Сравнение полимерной литиевой батареи и литиево-железо-фосфатной батареи

Сравнение полимерной литиевой батареи и литиево-железо-фосфатной батареи

Обзор полимерных литиевых батарей

Под полимерно-литиевым аккумулятором обычно понимается полимерный литий-ионный аккумулятор.

Литий-ионные батареи подразделяются на литий-ионные батареи (LIB) и полимерные литий-ионные батареи (PLB) или пластиковые литий-ионные батареи (PlasTIcLithium IonBatteries), называемые PLB). Положительные и отрицательные материалы, используемые в полимерной литий-ионной батарее, такие же, как и жидкие ионы лития. Материал положительного электрода делится на кобальтат лития, манганат лития, тройной материал и материал фосфата лития-железа, а отрицательный электрод представляет собой графит. Принцип работы аккумулятора также в основном согласован. Главное отличие в том, что электролит другой. В жидкой литий-ионной батарее используется жидкий электролит, а в полимерной литий-ионной батарее используется твердый полимерный электролит. Полимер может быть «сухим» или «коллоидным». Используется большинство современных полимерных гелевых электролитов.

Классификация полимерных литиевых батарей:

Твердый:

Электролит литий-ионного аккумулятора с твердым полимерным электролитом представляет собой смесь полимера и соли. Батарея имеет высокую ионную проводимость при нормальной температуре и может использоваться при нормальной температуре.

Гель:

Литий-ионная батарея с гелеполимерным электролитом добавляет к твердому полимерному электролиту добавку, такую как пластификатор, для увеличения ионной проводимости и позволяет использовать батарею при нормальной температуре.

Полимер:

Поскольку вместо жидкого электролита используется твердый электролит, полимерная литий-ионная батарея имеет преимущества, заключающиеся в том, что она тоньше, имеет произвольную площадь и произвольную форму по сравнению с жидко-литиево-ионной батареей, так что корпус батареи может быть изготовлен из алюминия. пластиковая композитная пленка, благодаря чему повышается удельная емкость всей батареи; полимерный литий-ионный аккумулятор также может использовать полимер в качестве материала положительного электрода, и его удельная удельная энергия по массе будет более чем на 20% выше, чем у нынешних жидких литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионный полимерный аккумулятор (PolymerLithium-IonBattery) отличается компактностью, тонкостью и легкостью. Таким образом, рыночная доля полимерных аккумуляторов будет постепенно увеличиваться.

Принцип полимерной литиевой батареи:

Литий-ионные батареи в настоящее время имеют два типа жидких литий-ионных батарей (LIB) и полимерные литий-ионные батареи (PLB). Среди них жидкая литий-ионная батарея относится к вторичной батарее, в которой соединение интеркаляции Li + является положительным электродом или отрицательным электродом. Положительный электрод изготовлен из литиевого соединения LiCoO2, LiNiO2 или LiMn2O4, а отрицательный электрод - из литий-углеродного межслойного соединения LixC6. Типичная аккумуляторная система:

00.jpg

Принцип работы полимерно-литиево-ионного аккумулятора такой же, как и у жидкого лития. Основное отличие состоит в том, что электролит отличается от жидкого лития. В основной состав батареи входят три элемента: положительный электрод, отрицательный электрод и электролит. Так называемая полимерная литий-ионная батарея означает, что по крайней мере одна или несколько из трех основных структур используют полимерный материал в качестве основной системы батареи. В разрабатываемой в настоящее время системе полимерных литий-ионных батарей полимерные материалы в основном используются для положительного электрода и электролита. Материал положительного электрода включает проводящий высокомолекулярный полимер или неорганическое соединение, используемое в обычной литий-ионной батарее, а в качестве электролита может использоваться твердый или коллоидный полимерный электролит или органический электролит. Как правило, в литий-ионной технике используется жидкость или коллоидный электролит, поэтому требуется, чтобы прочная вторичная упаковка содержала горючие активные ингредиенты, что увеличивает вес и ограничивает гибкость размеров.

Новое поколение полимерных литий-ионных аккумуляторов может иметь более тонкую форму (батарея ATL может иметь толщину до 0,5 мм по сравнению с толщиной карты), произвольно размещать и произвольную форму, что значительно улучшает конструкцию аккумулятора. Требования к батареям любой формы и емкости предоставляют разработчикам устройств некоторую гибкость конструкции и адаптируемость решений по питанию для достижения максимальной производительности. В то же время удельная энергия полимерно-литиево-ионного аккумулятора на 20% выше, чем у обычного литий-ионного аккумулятора, а его емкость и экологические характеристики лучше, чем у литий-ионного аккумулятора.

Преимущества и недостатки литиево-полимерной батареи:

Преимущества:

1. Рабочее напряжение отдельного элемента составляет 3,6 ~ 3,8 В, что намного выше, чем напряжение 1,2 В для Ni-MH и Ni-Cd аккумуляторов.

2. Плотность емкости велика, а плотность емкости в 1,5–2,5 раза или выше, чем у никель-водородной батареи или никель-кадмиевой батареи.

3. Саморазряд невелик, и потеря емкости после длительного размещения невелика.

4. Длительный срок службы, нормальное использование цикла жизни может достигать более 500 раз.

5. Нет эффекта памяти. Перед зарядкой необязательно выгружать оставшийся заряд, что удобно.

6. Хорошие показатели безопасности.

Полимерная литиевая батарея изготовлена из гибкой алюминиево-пластиковой упаковки, которая отличается от металлического корпуса жидкой батареи. Как только возникает угроза безопасности, жидкая батарея легко взрывается, а полимерная батарея может быть подвергнута только воздушной струе.

7. Малая толщина, можно сделать тоньше

Ультратонкий аккумулятор можно собрать в кредитную карту. Обычная жидкая литиевая батарея использует метод настройки внешнего корпуса и подключения положительных и отрицательных материалов. Толщина 3,6 мм или меньше. Есть техническое узкое место. Полимерный аккумуляторный сердечник не имеет этой проблемы. Толщина может быть менее 1 мм, что соответствует текущему спросу на мобильные телефоны.

8. Легкий вес.

Аккумулятор с полимерным электролитом не требует металлической оболочки в качестве внешней защитной упаковки. Вес полимерной батареи на 40% легче, чем у литиевой батареи со стальным корпусом той же емкости, что на 20% легче, чем у батареи с алюминиевым корпусом.

9. Большая емкость

Полимерная батарея имеет емкость на 10-15% выше, чем у батареи того же размера со стальным корпусом, что на 5-10% выше, чем у батареи с алюминиевым корпусом. Это лучший выбор для мобильных телефонов с цветным экраном и мобильных телефонов с функцией MMS. В настоящее время на рынке в основном используются новый цветной экран и мобильные телефоны с функцией MMS. Полимерные аккумуляторы.

10. Малое внутреннее сопротивление.

Внутреннее сопротивление полимерного сердечника батареи меньше, чем у обычной жидкостной батареи. В настоящее время внутреннее сопротивление сердечника отечественной полимерной батареи может быть даже менее 35 мОм, что значительно снижает собственное потребление батареи и продлевает время работы мобильного телефона в режиме ожидания. Уровень интеграции с интернационалом. Эта полимерная литиевая батарея, которая поддерживает большие токи разряда, является идеальным выбором для моделей с дистанционным управлением и является наиболее многообещающей альтернативой никель-металлогидридным батареям.

11. Форму можно настроить

Производители не ограничиваются стандартными формами и могут экономично подобрать нужный размер. Полимерные батареи могут увеличивать или уменьшать толщину батарей в соответствии с потребностями клиентов. Разрабатывайте новые модели аккумуляторов, которые дешевы, разомкнутый цикл короткий, а некоторые из них можно даже настроить в соответствии с формой мобильных телефонов, чтобы полностью использовать пространство в корпусе аккумулятора и модернизировать аккумуляторы. Вместимость.

12. Хорошие разрядные характеристики.

В полимерной батарее используется коллоидный электролит, который имеет плавную характеристику разряда и более высокую платформу разряда, чем жидкий электролит.

13. Защитная доска проста по конструкции.

Благодаря использованию полимерных материалов сердечник батареи не воспламеняется и не взрывается, а сам сердечник батареи достаточно безопасен. Следовательно, конструкция защитной схемы полимерной батареи может быть исключена путем исключения PTC и предохранителя, что позволяет сэкономить на стоимости батареи.

Недостатки:

1. Стоимость аккумулятора высока, а систему электролита трудно очистить.

2. Необходимо защитить управление линией. Избыточная зарядка или чрезмерная разрядка нарушают обратимость внутренних химических веществ батареи, тем самым серьезно снижая срок ее службы.

Во-вторых, обзор литий-железо-фосфатных батарей

Литий-железо-фосфатная батарея относится к литиево-ионной батарее, в которой в качестве материала положительного электрода используется фосфат лития-железа. Материалы положительного электрода литий-ионных батарей в основном включают кобальтат лития, манганат лития, никелат лития, тройные материалы, фосфат лития-железа и т.п. Среди них кобальтат лития является материалом положительного электрода, используемым в большинстве литий-ионных батарей.

Пространственная структура литий-железо-фосфатной батареи:

Для материала положительного электрода LiFePO4 источник сырья шире, срок службы дольше, индекс безопасности также высок, а загрязнение окружающей среды невелико. Он обладает очень хорошими комплексными характеристиками во многих материалах положительного электрода и использовался для подготовки положительного электрода литий-ионной батареи. Горячий материал, в разработке последних лет, катодный материал LiFePO4 достиг практического уровня, и даже начал формальное коммерческое применение, LiFePO4 представляет собой структуру оливина, пространственная структура показана на рисунке 1, его теоретическая удельная емкость составляет 170 мАч, когда литий-ионный аккумулятор заряжается, происходит реакция окисления, и слой литий-ионного FeO6 высвобождается, перетекает в электролит и, наконец, достигает отрицательного электрода. Во внешней цепи электрон одновременно достигает отрицательного электрода, и железо превращается из иона двухвалентного железа в ион трехвалентного железа. Происходит реакция окисления. Процесс разряда противоположен процессу зарядки, и происходит реакция восстановления.

Литий-железо-фосфатный аккумулятор работает:

Литий-железо-фосфатная батарея относится к литиево-ионной батарее, в которой в качестве материала положительного электрода используется фосфат лития-железа. Материалы положительного электрода литий-ионных батарей в основном включают кобальтат лития, манганат лития, никелат лития, тройные материалы, фосфат лития-железа и т.п. Среди них кобальтат лития является материалом положительного электрода, используемым в большинстве литий-ионных батарей.

Имея в виду

На рынке торговли металлами кобальт (Co) является самым дорогим, а объем хранения невелик. Никель (Ni) и марганец (Mn) относительно дешевы, а железо (Fe) хранится в больших количествах. Цена на катодный материал также соответствует цене на эти металлы. Следовательно, литий-ионная батарея, изготовленная из материала положительного электрода LiFePO4, должна быть относительно недорогой. Еще одна его особенность в том, что она экологически чистая и экологически чистая.

К аккумуляторным батареям предъявляются следующие требования: большая емкость, высокое выходное напряжение, хорошая производительность цикла зарядки и разрядки, стабильное выходное напряжение, сильноточный заряд и разряд, электрохимическая стабильность и безопасность во время использования (отсутствие перезаряда, переразряда и короткого замыкания), например неправильная эксплуатация, вызванная горением или взрывом), широкий диапазон рабочих температур, нетоксичный или менее токсичный, без загрязнения окружающей среды. Литий-железо-фосфатная батарея, использующая LiFePO4 в качестве положительного электрода, имеет хорошие эксплуатационные требования, особенно при разряде с большой скоростью разряда (разряд 5 ~ 10 ° C), стабильном напряжении разряда, безопасности (без возгорания, без взрыва) и сроке службы (количество циклов)). лучший для окружающей среды, это лучший аккумулятор с высокой выходной мощностью.

Устройство и принцип работы

LiFePO4 используется в качестве положительного электрода батареи. Он соединен с положительным электродом батареи алюминиевой фольгой. Середина - полимерный сепаратор. Он отделяет положительный электрод от отрицательного, но ион лития Li может пройти, а электрон e- не может пройти. Правая часть состоит из углерода (графита). Отрицательный электрод батареи соединен медной фольгой с отрицательным электродом батареи. Между верхним и нижним концами батареи находится электролит батареи, и батарея герметично закрыта металлическим кожухом.

Когда батарея LiFePO4 заряжена, ион лития Li в положительном электроде мигрирует к отрицательному электроду через полимерный сепаратор; во время разряда ион лития Li в отрицательном электроде мигрирует к положительному электроду через сепаратор. Литий-ионные батареи названы в честь ионов лития, которые перемещаются вперед и назад во время зарядки и разрядки.

LiFePO4 внутренняя структура

Основное исполнение

Номинальное напряжение аккумулятора LiFePO4 составляет 3,2 В, напряжение завершения зарядки составляет 3,6 В, а напряжение прекращения разряда составляет 2,0 В. Из-за качества и технологии изготовления положительных и отрицательных материалов, а также материалов электролитов, используемых различными производителями, будут некоторые различия в их характеристиках. Например, одна и та же модель (стандартная батарея в той же упаковке) имеет большую разницу в емкости батареи (от 10% до 20%).

Здесь следует отметить, что литий-железо-фосфатные силовые батареи, производимые разными заводами, имеют некоторые различия в различных эксплуатационных параметрах; кроме того, не учитываются некоторые характеристики батареи, такие как внутреннее сопротивление батареи, скорость саморазряда, температура заряда и разряда и т.п.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи имеют большие различия в емкости и могут быть разделены на три категории: малые фракции до нескольких миллиампер, средние десятки миллиампер-часов и большие сотни миллиампер-часов. Есть некоторые различия в одних и тех же параметрах для разных типов батарей.

Проверка на перегрузку до нулевого напряжения:

Литий-железо-фосфатный аккумулятор STL18650 (1100 мАч) использовался для испытания на перегрузку до нулевого напряжения. Условия испытаний: Аккумулятор STL 18650 емкостью 1100 мАч заряжался со скоростью 0,5 C, а затем разряжался со скоростью разряда 1,0 C до тех пор, пока напряжение батареи не достигло 0 C. Батареи, помещенные в 0 В, делятся на две группы: одна группа хранится 7 дней, а другая группа хранится 30 дней; по истечении срока хранения он заполняется со скоростью 0,5 C, а затем разряжается с 1,0 C. Наконец, сравните различия между двумя периодами хранения при нулевом напряжении.

Результат теста - батарея не имеет утечки после 7 дней хранения при нулевом напряжении, и производительность хорошая, емкость 100%; после 30 дней хранения протечек нет, производительность хорошая, емкость 98%; после 30 дней хранения аккумулятор дополнительно заряжается и разряжается 3 раза. Емкость восстановлена до 100%.

Этот тест показывает, что даже если литий-железо-фосфатная батарея чрезмерно разряжена (даже до 0 В) и хранится в течение определенного периода времени, батарея не протечет и не будет повреждена. Это характеристика, которой нет у других типов литий-ионных аккумуляторов.

В-третьих, полимерная литиевая батарея и литий-железо-фосфатная батарея

Литий-полимерные батареи (литий-полимерные) производятся путем замены обычного жидкого органического электролита полимерным электролитом на основе литий-ионного аккумулятора. Полимерный электролит можно использовать в качестве среды для проведения ионов, а также в качестве сепаратора, а его реакционная способность по отношению к металлическому литию чрезвычайно мала, что позволяет эффективно избежать явления, при котором ионно-литиевый аккумулятор легко сгорает и легко протекает. И поскольку литий-ионно-полимерный аккумулятор адсорбирует жидкий органический электролит на полимерной матрице, он называется коллоидным электролитом, а электролит не является ни свободным электролитом, ни твердым электролитом, так что литий-полимерный аккумулятор не только обладает отличными характеристиками. Жидкий литий-ионный аккумулятор также может иметь любую форму и размер, а ультратонкий продукт делает его пригодным для широкого спектра применений и хороших перспектив развития. Кроме того, безопасность лучше, чем у литий-ионного аккумулятора. Если его нагреть во время использования, он будет только разбухать или гореть, не взрываясь.

Литий-железо-фосфатная батарея относится к литиево-ионной батарее, в которой в качестве материала положительного электрода используется фосфат лития-железа. Свинцово-кислотная батарея с длительным сроком службы имеет срок службы около 300 раз, а самый высокий - в 500 раз по сравнению с литиево-железо-фосфатной батареей, в то время как литий-железо-фосфатная батарея имеет срок службы более 2000 раз. Стандартный тариф (5-часовой тариф) можно использовать до 2000 раз. Свинцово-кислотная батарея такого же качества - это «новые полгода, старые полгода, техническое обслуживание и обслуживание в течение полугода», до 1 ~ 1,5 лет, и литий-железо-фосфатные батареи будут использоваться в тех же условиях, они достигнут 7 ~ 8 лет. При всестороннем рассмотрении соотношение производительности и цены будет более чем в 4 раза выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов.

Кроме того, полимерная литиевая батарея (3,7 В) имеет меньший вес и имеет более высокое напряжение, чем литий-фосфат железа (3,2 В). Коэффициент термостойкости ниже, чем у фосфата лития-железа.

Страница содержит содержимое машинного перевода.