Полное введение в твердотельные-, жидкостные- и полу-твердотельные- литиевые батареи

Жидкостная литиевая батарея

Четыре основных компонента: положительный электрод, отрицательный электрод, пористая мембрана и жидкий электролит.

Электролит: легковоспламеняющийся раствор органической соли лития, в который ионы лития полностью погружены и проводят через электролит; Сепаратор: пластиковая пленка, разделяющая положительные и отрицательные электроды для предотвращения коротких замыканий; Содержание электролита > 20%; Все литий-железо-фосфатные, тройные, пластинчатые и картриджные батареи, представленные на рынке, представляют собой жидкие литиевые батареи.

Принцип работы

Зарядка: ионы лития высвобождаются из положительного электрода, проходят через мембрану в жидком электролите и внедряются в отрицательный электрод;

Разрядка: ионы лития возвращаются к положительному электроду в обратном направлении, а электроны образуют ток во внешней цепи.

Преимущества

1. Технология полностью отработана, производственная цепочка завершена, а себестоимость массового производства самая низкая;

2. Сопротивление ионной проводимости низкое, а быстрая зарядка и низкотемпературные характеристики стабильны;

3. Срок службы стабильный (1000–2000 раз), а урожайность высокая.

Недостаток

1. Электролит легко воспламеняется и склонен к утечке, тепловому выходу из строя и возгоранию из-за прокола, сжатия или высоких температур;

2. Потолок плотности энергии составляет примерно 250–300 Втч/кг, что ограничивает потенциал увеличения дальности действия;

3. Дендриты лития могут легко пробить сепаратор, создавая риск внутреннего короткого замыкания;

4. Активность электролита снижается при низких температурах, что приводит к значительному сокращению запаса хода зимой.

Занимая более 95% доли рынка электромобилей, накопителей энергии и аккумуляторов для мобильных телефонов, он станет абсолютной опорой в 2026 году.

Полу-твердотельные батареи

Содержание жидкого электролита значительно сокращается до 5–10%, а оставшееся пространство заполняется твердым каркасом из керамики/полимерного электролита; сепаратор сохранен, что делает его усовершенствованной версией жидкостного аккумулятора.

Преимущества

1. Значительно уменьшено содержание жидкости, что делает его менее склонным к взрыву и возгоранию в результате прокола, сжатия и возгорания, что значительно повышает безопасность;

2. Плотность энергии 350–400 Втч/кг, на 30–50 % выше, чем в обычной жидкой форме, легко достигается дальность действия более 1000 км;

3. Совместим с кремниевыми-углеродными анодами большой-емкости, подавляющими проникновение дендритов лития;

Недостаток

1. Остаётся небольшое количество жидкого электролита, что не позволяет полностью исключить риск возгорания;

2. Стоимость в 1,5–2 раза выше, чем у обычных жидкостных аккумуляторов;

3. На границе раздела твердое--жидкость существует сопротивление, что приводит к снижению производительности при очень быстрой зарядке и при сверх{2}}низких температурах по сравнению со всеми-твердотельными-батареями.

Все-твердотельные-литиевые батареи

Он использует только один твердый электролит (оксид/сульфид/полимер) для одновременного выполнения двойной функции ионной проводимости и изоляции положительных и отрицательных электродов и не содержит легковоспламеняющихся органических растворителей.

Три электролита

Сульфиды: их ионная проводимость близка к ионной проводимости жидких электролитов, что делает их пригодными для быстрой зарядки транспортных средств; Ведущие компании уделяют особое внимание этой области.
Оксиды (керамика): Они обеспечивают высокую стабильность и безопасность, но хрупкие и имеют плохой межфазный контакт.
Полимеры: они обладают хорошей гибкостью, что делает их пригодными для изготовления гибких батарей; они требуют работы при высоких-температурах и в основном используются для хранения энергии.

Преимущества

1. Максимальная безопасность: отсутствие легковоспламеняющихся жидкостей, отсутствие утечек, отсутствие термического разгона и возгорание при ударе или проколе;

2. Теоретически плотность энергии может достигать 500–700 Втч/кг при использовании литий-металлических анодов, что эффективно удваивает срок службы батареи;

3. Более длительный срок службы, меньшая деградация при низких-температурах и поддержка сверхбыстрой зарядки за 10-минут;

4. Меньший размер ячейки, значительные преимущества в легком весе, подходит для авиации и электромобилей высокого класса-.

Недостаток

1. Плохая адгезия между твердыми частицами приводит к медленной проводимости ионов лития;

2. Новый процесс. Требуются ультра-сухие цеха без пыли,-изостатическое прессование и сухие электроды, что делает почти все существующие производственные линии устаревшими и требует огромных инвестиций;

3. Сульфиды при контакте с водой выделяют токсичные газы, что требует чрезвычайно строгих производственных экологических требований;

4. В настоящее время чрезвычайно высокая стоимость, которая вряд ли будет доступна широкой публике в краткосрочной перспективе.