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Structure de l'ion lithium :
1、 électrode positive
2、électrode négative
3、Electrolyte
4、separator
5、positive lead
6、negative lead
7、Centre de la borne, matériau d'isolation isolant
8、Évent de sécurité
9、Joint d'étanchéité
10, Borne de contrôle de la température positive CTP
11、Batterie, plaque de recouvrement, semelle
Classification des piles au lithium :
A, selon les différents matériaux de cathode, les batteries sont divisées en : lithium fer, lithium cobalt, lithium manganèse.
Comparaison des batteries lithium-fer, lithium-manganèse, lithium-cobalt et plomb-acide
Batteries lithium-fer : 1 :
1. avantages :
A, longue durée de vie, la durée de vie des batteries au plomb-acide est d'environ 300 fois, tandis que la durée de vie des batteries au phosphate de fer-lithium est de plus de 1000 fois.
Deuxièmement, l'utilisation de la sécurité, le phosphate de fer-lithium résout complètement le problème des risques de sécurité de l'acide cobalt-lithium et de l'acide manganèse-lithium, l'acide cobalt-lithium et l'acide manganèse-lithium dans une forte collision produira une explosion sur la sécurité de la vie des consommateurs, tandis que le phosphate de fer-lithium à passer par des tests de sécurité rigoureux, même dans les pires accidents de la circulation ne produira pas d'explosion.
Troisièmement, la batterie peut être chargée et déchargée rapidement avec un courant élevé de 2C. Avec un chargeur spécial, une charge de 1,5C en 40 minutes peut rendre la batterie pleine, avec un courant de démarrage allant jusqu'à 2C, alors que les batteries au plomb-acide n'ont pas de telles performances aujourd'hui.
Quatrièmement, résistance aux températures élevées, le phosphate de fer lithié atteint un pic de chaleur électrique de 350 ℃ -500 ℃, tandis que le manganate de lithium et l'acide de cobalt lithié n'atteignent qu'environ 200 ℃.
Cinquièmement, le courant de décharge peut être élevé (5-10C).
Sixièmement, pas d'effet mémoire. Septièmement, protection de l'environnement.
2) Inconvénients :
Premièrement, la densité de vibration du matériau de cathode de phosphate de fer lithié est faible, le volume des piles au phosphate de fer lithié de capacité égale est plus important que celui des piles au manganèse lithié, au cobaltate lithié et à d'autres lithium-ions électriques.
Deuxièmement, la conductivité électrique est faible, la vitesse de diffusion des ions lithium est lente. Lorsque le taux de charge et de décharge est élevé, la capacité spécifique réelle est faible, ce problème est un point difficile pour limiter le développement de l'industrie du phosphate de fer lithié.
Troisièmement, les performances des batteries au phosphate de fer lithié à basse température sont médiocres. En raison des caractéristiques inhérentes aux matériaux à base de phosphate de fer lithié, les performances à basse température sont inférieures à celles d'autres matériaux d'anode tels que le manganate de lithium. En général, pour une cellule unique (notez qu'il s'agit d'une cellule unique plutôt que d'un ensemble de batteries, pour l'ensemble de batteries, la performance à basse température mesurée peut être légèrement supérieure, ce qui est lié aux conditions de dissipation de la chaleur), son taux de rétention de la capacité à 0 ℃ d'environ 70 à 80 %, -10 ℃ pour 50 à 65 %, -20 ℃ pour 40 à 60 %. Ces performances à basse température ne répondent évidemment pas aux exigences de l'alimentation électrique.
Quatrièmement : les piles au phosphate de fer lithié présentent des problèmes de cohérence. La durée de vie d'une batterie lithium-phosphate de fer est actuellement supérieure à 2000 fois, mais la durée de vie du bloc-batterie sera considérablement réduite, peut-être 500 fois. En effet, le bloc-batterie est composé d'un grand nombre de cellules individuelles en série et en entrée. Pour diverses raisons, la production de la consistance de la batterie est médiocre, ce qui affecte les performances et la durée de vie globale de la batterie.
3, le prix : les coûts de fabrication des batteries au phosphate de fer-lithium sont élevés. Le phosphate de fer lithié présente les avantages de la sécurité, de la protection de l'environnement, des temps de cycle élevés, mais les coûts de fabrication actuels sont relativement élevés. Les batteries au cobalt lithié et à l'acide manganèse lithié sont principalement dues à des raisons techniques et de processus, ce qui fait que la capacité et le rendement du matériau ne sont pas élevés.
Batteries lithium-manganèse : 1 :
1) Prix : le matériau de la cathode est moins cher, mais les batteries lithium-manganèse sont les moins chères dans l'utilisation réelle.
2. avantages :
I. Le manganate de lithium est la clé du matériau d'électrode de la batterie lithium-ion, et le manganate de lithium est l'un des matériaux de cathode lithium-ion les plus prometteurs.
II. Les performances du matériau ont été considérablement améliorées, avec une sécurité élevée et un faible prix, de sorte qu'il a de vastes perspectives d'application dans le domaine des batteries d'énergie. Les recherches menées ces dernières années ont permis d'améliorer dans une certaine mesure les performances du cycle du manganate de lithium modifié et d'augmenter dans une certaine mesure la capacité spécifique. Les performances à haute température ont été bien résolues et le rythme de l'industrialisation s'est accéléré.
III. Dans le domaine des piles électriques, le manganate de lithium modifié présente une plus grande sécurité, un prix plus bas et une meilleure densité que le fer lithié, ce qui en fait le matériau le plus prometteur pour les piles électriques. Il pourrait devenir le principal substitut des batteries plomb-acide dans les cinq prochaines années, en devenant la principale source d'alimentation de démarrage, d'alimentation UPS et d'alimentation de secours, ainsi que le patron des batteries secondaires.
IV. Dans le domaine des batteries au lithium pour véhicules électriques, les batteries au lithium-phosphate de fer et au lithium-cobalt présentent un grand avantage en termes de coût et de performance, et sont les plus utilisées pour les véhicules électriques au lithium.
3) Inconvénients : capacité spécifique relativement faible, faible cycle à haute température. La sécurité par rapport au phosphate de fer lithié est médiocre.
Batteries au lithium-cobalt :
1) Prix : le prix du matériau de la cathode est moins élevé, mais les batteries au lithium-cobalt sont plus chères que les batteries au lithium-manganèse en utilisation réelle.
2) Avantages : il s'agit de la première génération de matériau de cathode de batterie lithium-ion commercialisée, et elle présente de nombreux avantages irremplaçables : bonne performance de traitement du matériau, densité élevée, capacité spécifique relativement élevée, structure stable du matériau, bonne performance de cyclage, plate-forme de tension élevée et stable du matériau, il s'agit du matériau de cathode le plus mature et le seul commercialisé, dans un court laps de temps, en particulier dans le domaine des batteries de communication, il y a des avantages irremplaçables pour les batteries lithium-ion. Avantages
3. inconvénients : son coût élevé, la rareté de ses ressources, son manque de sécurité et d'autres défauts font qu'elle sera inévitablement remplacée dans les 5 à 10 prochaines années. Aujourd'hui, il existe deux voies pour remplacer les matériaux à base de cobaltate de lithium : dans le domaine des batteries d'énergie, le manganate de lithium et l'acide phosphorique de lithium sont les matériaux les plus prometteurs ; dans le domaine des batteries de communication, les matériaux cathodiques les plus prometteurs pour remplacer le cobalt de lithium sont le nickel-cobalt et les matériaux ternaires lithium-nickel-cobalt-manganèse.
Batteries plomb-acide :
1) Prix : prix bas : le prix des batteries au plomb est de 1/4~1/6 du prix des autres types de batteries au lithium.
2) Avantages : courant de décharge élevé, bonne réversibilité de la charge et de la décharge, large plage de température, matières premières abondantes et bon marché, etc.
3) Inconvénients : a. Les batteries plomb-acide contiennent une grande quantité de plomb, ce qui entraînera une pollution secondaire de l'environnement si elles sont éliminées de manière inappropriée.
b. Faible densité énergétique (volume important et poids élevé).
En théorie, les performances de plusieurs matériaux produits par la batterie sont comparées comme suit
Composition de la batterie LiFePO4 LiCo Batterie LiCo Batterie LiMn Batterie LiCoNi
C-LiFePO4 LiCoO2 LiMn2O4 Li(NiCo)O2
Exigences en matière de sécurité et d'environnement Meilleure sécurité et plus respectueuse de l'environnement Très mauvaise stabilité, très dangereuse Passablement acceptable Très mauvaise stabilité, très dangereuse
Temps de cycle Optimal Juste Inacceptable Juste Acceptable
Densité énergétique Acceptable Bonne Acceptable Optimale
Coût d'utilisation à long terme Le plus économique Élevé Acceptable Élevé
Tolérance à la température Très bonne (-40°C à 70°C) Baisse au-dessus de 55°C ou en dessous de -20°C Baisse rapide au-dessus de 50°C Baisse au-dessus de 55°C ou en dessous de -20°C
Bien qu'il existe théoriquement de nombreux types de matériaux de cathode pouvant être utilisés pour les batteries Li-ion, le matériau de cathode le plus largement utilisé dans les batteries Li-ion produites commercialement est encore le LiCoO2. Le remplacement partiel du Ni par le Ni est encore assez éloigné. Toutefois, le remplacement partiel du Ni par le Co pour obtenir le LiNi1-xCoxO2 avec une plus grande sécurité peut être une direction de développement importante à l'avenir. LiMn2O4 avec une structure spinelle et LiMnO2 avec une structure en couches sont considérés comme l'un des candidats cathodiques les plus compétitifs en raison de l'abondance des ressources en matières premières, de l'avantage évident en termes de prix et des performances élevées en matière de sécurité. Cependant, le problème de l'instabilité structurelle pendant la charge et la décharge sera un sujet de recherche important à l'avenir. La capacité de décharge réelle du LiFePO4 à structure olivine a atteint environ 95 % de la capacité théorique et présente les avantages d'être bon marché, très sûr, d'avoir une structure stable, de ne pas polluer l'environnement, etc.
Deuxièmement, en fonction du matériau d'électrolyte, on distingue : les batteries au lithium liquide LIB, les batteries au lithium-ion à l'état solide PLIB, qui appartiennent aux batteries au lithium-ion à l'état solide.
Comparaison des batteries lithium-ion :
Électrolyte Boîtier/emballage Membrane Collecteur
Batterie au lithium-ion liquide LIB Liquid Acier inoxydable, aluminium 25μPE Feuille de cuivre et d'aluminium
Batterie lithium-ion polymère PLIB Polymère colloïdal Film composite aluminium/PP Pas de diaphragme ou de μPE individuel cuivre et feuille d'aluminium.
Comme la batterie lithium-ion polymère utilise un électrolyte colloïdal qui ne fuit pas comme un électrolyte liquide, l'assemblage est facile, ce qui rend l'ensemble de la batterie léger et mince. Il est également possible d'utiliser un film composite aluminium-plastique pour fabriquer l'enveloppe de la batterie, ce qui augmente la capacité spécifique de l'ensemble de la batterie. Les batteries lithium-ion polymères peuvent également utiliser des polymères comme matériau d'électrode positive, et leur rapport masse/énergie augmentera de plus de 50 % par rapport aux batteries lithium-ion liquides actuelles. En outre, les batteries lithium-ion polymères ont une tension de fonctionnement et une durée de vie de cycle de charge/décharge améliorées par rapport aux batteries lithium-ion liquides. Compte tenu des avantages susmentionnés, les batteries lithium-ion-polymère sont considérées comme la prochaine génération de batteries lithium-ion.
Troisièmement, à partir de la forme de la classification générale cylindrique et carrée, le polymère lithium-ion peut également prendre n'importe quelle forme.