циклов зарядки
• Устойчив в воздухе

Недостатки оксида лития-кобальта

• Он менее экологичен, чем фосфат лития-железа
• Имеет низкую практическую (140 мАч/г) и теоретическую емкость (274 мАч/г)

Преимущества литий-железо-фосфата

• Он экономичен и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем оксид лития-кобальта
• Обладает отличной термостойкостью (-20°–70°C)

Недостатки литий-железо-фосфата

9−8 см 2 /сек)

Легко блокируется загрязнениями и дефектами

Внутри литиевого электролита

Электролит позволяет ионам лития перемещаться между клеммами, не давая электронам этого делать. Эта жизненно важная функция требует, чтобы:

• Электролит может выдерживать окислительно-восстановительную среду на обеих клеммах и соответствующий диапазон напряжений без ухудшения характеристик
• Электролит может выдерживать приемлемые диапазоны температур для зарядки и разрядки

Коммерческие литий-ионные электролиты состоят из солей лития в органических растворителях. Соли лития способствуют ионному движению , тогда как растворители способствуют стабильности электролита и образованию межфазного слоя твердого электролита (SEI).

Этот аккумулятор обладает отличными циклическими характеристиками и имеет длительный срок службы, составляющий 2000 циклов зарядки. Он олицетворяет долговечность современных литий-ионных аккумуляторов.

Когда компания Skyrich Batteries разработала аккумулятор SSB PowerSport, они искали легкий элемент с превосходным сроком службы. Эти критерии были необходимы, учитывая, что они производят аккумуляторы для квадроциклов и мотоциклов.

Соответственно, срок службы этой батареи составляет более десяти лет при более чем 2000 циклов зарядки.

«Лучший аккумулятор и отличный сервис. Не могу быть более счастливым, я получил качественную батарею, хорошее дружелюбное обслуживание по лучшей цене».
Ричард — проверенный покупатель

Внутри терминального разделителя Сепараторы

функционируют как барьер между выводами анода и катода, обеспечивая обмен ионами лития с обеих сторон.

При заряде ионы лития перемещаются от катода к аноду и наоборот во время разряда. Электролит увлажняет сепаратор, образуя катализатор этого движения ионов. Хотя ионы лития могут свободно перемещаться по сепаратору, электроны — нет, поскольку сепаратор не имеет электропроводности. Это свойство позволяет сепараторам изолировать выводы анода и катода друг от друга.

В коммерческих литий-ионных батареях

в качестве сепаратора используется полиолефин благодаря его превосходной электрохимической стабильности при напряжении 4,2 В или выше и экономичности.

Кроме того, полиолефин имеет одинаковый размер пор, что является оптимальным, поскольку литий-ионные сепараторы должны иметь размер пор в диапазоне от 30 до 100 нанометров.

Как найти литиевую батарею

Теперь, когда вы знаете, что находится внутри вашей литиевой батареи, вы готовы к следующему проекту?

Возможно, вы ищете надежный источник питания для проекта освещения или вам нужны новые батареи для вашей системы сигнализации и безопасности.

В HBPlus Battery Specialists мы предоставляем услуги для всех требований к аккумуляторам.