forskjellen mellom litium ion og litium polymer batterier

et litium-ion polymer (LiPo) batteri (Også kjent Som Li-poly, litium-poly, PLiON, og andre navn) er et oppladbart Li-ion batteri med en polymer elektrolytt i flytende elektrolytt som brukes i konvensjonelle Li-ion batterier. Det finnes En rekke LiPo kjemikalier tilgjengelig. Alle bruker en høy ledningsevne gelpolymer som elektrolytt. LiPos gir høyere spesifikke energier enn andre litiumbatterier, ofte brukt i systemer hvor vekt er en viktig faktor, for eksempel mobile enheter, droner og noen elektriske kjøretøyer. DENNE FAQ begynner med en høyt nivå sammenligning Av Li-ion og LiPo batterier, etterfulgt av en detaljert titt på de seks grunnleggende litiumbatteri kjemi mest egnet for Bruk I LiPo batterier. Den lukkes med et blikk inn i fremtiden og mulig utvikling av aluminium-luftpolymerbatterier og solid state-batterier.

alle litiumbatterier inkluderer en barriere for å skille anoden og katoden samtidig som det muliggjør bevegelse av ioner mellom elektrodene. I En LiPo inneholder polymerseparatoren også elektrolytten. I tillegg kan polymerseparatorer gi en ekstra funksjon som fungerer som “shutdown separators” som kan slå av batteriet hvis det blir for varmt under lading eller utlading. Avstengningsseparatorer er flerlags strukturer med minst ett polyetylenlag som kan stoppe strømmen når temperaturen stiger for høyt og minst ett polypropylenlag som fungerer som en form for mekanisk støtte for separatoren.

interkalering og dekalering av litiumioner fra en positiv elektrode og en negativ elektrode. Bortsett fra polymerseparatoren opererer LiPos på samme prinsipp som Li-ioner. Imidlertid er de pakket på ganske forskjellige måter.

Li-ioner leveres vanligvis i rustfritt stål eller aluminium. Saken er oftest sylindrisk, men kan være knappformet eller rektangulært (prismatisk). Saken er relativt kostbart å produsere og har en tendens til å begrense størrelser og former som er tilgjengelige. Men det er også robust, bidrar til å beskytte batteriet mot skade. Saken er forseglet ved hjelp av en lasersveiseprosess.

litiumionbatteri konstruksjon er relativt komplisert med et stort antall komponenter. (Bilde: TechSci Forskning)

LiPos er pakket i en aluminiumsfolie “pose” og kalles myke eller pose celler. Posen er for det meste prismatisk og lettere å fremstille, og lavere i pris enn rustfritt stål eller aluminium tilfeller Av Li-ioner. Denne typen konstruksjon muliggjør også produksjon av batterier med en rekke tilpassede konfigurasjoner. De andre Komponentene I LiPos inkluderer wafertynne lag (< 100 µ) som kan masseproduseres til en relativt lav kostnad. Å erstatte folieposen med metallet kan resultere i høy energitetthet og lette batterier. Både store formater og høyder på mindre enn 1 mm kan oppnås, men cellene krever forsiktig mekanisk håndtering.

Litium polymer batteri pose konstruksjon. (Bilde: Jauch)

Bruken Av LiPos er underlagt mange av De samme utfordringene som brukere Av Li-ion må kjempe med, inkludert overladning, overladning, overtemperaturoperasjon og interne shorts. I tillegg kan knusing eller spikerinntrenging av LiPo-posene føre til katastrofale feil som spenner fra posebrudd til elektrolyttlekkasjer og branner.

Som Li-ioner Kan LiPos ekspandere ved høye nivåer av overladning på grunn av fordampning av elektrolytten. Fordampning av elektrolytten kan forårsake delaminering, forårsaker dårlige kontakter mellom de indre lagene i cellen, noe som reduserer pålitelighet og syklusliv. Denne utvidelsen kan være spesielt merkbar For LiPos, som bokstavelig talt kan oppblåses. Det kan også forårsake strukturelle skader på vertssystemet.

tabellen nedenfor sammenligner spenninger og typiske anvendelser av de seks grunnleggende litiumbatteri kjemi. Andre egenskaper ved disse batteriene inkluderer:

• LCO – 200WH/kg, leverer høy effekt, men med bytte av relativt korte liv, lave effektverdier og lav termisk stabilitet.
• LFP – 120WH / kg, har lang levetid og stabilitet ved høye driftstemperaturer.
• lmo-140wh/kg, katoder er basert på manganoksydkomponenter som er rikelig, billig, giftfri og gir god termisk stabilitet.
• KYSTVERKET-250Wh/kg, tilbyr høy spesifikk energi og lang levetid.
• NMC – 200WH / kg, varierende proporsjoner av de kjemiske bestanddelene tillater utvikling av batterier optimalisert som strøm-eller energiceller. På grunn av sin fleksibilitet er det et av de mest vellykkede litiumbatteri kjemiske systemene.
• LTO-80wh / kg, laveste spesifikke energi, men kan hurtiglades, utlades med opptil 10 ganger nominell kapasitet og er trygt.

Sammenligning av litiumbatteri spenninger og applikasjoner. (Bilde: TechSci Research)

MERK at NMC -, LCO-og NCA-batteriene inneholder Kobolt som bidrar til å gi høyere strømegenskaper. De kan gi store mengder strøm i en liten pakke, men kan være mer utsatt for termiske hendelser som kan forårsake sikkerhetsproblemer.

neste figur inkluderer spider-diagrammer som sammenligner de grunnleggende Typene Li-batterier basert på deres egnethet til bruk i elbiler (Elbiler). I disse spider diagrammer, batterier som er bedre egnet For Ev har et større farget område. Faktorene som vurderes er spesifikk energi, spesifikk kraft, sikkerhet, ytelse, levetid og kostnad. Spesifikk energi i Wh/kg er knyttet TIL ev-området. Spesifikk effekt I W / kg gjelder ev akselerasjon. Spesielt Når det Gjelder Elbiler, er sikkerhet et kritisk hensyn. Ytelsesparameteren gjenspeiler batteriets evne til å brukes under ekstreme temperaturforhold, også et viktig hensyn i bilindustrien. Levetid er en kombinasjon av syklusliv og lang levetid. Cost forsøker å fange opp alle relaterte kostnader, inkludert tilleggssystemer for termisk styring, sikkerhet, batteristyring og overvåking, og behovet for en utvidet garantiperiode i Elbiler.

Ytelsessammenligning For Ulike Li-ion-kjemikalier som måler egnethet for bruk i elbiler. (Bilde: MDPI)

LiPo kjemikalier

en polymerelektrolytt resulterer i flere ytelsesforbedringer, inkludert høy energitetthet og lette batterier. Avhengig av strukturen av polymerlagene, kan det også forbedre batterisikkerheten. Sammenlignet med konvensjonelle Li-ion-batterier, Kan LiPo-batterier fremstilles med et bredere spekter av spesifikke energitettheter (Wh/kg) og spesifikke effekttettheter (W/kg), noe Som gjør LiPo-batterier mer fleksible på tvers av et bredere spekter av potensielle applikasjoner. Som et resultat Brukes LiPo-teknologi over alle de viktigste litiumbatteri-kjemikaliene:

• Litium kobolt oksid batteri (LCO)
• Litium-ion trefotbatteri (NCA, NMC)
• Litium-ion mangan oksid batteri (LMO)
• Litium jern fosfat batteri (LFP)

Ragone plot sammenligne Li-ion, LiPo( PLiON), og andre oppladbare batterier. (Bilde: MDPI)

Aluminium-luft og solid polymer batterier

Aluminium-luft polymer batterier er under aktiv utvikling. Disse høy energi tetthet design har en polymer separator direkte kontaktet med litium anoden å skille den fra katoden. Som i andre polymerbatterier forhindrer separatoren batteriet i kortslutning og absorberer flytende elektrolytt for å støtte iontransport og fullføre den elektriske kretsen.

Dessverre kan litiumanoden danne dendriter under batterisykling. Disse dendrittene kan trenge inn i polymerseparatoren og forkorte batteriet. Modifiserte separatorer er under utvikling som inkluderer grafenoksydlag. Grafenoksydet beskytter anoden mot forurensninger og forhindrer kjemiske svingninger på overflaten av litiumanoden. Grafenoksidet fungerer sammen med polymerlaget for å stoppe direkte kontakt mellom elektrolytten og litiumanoden uten å redusere ioneledningsevnen betydelig. Denne kombinerte strukturen bremser elektrolyttkorrosjon på anoden. Det er håpet at i fremtiden vil bruken av to typer lag for å stabilisere litiumanoden resultere i svært høye energidensitetsbatterier med rimelige syklusliv.

Celler med virkelig faste polymerelektrolytter (SPE) i stedet for dagens gelerte membraner er også under utvikling. Dagens LiPo-celler betraktes som et hybridsystem mellom et konvensjonelt Li-ion og et helt solid-state Li-ion-batteri. Gelerte membraner er hybridsystemer der væskefasene er inneholdt i polymermatrisen. Selv om de kan føles tørre å ta på, kan de inneholde opptil 50% flytende løsemidler. Dagens systemer kalles også hybrid polymer electrolyte (HPE) systemer som kombinerer polymer materiale, flytende løsemiddel, og salt. SPEs er under utvikling som er helt løsemiddelfrie systemer i et polymermedium.

den nye solid state-strukturen kan også bruke lavkost og høyspesifikke energikonverteringstypekatoder som ikke er kompatible med væskebaserte batterikjemikalier som litium-ion. Et eksempel er en proprietær sulfid solid elektrolytt som støtter høyt innhold silisium og litiummetall i anoden parret med industristandard og kommersielt modne katoder, inkludert litiumnikkel mangan koboltoksider (NMC). De nye katodene kan kombineres med litiummetall for å fjerne kobolt og nikkel og kan redusere katodens aktive materialkostnader med 90%.

et solid state batteri utvikling veikart fjerner kobolt og nikkel fra katoden (helt til høyre). (Bilde: Solid Power)

Solid-state celler har blitt produsert, og leverer 2Ah ved hjelp av industristandard litium-ion utstyr og prosesser. Kommersiell produksjon av en 20ah høyinnhold silisiumanodecelle forventes innen utgangen av 2021, med 100ah forventet å følge i 2022.

Sammendrag

LiPos tilbyr flere ytelsesforbedringer sammenlignet med Li-ioner, inkludert høyere energitetthet og lettere batterier. I tillegg Kan LiPos produseres i et bredere utvalg av former og størrelser. Imidlertid bruker Dagens LiPos gelerte membraner, ikke fullt faste polymerelektrolytter (SPEs). SPEs er under utvikling og kan utvide ytelsesfordelene Til LiPos i visse applikasjoner. Aluminium-luftpolymerbatterier gir potensialet for svært høye energitettheter (noe som resulterer i lengre rekkevidde for Elbiler) og god syklusliv. Helt solid-state storformat litiumbatterier er i horisonten for senere i 2021.

Nåværende Li-Ion Batteriteknologi I Elektriske Kjøretøy og Muligheter For Fremskritt, MDPI
Ulike typer Litiumpolymerbatterier, Grepow
Introduksjon Til Litiumpolymerbatteriteknologi, Jauch
Litiumpolymerbatteri, Wikipedia
Produksjon Litiumionbatterier, TechSci Research
Typer Litiumion, Battery University