Типы li ion аккумуляторов: Типы и виды аккумуляторов: аккумулятор Li-Ion, аккумулятор Ni-MH, аккумулятор Li-Po. | Электронные компоненты. Дистрибьютор и магазин онлайн

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.

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)
    • ЖИО 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 важнейшей 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 (ИБП).

 

Во время фазы зарядки литий-ионного аккумулятора 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 использованием катодов из оксида лития-кобальта (LiCoO2) и графитового анода.

 

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 для требований малой и большой емкости, становясь чище, безопаснее и легче.

 

М. Стэнли Уиттингем, британско-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 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 мощности в данной массе.

 

Now, let us look at six common lithium-ion battery chemistries in detail:

 

LCO or Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2)

Known since 1991

 

LCO at 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.

LMO или литий -оксид марганца (LIMN2O4)

Известно с 1996

LMO в Glance .

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 or Lithium Iron Phosphate (LiFePO4)

Known since 1996

 

 

LFP at a glance (listed in alphabetical order) :

• Enhanced safety
• 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)

Известно, что с 1999

NCA на A Glance (перечислен в алфавитном порядке) :

• High Energy Develce (Patfive)
:
• High Energy (способность
:
• (способность
:
• .
• 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 or Lithium Titanate (Li2TiO3)

Known since 2008

 

 

LTO at a glance (listed in alphabetical order) :

• Excellent safety
• 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

 

 

Цилиндрическая литиевая батарея, известная также как «круглая литиевая батарея», доступна с различной длиной, шириной и шириной. 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 имеет больший объем (упаковывает больше лития в ампер-час на элемент) за счет большего 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:

 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 электрооборудования, 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 машин компьютерной томографии и 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 батареи 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

5 типов литий-ионных аккумуляторов

Энергоэффективность, накопление энергии

Харун 4 года назад 1 Комментарий

Prev Article Next Article

Contents

• 1 Types of Lithium Ion Batteries
  • 1. 1 Lithium-Cobalt Oxide Battery
  • 1.2 Lithium-Titanate Battery
  • 1.3 Lithium-Iron Phosphate Battery
  • 1.4 Lithium-Nickel Manganese Cobalt Оксидная батарея
  • 1.5 Литий-марганцевая оксидная батарея
    • 1.5.1 Читайте также
  • 1.6 Поделись этим:
  • 1.7 Родственные

5 Типы литий-ионных аккумуляторов

Ионно-литиевые аккумуляторы есть почти в каждом доме. Почти каждый из нас носит их в своем мобильном телефоне. Высокая плотность энергии делает их портативными, а возможность перезарядки делает их долговечными. Ионно-литиевые батареи позволили иметь самолеты только с электрическим приводом (например, самолет Solar Impulse). До того, как они заменят недорогие свинцово-кислотные батареи, еще далеко, но исследования ведутся по всему миру.

5 типов литий-ионных аккумуляторов вместе с их свойствами приведены ниже.

Батарея на основе оксида лития-кобальта

Используется в основном в портативной электронике (мобильные телефоны, ноутбуки и фотоаппараты)
Опасно, особенно при повреждении
Кобальт дефицитен и дорог
Низкая скорость разряда
Самая высокая плотность энергии (110-190) Втч/кг

Литий-титанатный аккумулятор

Может работать при очень низких температурах (-40°C)
Быстрая зарядка и разрядка
Используется в Mitsubishi i-MiEV
Меньшее собственное напряжение 2,4 В (по сравнению с 3,7 В)
Меньшая плотность энергии (30-110) Втч/кг

Литий-железо-фосфатная батарея

Значительно снижает риск перегрева и возгорания.
Имеет гораздо меньшую объемную емкость
Используется в электроинструментах и ​​медицинском оборудовании
Более длительный срок службы и абсолютная безопасность
Меньшая плотность энергии (95–140) Вт·ч/кг

Литий-никель-марганцево-окись-кобальтовая батарея

Увеличенный срок службы и естественная безопасность
Кобальт дефицитен и дорог
Менее склонен к нагреву
Используется в электроинструментах, электровелосипедах и электропоездах
Меньшая плотность энергии (95-130) Втч/кг

Батарея на основе оксида лития и марганца

Более низкая стоимость
Более длительный срок службы и безопасная по своей природе
Используется в Гибридные автомобили, сотовые телефоны, ноутбуки
Высокая скорость разряда
Низкая плотность энергии (110-120) Втч/кг

Вопреки распространенному мнению, существует множество различных типов литий-ионных аккумуляторов. Пять из них, перечисленных выше, являются коммерческими. В настоящее время исследуются многие другие химические вещества лития (например, Li-S). Следует отметить, что каждая батарея имеет разную плотность энергии, удельную мощность, надежность и безопасность. Различные химические составы батарей позволяют ученым создавать батареи в соответствии с требованиями пользователя. Плотность мощности и плотность энергии обратно пропорциональны и достигаются за счет друг друга, т. е. увеличение плотности мощности приводит к уменьшению плотности энергии и наоборот.

Существуют и другие химические вещества для литиевых батарей, не подпадающие под категорию литий-ионных. К ним относятся литий-серный, литий-воздушный и литий-силиконовый. Эти технологии все еще развиваются, но обладают огромным потенциалом. Например, литий-силиконовый аккумулятор, разработанный в лаборатории, имеет плотность энергии 650 Втч/литр, что в два раза больше, чем у существующих в настоящее время аккумуляторов.

Аккумуляторы также подлежат восстановлению. Было предсказано, что с запуском Tesla Giga Factory производство литий-ионных аккумуляторов увеличится.