متنوع

أنواع بطاريات الليثيوم أيون

أنواع بطاريات الليثيوم أيون


على الرغم من أن جميع بطاريات الليثيوم أيون ، أو بطاريات الليثيوم أيون لها العديد من الجوانب المشتركة ، إلا أن هناك مجموعة متنوعة من أنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم أيون المتوفرة.

كل نوع من أنواع بطاريات الليثيوم أيون له خصائصه الخاصة وهذا يعني أنه سيتم استخدام أنواع مختلفة من بطاريات Li-ion في مناطق مختلفة.

وفقًا لذلك ، من الضروري اختيار النوع المناسب من بطارية أيون الليثيوم لأي تطبيق - فهم الأنواع المختلفة وخصائصها يتيح اختيار النوع المناسب لأي تطبيق معين.

نظرة عامة على أنواع بطاريات الليثيوم أيون

تختلف المعلمات مثل الكيمياء والتكلفة والحجم والوزن والسعة والعديد من السمات الأخرى عبر الأنواع المختلفة لبطارية أيون الليثيوم.

تتطلب عناصر مثل العناصر المحمولة من المعدات الإلكترونية بدءًا من الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر اللوحية والألعاب وأجهزة القراءة الإلكترونية والمزيد مستويات كثافة طاقة عالية جنبًا إلى جنب مع مستويات عالية من الأمان. بالنسبة لهذه التطبيقات ، يتم استخدام أنواع بطاريات ليثيوم أكسيد الكوبالت عادةً.

في التطبيقات الأخرى ، يمكن تحمل كثافة طاقة أقل ، ولكن قد تكون هناك حاجة إلى عمر أطول للبطارية. غالبًا ما يكون نوع بطارية ليثيوم أيون المستخدمة في هذه التطبيقات هو نوع بطارية ليثيوم أيون فوسفات أو أكسيد الكوبالت الليثيوم والنيكل والمنغنيز ، حيث توفر أنواع بطاريات أيون الليثيوم أوقاتًا أطول للاستخدام على حساب كثافة الطاقة العالية جدًا.

لتطبيقات السيارات حيث يكون التيار العالي ضروريًا ، غالبًا ما يتم استخدام نوع بطارية أكسيد الكوبالت والنيكل والنيكل.

هناك أيضًا أنواع أخرى من بطاريات الليثيوم التي تستخدم لأدوار معينة. مع تقدم تقنية بطارية أيون الليثيوم للأمام ، لا بد أن تظهر أنواع جديدة من بطاريات أيونات الليثيوم في السوق على فترات متكررة.

هناك مجموعة متنوعة جيدة من أنواع مختلفة من بطاريات أيونات الليثيوم. الاختلافات الرئيسية هي مواد الأنود والكاثود.

يوفر كل نوع من أنواع بطاريات الليثيوم أيون المختلفة خصائص مختلفة ، وبالتالي تميل إلى استخدامها في تطبيقات مختلفة. الأنواع الرئيسية ملخصة في الأقسام أدناه.

أكسيد الكوبالت الليثيوم ، LCO

بطارية ليثيوم أيون أكسيد الكوبالت ، LiCoO2 ، هي نوع من بطاريات الليثيوم أيون التي تستخدم في العديد من العناصر الاستهلاكية من المعدات الإلكترونية. إنه يوفر مستوى عالٍ جدًا من كثافة الطاقة المحددة إلى جانب مستوى جيد من الأمان.

تتكون البطارية من كاثود أكسيد الكوبالت بهيكل متعدد الطبقات. الأنود هو الجرافيت (الكربون). أثناء دورة التفريغ ، تتحرك أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى الكاثود ، وفي الاتجاه العكسي أثناء الشحن.

يحد أنود الجرافيت من عمر البطارية مع تغير واجهة الإلكتروليت الصلبة وأيضًا نتيجة لتثخين الأنود. قد تشتمل البطاريات الأحدث على النيكل أو المنغنيز لتحسين العمر وكذلك تقليل تكاليف التصنيع.

تتمثل إحدى عيوب بطارية LCO في أن قدرتها الحالية في كل من الشحن والتفريغ محدودة. كدليل ، لا ينبغي شحنه أو تفريغه بمعدل أكبر من سعته ، أي لا ينبغي شحن بطارية 2400 مللي أمبير أو تفريغها بتيار أكبر من 2400 مللي أمبير. غالبًا ما يوصى باستخدام أرقام 0.8 من مستوى الشحن.

يتم الآن استبدال بطارية LCO في بعض التطبيقات بواسطة Lithium Manganese ، وكذلك أنواع NMC و NCA. يحدث هذا نتيجة للأداء المحسن لهذه الأنواع الأخرى حيث يعمل التطوير على تحسين الأداء ونتيجة للتكلفة.

ملخص بطارية ليثيوم أكسيد الكوبالت ، LCO
ينسبتفاصيل
دلائل الميزاتكثافة طاقة عالية مستوى عال من الأمان
العيوب الرئيسيةعمر قصير نسبيا. قدرة تحميل عالية محدودة.
التطبيقات الرئيسيةالإلكترونيات الاستهلاكية: - الهواتف المحمولة ، والألعاب ، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، والأجهزة اللوحية ، وأجهزة القراءة الإلكترونية ، إلخ.
الجهد االكهربىاسمي 3.60 فولت مع معدل تشغيل نموذجي بين 3.0 - 4.2 فولت / خلية
طاقة محددة (القدرة)150-200 وات / كغ بشكل نموذجي
عمر البطارية500-1000 دورة

بطارية ليثيوم فوسفات الحديد ، LFP

توفر بطارية ليثيوم أيون الليثيوم فوسفات الحديد ، نوع LFP مقاومة داخلية منخفضة وقدرة تيار عالية.

من أجل توفير قدرة عالية في الوقت الحالي ، يستخدم هذا النوع من بطاريات الليثيوم أيون مادة كاثود فوسفاتية على نطاق نانو.

من حيث الأداء ، يوفر هذا النوع من بطاريات الليثيوم أيون جهدًا طرفيًا أقل قليلاً وله معدل تفريغ ذاتي أعلى قليلاً من الأشكال الأخرى. ومع ذلك ، فإنه يوفر في مقابل ذلك تصنيفًا عاليًا للتيار ، واستقرارًا حراريًا جيدًا جنبًا إلى جنب مع مستوى جيد ، واستقرار حراري جيد.

ملخص لفوسفات حديد الليثيوم ، بطارية LFP
ينسبتفاصيل
دلائل الميزاتقدرة عالية الحالية ، عمر أطول للتقويم.
العيوب الرئيسيةمعدل تفريغ ذاتي أعلى قليلاً ؛ جهد الخلية المنخفض (3.3 فولت)
التطبيقات الرئيسيةأدوات كهربائية ، بعض الأدوات الطبية ، هاوي

أكسيد المنغنيز الليثيوم ، LMO

يستخدم هذا النوع من بطاريات الليثيوم أيون أكسيد منغنيز الليثيوم ، LiMn2O4 كمادة كاثودية. تم تصميم هذا النوع من بطاريات الليثيوم أيون للسماح بتدفق التيارات العالية وهذا يتيح لها توفير مستويات تيار عالية جدًا وأيضًا الشحن السريع أيضًا.

يستخدم بشكل عام بنية إسبنيل ثلاثية الأبعاد ، أي بنية فيها التركيب البلوري في النظام المكعب ، متساوي القياس ، مع أنيون الأكسيد مرتبة في شبكة مكعبة مغلقة. تعمل هذه البنية على تحسين تدفق الأيونات على القطب ، وبالتالي زيادة القدرة الحالية وتقليل المقاومة الداخلية للخلية. قد تكون بطارية 1500mAh النموذجية قادرة على توفير تيارات ثابتة تصل إلى 20 أمبير ، ومن الواضح أنها لفترة قصيرة نسبيًا بسبب سعة البطارية الإجمالية.

يتميز هيكل هذا النوع من بطاريات الليثيوم أيون أيضًا بأنه يحسن الاستقرار الحراري ويحسن من سلامة الخلية.

ومع ذلك ، فإن عيب الخلية هو العدد المحدود لتفريغ / دورات الشحن بالإضافة إلى العمر الزمني المحدود للتقويم ، أي التدهور بمرور الوقت منذ التصنيع.

ملخص لأكسيد المنغنيز الليثيوم ، بطارية MNO
ينسبتفاصيل
دلائل الميزاتقدرة عالية على الشحن والتفريغ.
العيوب الرئيسيةكثافة طاقة أقل من الأنواع الأخرى لبطاريات الليثيوم أيون ، وعمر دورة منخفض وعمر تقويمي.
التطبيقات الرئيسيةأدوات كهربائية ، بعض الأدوات الطبية بعض المركبات.
الجهد االكهربى~ 3.70 فولت اسمي
محددة في مجال الطاقة100-150 واط ساعة / كغ
متوسط ​​العمر المتوقع400-750 دورة

أكسيد الألومنيوم والنيكل والكوبالت ، NCA

بطارية ليثيوم نيكل كوبالت أكسيد الألومنيوم ، أو NCA ، هي نوع من بطاريات الليثيوم التي نادرًا ما تُشاهد في تطبيقات المستهلك ولكن يتم فحصها في صناعة السيارات. ميزتها الرئيسية هي أنها تتمتع بعمر افتراضي جيد وأرقام عالية للطاقة وكثافة الطاقة.

لكن هذه الميزات تأتي بتكلفة وفي ضوء عناصر السلامة ، يجب استخدامها بحذر. هناك حاجة أيضًا إلى مزيد من التطوير لإحضاره إلى حالة يمكن فيها استخدام هذا النوع من بطاريات الليثيوم على نطاق واسع.

ملخص أكسيد الألومنيوم والنيكل والكوبالت ، NCA
ينسبتفاصيل
دلائل الميزاتكثافة طاقة عالية ، كثافة طاقة عالية ، عمر جيد.
العيوب الرئيسيةالتكلفة العالية؛ تتطلب السلامة مزيدًا من العناية في التصميم والاستخدام.
التطبيقات الرئيسية

أكسيد الكوبالت والمنغنيز والنيكل والنيكل ، NMC

يستخدم نوع بطارية الليثيوم والنيكل والمنغنيز وأكسيد الكوبالت كاثودًا يتكون من مزيج من النيكل والمنغنيز والكوبالت.

مفتاح هذا النوع من بطاريات الليثيوم أيون هو مزيج من النيكل والمنغنيز. يُعرف النيكل بطاقته العالية النوعية ، لكن استقراره ضعيف بينما يوفر المنغنيز مقاومة داخلية منخفضة ولكن على حساب طاقة نوعية منخفضة. إن الجمع بين الاثنين في خلية بالطريقة الصحيحة قادر على توفير التوازن المطلوب لخصائص كلا المعدنين.

غالبًا ما تتكون مجموعة الكاثود من مزيج من النيكل والمنغنيز والكوبالت بنسب متساوية في توليفة تُعرف باسم 1-1-1. يقلل هذا المزيج من التكلفة عن طريق تقليل محتوى الكوبالت ، مع الاحتفاظ ببعض معايير الأداء الرئيسية.

مزيج شائع آخر يتكون من 5 أجزاء نيكل و 3 أجزاء من الكوبالت وجزئين منجنيز (5-3-2).

يمكن تحسين نوع NMC لبطارية ليثيوم أيون إما لطاقة محددة عالية أو طاقة محددة عالية. مع ارتفاع تكلفة الكوبالت ، يحاول المصنعون الابتعاد عن استخدامه ، وغالبًا ما يزيدون من استخدام النيكل ، لذلك غالبًا ما تكون هذه حقيقة رئيسية في اختيار تكوين البطارية.

ملخص لأكسيد الليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت ، NMC
ينسبتفاصيل
دلائل الميزاتقوة عالية أو طاقة محددة.
العيوب الرئيسيةكثافة الطاقة / الطاقة ليست عالية مثل بعض الأنواع الأخرى.
التطبيقات الرئيسيةالأدوات الكهربائية والمركبات الكهربائية.
الجهد االكهربى3.60 - 3.70 فولت
محددة في مجال الطاقة160 - 230 واط / كغم
متوسط ​​العمر المتوقع1000-2000 دورة.

هذه الأنواع من بطاريات الليثيوم أيون هي بعض الأنواع الأكثر شيوعًا المتاحة. ومع ذلك ، نظرًا لأن التكنولوجيا تشهد باستمرار مزيدًا من التطور ، يتم دائمًا تطوير تقنيات أيونات الليثيوم الجديدة ويتم تطوير التقنيات الموجودة. نشأ هذا عن احتياجات مصنعي المعدات. تعمل تقنية البطاريات بشكل عام على دفع التطوير إلى الأمام ويتم استثمار مبالغ كبيرة. نتيجة لذلك ، يعد هذا مجالًا سريع الحركة بشكل خاص للتكنولوجيا حيث يتم دائمًا رؤية التحسينات.


شاهد الفيديو: شرح كل ما يتعلق ببطاريات اللثيوم ايون li ion battery 18650 (شهر اكتوبر 2021).