تصنيف بطاريات الليثيوم الثلاثية

نظرة عامة على بطارية الليثيوم الثلاثية

هناك العديد من أنواع مواد الكاثود لـ بطاريات ليثيوم أيونوفقًا لمواد الكاثود المختلفة، يمكن تقسيمها إلى أكسيد الكوبالت الليثيوم، ومنجنات الليثيوم، والمواد الثلاثية، وفوسفات الحديد الليثيوم، وتيتانات الليثيوم. بطارية الليثيوم الثلاثية يشير إلى بطارية الليثيوم التي تستخدم ثلاثة أكاسيد معدنية انتقالية من النيكل والكوبالت والمنجنيز كمواد قطبية موجبة. نظرًا لأنه يجمع بين مزايا أكسيد الكوبالت الليثيوم وأكسيد النيكل الليثيوم ومنجنات الليثيوم، فإن أدائها أفضل من أي مادة كاثود مكونة من مكون واحد أعلاه. يُظهر التحليل التجريبي أن العناصر الثلاثة ذات التكافؤات المختلفة تشكل بنية شبكية فائقة، وهناك تأثير تآزري واضح بين المكونات الثلاثة، مما يجعل المادة أكثر استقرارًا، ومنصة التفريغ تصل إلى 3.6 فولت، لذلك تعتبر الأكثر وعدًا. واحدة من مواد القطب الموجب. البطاريات الثلاثية تتمتع بخصائص كهروكيميائية ممتازة مثل كثافة الطاقة العالية والسلامة والاستقرار الجيدين ودعم التفريغ عالي المعدل وما إلى ذلك، فضلاً عن ميزة التكلفة المعتدلة. وقد تم استخدامها على نطاق واسع، وأظهرت إمكانات تطوير قوية في مجال الطاقة بطاريات الليثيوم مثل الروبوتات الذكية، ومركبات الخدمات اللوجستية الموجهة آليًا، والطائرات بدون طيار، ومركبات الطاقة الجديدة.

في الوقت الحاضر، يركز البحث في المواد الثلاثية بشكل أساسي على تحضير المواد الأولية، وتركيب المواد، والعلاقة بين الأداء الكهروكيميائي والبنية. توجد معظم عناصر المعادن الانتقالية Ni وCo وMn في هذه المادة في حالات التكافؤ +2 و+3 و+4 على التوالي. أثناء عملية الشحن والتفريغ، يتفاعل Ni2+/Ni4+ وCo3+/Co4+ فقط، ولا يتفاعل Mn بشكل أساسي. تلعب المشاركة في التفاعلات الكهروكيميائية دورًا في تثبيت بنية المادة فقط. فيما يتعلق بطريقة التحضير، تشمل الطرق التركيبية المستخدمة بشكل شائع في الصناعة: طريقة الطور الصلب عالي الحرارة، وطريقة الترسيب المشترك، وطريقة السول-جيل، وطريقة التركيب الحراري المائي، وطريقة الاحتراق وما شابه ذلك. المواد الثلاثية هي بطارية الليثيوم مادة الكاثود ذات الأداء الشامل الممتاز. من خلال تغيير النسبة المولية للمواد الثلاثة ضمن نطاق معين، وإضافة المواد المضافة المقابلة (المادة الرابطة، المادة الموصلة، جامع التيار، إلخ)، يمكن الحصول عليها في نطاق معين. من ناحية، تتمتع بخصائص أداء متميزة، مثل الطاقة بطارية ليثيوم ثلاثيةبطارية ليثيوم ثلاثية السعة، درجة حرارة منخفضة للغاية بطارية ليثيوم ثلاثية وهكذا دواليك.

بطارية ليثيوم بوليمر ثلاثية

بطارية ليثيوم بوليمر ثلاثية يشير إلى بطارية ليثيوم ذات مادة قطب موجب ثلاثي باستخدام منجنات الليثيوم والكوبالت والنيكل (Li(NiCoMn)O2) وإلكتروليت هلامي بوليمر. كوسيط نقل لحركة الأيونات، يتكون الإلكتروليت عمومًا من مذيب و الليثيوم الملح. إلكتروليت الليثيوم الثانوي بطارية يتضمن بشكل أساسي إلكتروليت سائل، إلكتروليت سائل أيوني، إلكتروليت بوليمر صلب، إلكتروليت بوليمر هلامي. بوليمر تتكون الإلكتروليتات من البوليمرات والمذيبات العضوية وأملاح الليثيوم، ويتم تحضيرها عن طريق خلط الإلكتروليتات العضوية ومصفوفات البوليمر الصلبة. ولأنها توجد في شكل هلام، فإنها تتمتع بمزايا كل من الإلكتروليت الصلب والإلكتروليت السائل. ولأن الإلكتروليت محصور في سلسلة البوليمر، فإنه يتمتع أيضًا بموصلية أيونية عالية (تصل إلى 10%) في نطاق واسع من درجات الحرارة. -3S/cm). وأكبر ميزة لها هي القوة الميكانيكية العالية للغشاء، كما يوفر الفيلم مساحة سطح كبيرة. وكلما كان الفيلم أرق، زادت كثافة الطاقة لأنه يمكن تضمين المزيد من الأنواع النشطة في البطارية. بالإضافة إلى ذلك، فإن استقرارها الكهروكيميائي جيد جدًا أيضًا، وهي مقاومة لدرجات الحرارة العالية. تستخدم معظم البطاريات عالية الحرارة في السوق بوليمر الشوارد.

بطارية ليثيوم ثلاثية الطاقة

ما يسمى بالقوة بطارية يعني أن البطارية تدعم التفريغ بمعدلات عالية وتيار مرتفع، ولديها كثافة طاقة عالية، وتطلق المزيد من الطاقة لكل وحدة زمنية. تشير قدرة التفريغ بمعدل إلى القدرة على الحفاظ على بطارية السعة عندما يزداد معدل الشحن والتفريغ. يتم تمثيل معدل الشحن والتفريغ بواسطة xC، 1C يعني أنه يمكن استخدام السعة الاسمية للبطارية في ساعة واحدة، بينما يمكن استخدام معدل التفريغ عند 2C لمدة 30 دقيقة.

يرتبط أداء الطاقة/المعدل للبطارية ارتباطًا وثيقًا بـ بطارية التصميم ويتأثر بالعديد من العوامل، مثل الإلكتروليت، والفاصل، ونوع المادة النشطة، وحجم الجسيمات النشطة، وما إلى ذلك. ومن بين هذه العوامل، سمك القطب هو العامل الرئيسي الذي يؤثر على قدرة التفريغ عالية التيار. يمكن تحسين قدرة التفريغ المعدل بشكل كبير عن طريق جعل الأقطاب الكهربائية أرق، حيث تحتوي الأقطاب الكهربائية الرقيقة على معاوقة إلكترونية وأيونية أقل بداخلها، ومع ذلك فإن ترقق الأقطاب الكهربائية يؤدي إلى كتلة مادة نشطة أقل داخل الأقطاب الكهربائية وبالتالي انخفاض في سعة البطارية. لذلك، فإن التحدي الفني الرئيسي للطاقة الثلاثية هو بطارية الليثيوم هو زيادة قدرة تفريغ التيار العالي دون تقليل السعة.

للقوة الثلاثية بطارية الليثيومإن الشركة التي تمتلك أكبر قدر من الأبحاث وأكثر التقنيات نضجًا هي شركة باناسونيك اليابانية. ويمكن تحقيق تفريغ 30 درجة مئوية بالفعل في المرحلة التجريبية، ومعدل تفريغ الطاقة بطارية ليثيوم ثلاثية 18650 تم تسويقها بنجاح وإنتاجها بكميات كبيرة. تصل السعة إلى 12C، وتصل أيضًا إلى 3300 مللي أمبير في الساعة. هناك أيضًا مصنعون محليون لتحقيق معدل تفريغ أعلى، ولكن استقرار البطارية يحتاج إلى تحسين، خاصة بعد فترة من الاستخدام، حيث ستنخفض دورة حياتها وسعة التفريغ بشكل كبير. وقد تم الإبلاغ عن أن أداء معدل بطاريات الليثيوم يمكن تحسينها من خلال طرق مثل طلاء الجسيمات والتعديل.

بطارية ليثيوم ثلاثية منخفضة الحرارة

تعتبر خصائص درجة حرارة البطارية مؤشرًا لموثوقية البطارية، ويمكن أيضًا تقييم أداء البطارية عن طريق تغيير درجة الحرارة المحيطة. خصائص درجات الحرارة المنخفضة للبطارية بطاريات الليثيوم يتم التحقيق بشكل أساسي من خصائص التفريغ في درجات الحرارة المنخفضة وعمر الدورة. أهم شيء للبطاريات منخفضة الحرارة هو الحفاظ على سيولة المواد في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة، بحيث يمكن لأيونات الليثيوم التنقل بحرية بين الأقطاب الموجبة والسالبة لتحقيق شحن وتفريغ البطارية. على سبيل المثال، فإن استخدام إلكتروليت بنقطة انصهار منخفضة وتقليل حجم جسيمات المادة النشطة سيعزز أداء البطارية في درجات الحرارة المنخفضة. وذلك لأن الزيادة في قناة أيونات الليثيوم تعوض عن الحركة البطيئة لأيونات الليثيوم في درجات الحرارة المنخفضة إلى حد ما.

في الوقت الحالي، بطارية ليثيوم ثلاثية يمكن للمصنعين في الداخل والخارج تحقيق درجة حرارة تفريغ تبلغ -20 درجة، وسعة التفريغ أكبر من 50%، وعمر الدورة حوالي 400 مرة، مما يمكنه تلبية احتياجات الأجهزة الكهربائية العادية وسيناريوهات استهلاك الطاقة بشكل كامل. ومع ذلك، في المنتجات الخاصة مثل المعدات الفضائية والعسكرية، أو في البيئات شديدة البرودة مثل الجبال الشمالية والمرتفعة، بطاريات الليثيوم يجب أن تكون قادرة على تحقيق درجات حرارة تشغيل تفريغ أقل لتلبية ظروف التشغيل القاسية. جمع معهد أبحاث الخلايا الخاصة لشركة Dongguan Juda Electronics Co.، Ltd. عددًا كبيرًا من خبراء الكيمياء الكهربائية وأساتذة الهندسة الكبار في الصناعة. مع فريق قوي للبحث والتطوير، نجح في تطوير تفريغ منخفض الحرارة -40 درجة، وسعة التفريغ تصل إلى 67%. درجة حرارة منخفضة للغاية بطاريات الليثيوم تستهدف هذه المنتجات بشكل أساسي التطبيقات العسكرية والخاصة، وقد نجحت في تحقيق الإنتاج الضخم التجاري.