Литий ионный и литий полимерный: Чем отличается Li-ion от Li-Pol? Применение и стоимость

Содержание

Что представляет собой литий-полимерный аккумулятор?

Литий-полимерный аккумулятор (другое название – литий-ионный полимерный аккумулятор, аббревиатуры: Li-pol, Li-Po, Li-polymer) – является усовершенствованной конструкцией своего литий-ионного предшественника и способен выдавать более высокие разрядные токи. Вместо жидкого гелевого электролита (Li-Ion) в нем используется насыщенный литийсодержащий твердый или пастоообразный полимер (Li-Po).

Впрочем, жесткого разделения между литий-полимерными и литий-ионными аккумуляторами не существует, так как оба типа в основном отличаются только используемым электролитом и имеют практически аналогичные характеристики (разряд, заряд, особенности эксплуатации, требования техники безопасности).

Основные достоинства аккумуляторов Li-Po

Литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы при одинаковом весе значительно превосходят по энергоемкости аналоги, изготовленные из других материалов (никель-кадмиевые, никель-металл-гидридные и др.). Они также характеризуются:

низким саморазрядом;

минимальной толщиной элементов – от 1 мм;
высоким напряжением единичного элемента – 3.6-3.7 В против 1.2-1.4 В у NiMH и NiCd;
возможностью получать практически любые формы.

Благодаря хорошим рабочим и эксплуатационным характеристикам литий-полимерные аккумуляторы имеют широкое применение. Они используются в мобильной технике, различных радиоуправляемых моделях и в других устройствах, требующих автономных источников питания.

Особенности эксплуатации литий-полимерных аккумуляторов

Если вы приобрели устройство с литий-полимерным аккумулятором, для продления срока его службы придерживайтесь простых правил:

ставьте аккумулятор на зарядку до того, как произошел полный разряд;
избегайте перезарядки – не держите устройство включенным в сеть после окончания заряда.

В отличие от NiCd и NiMH аккумуляторов литий-полимерная батарея не требует «раскачки» – прохождения нескольких циклов полной разрядки с последующей полной зарядкой. Ее рабочие характеристики после подобных манипуляций только ухудшаются.

CARKU и MigOwatt – устройства аварийного питания на основе аккумуляторов Li-Po

Если вас интересуют литий-полимерные аккумуляторы – посмотрите каталог. Мы реализуем универсальные устройства торговых марок CARKU и MigOwatt, которые можно использовать в качестве автономного источника питания для мобильных телефонов, смартфонов, ноутбуков, планшетов, цифровых фотоаппаратов, MP3-плееров, электронных книг, навигаторов и другой техники. Также у нас есть модели, являющиеся портативными пуско-зарядными устройствами, способные «оживить» автомобиль, мотоцикл или другое транспортное средство с напряжением бортовой сети 12 В.

Выбирайте литий-полимерные аккумуляторы на нашем сайте!

Как устроены литий-полимерные аккумуляторы и принцип их работы

Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор) — это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал. Используется в мобильных телефонах, цифровой технике, радиоуправляемых моделях.

В начале 90-х годов, когда промышленное использование литий-ионных аккумуляторов уже во всю набирало обороты, были разработаны и первые литиевые аккумуляторы в форме пакетов — литий-полимерные аккумуляторы (обозначение «Li-Pol» или «Li-Po»).

Таким образом, литий-полимерные аккумуляторы стали более поздней разновидностью литий-ионных аккумуляторов. Но если в литий-ионных аккумуляторах электролит применяется жидкий, то у литий-полимерных собратьев это уже полимерный состав, по консистенции – гель. Благодаря полимерной основе, аккумуляторы данного типа обладают более высокой удельной энергоемкостью, чем другие.

Именно по этой причине сегодня литий-полимерные аккумуляторы особенно широко внедрены во множество мобильных устройств, где малый вес крайне важен (гаджеты, радиоуправляемые игрушки и т. д.)

Типичный литий-полимерный аккумулятор содержит в своей конструкции четыре основные части: положительный электрод (анод), отрицательный электрод (катод), сепаратор и электролит. В качестве сепаратора может выступать такой полимер, как микропористая полиэтиленовая или полипропиленовая пленка. Поэтому даже если электролит практически и является жидкостью, полимерный компонент в аккумуляторе неизменно присутствует.

Положительный электрод, в свою очередь, может быть разделен на три части: литий-переходный материал (оксид лития-кобальта или литий-оксид марганца), проводящая добавка и полимерное связующее — поливинилиденфторид. Что касается отрицательного электрода, то он содержит тоже три части, только вместо оксидов на нем присутствует углерод (графит).

Принцип действия литий-полимерного аккумулятора, как и принцип действия аккумулятора литий-ионного основан на обратимом встраивании (интеркаляции и деинкаляции) ионов лития в материал положительного и отрицательного электродов, при этом проводящей средой для ионов лития служит электролит, а микропористый сепаратор нужен здесь для того, чтобы препятствовать соприкосновению противоположных электродов друг с другом.

Сепаратор, таким образом, исключает миграцию частиц самих электродов, пропуская лишь ионы лития. В разряженном состоянии напряжение между электродами находится в диапазоне от 2,7 до 3 вольт, а в заряженном достигает 4,2 вольт (для аккумулятора на основе оксида литий-кобальта). Для литий-железофосфата (разновидность литий-ионного аккумулятора) эти значения будут иными – от 1,8 до 2,0 вольт в разряженном состоянии и от 3,6 до 3,8 вольт в заряженном.

Для каждого аккумулятора характерные значения рабочих напряжений указываются в документации, кроме того каждый аккумулятор должен быть оснащен защитной схемой, не допускающей выхода напряжения за пределы допустимого диапазона. Если же ячейки собираются в батареи будучи соединены последовательно, то обязательно наличие балансирующего контроллера, который будет удерживать заряд каждой ячейки на приемлемом уровне.

Литий-полимерные аккумуляторы традиционно отличаются от обычных литий-ионных аккумуляторов гибким, а не жестким каркасом. В итоге ячейка не только оказывается на 20% легче, но также имеет колоссальное преимущество, которое заключается в возможности производить аккумуляторы практически любой желаемой формы (для ноутбуков, планшетов и прочих мобильных устройств это крайне важно). Кроме того уровень саморазряда литий-полимерных аккумуляторов составляет всего около 5% в месяц.

Наконец, следует отметить количество рабочих циклов, которое у литий-полимерных аккумуляторов достигает 900. А при разрядных токах в 2С (удвоенное значение номинальной емкости) емкость бытовых аккумуляторов данного типа снижается лишь на 20% за все время жизни. Для специальных же применений, с нетипично большими рабочими токами, разрабатываются специальные литий-полимерные аккумуляторы, способные безболезненно отдавать в нагрузку токи на порядок превышающие величину номинала.

Ранее ЭлектроВести писали, что растущий спрос на аккумуляторы провоцирует кризис. Главные мировые поставщики аккумуляторов — это южнокорейские гиганты Samsung и LG. Политика Сеула привела к тому, что за последний год использование батарей на внутреннем рынке выросло.

По материалам electrik.info

Типы батарей для мобильных устройств

По мере того, как наши развлечения и работа перемещаются в мобильные телефоны, растет и наша зависимость от аккумуляторов, обеспечивающих питание мобильных устройств. В настоящее время самыми распространенными являются литиевые батереи. Литиевые батареи, в целом, подразделяются на два основных типа, а именно, литий-ионные и литий-ионные полимерные батареи. По сравнению с использовавшимися ранее никель-металгидридными, литиевые батареи обладают преимуществами более быстрого выполнения зарядки и разрядки и меньшим “эффектом памяти”, который возникает, если заряжать батарею, не дожидаясь ее полной разрядки.

Литий-ионный аккумулятор

Иногда именуется литий-ионными батарейками. Это самая современная и недорогая группа батарей на рынке. Поскольку в литий-ионных батареях используется жидкий электролит, они должны храниться в металлических контейнерах. Наиболее распространенными являются контейнеры цилиндрической и призматической формы; преобладают все же цилиндрические батареи, например 18650 литий-ионные батареи. А еще, благодаря простоте производства, литий-ионные батареи используются везде, от мелких электронных устройств до больших электромобилей.

Литий-ионные батареи тяжелее, но имеют более широкую сферу применения.

Литий-ионные полимерные аккумуляторы

Литий-полимерные батареи тоньше и легче, но дороже

Обычно именуются литий-полимерными батареями. Их можно считать следующим поколением в эволюции литий-ионных батарей. В них используются гелеобразные электролиты, в меньшей степени подверженные утечкам. Поэтому их можно заключить в более тонкий контейнер по сравнению с литий-ионными батареями. Они легко принимают различную форму и размер, и подходят для различных электронных устройств. Кроме того, тонкий форм-фактор имеет большую площадь поверхности, что улучшает теплоотдачу, то есть термостойкость улучшается по мере увеличения размера батареи.

Можно было бы подумать, что литий-полимерные батареи лучше, чем литий-ионные, но, на самом деле, они похожи с точки зрения конструкции и безопасности. Например, избыточная зарядка или глубокая разрядка обоих типов батарей в определенной степени вредна для батареи и может привести к ее возгоранию или взрыву. В конечном счете, выбирая батарею, независимо от ее типа, остановитесь на батарее надежного бренда, которая соответствует высочайшим стандартам безопасности. Не подвергайте себя риску получить некачественную батарею ради экономии денег.

#Портативный внешний аккумулятор #Аккумулятор #Литий-ионный #Литий-полимерный #Мобильный телефон

Литий-ионные аккумуляторы cat® – Пора переключиться?

Технологий литий-ионных аккумуляторов доступны в качестве опции практически на всех моделях вилочной и складской электротехники Cat®. Пока свинцово-кислотные аккумуляторы остаются довольно популярным решением среди заказчиков, и бесспорно, предлагают множество преимуществ, тем не менее, Литий-ионным решениям есть что предложить взамен.

Возможно самым заметным преимуществом перехода на Li-ion является возможность подзарядки. Вместо того, чтобы менять АКБ между сменами, Вы можете быстро подзарядить батарею во время короткого перерыва и использовать её 24/7. Вместе с другими преимуществами, такими как: эффективность, экологичность и безопасность – это делает Li-ion отличной альтернативой.

Преимущества Cat Li-ion относительно свинцово-кислотных аналогов

Литий-ионные батареи предоставляют огромные преимущества по сравнению с традиционными свинцово-кислотными аккумуляторами в части экономии электроэнергии, оборудования, персонала и сокращении простоев.

Больший срок службы – примерно в 3-4 раза в сравнении со свинцово-кислотными – сокращают расходы на АКБ
Повышенная эффективность – при зарядке и разрядке потери энергии ниже на 30%, поэтому снижается потребление электроэнергии.
Более длительное время работы – благодаря более эффективной работе АКБ и использованию возможных зарядов, которые могут быть предоставлены в любое время без повреждения батареи или сокращения срока ее службы.
Неизменно высокая производительность – с более стабильной кривой напряжения – поддерживает более высокую производительность погрузчика, даже в конце смены
Более быстрая зарядка – обеспечивает полную зарядку всего за 1 час с помощью самых быстрых зарядных устройств
Без замены батареи – возможность быстрой подзарядки – 15 минут заряд достаточно для нескольких часов дополнительного времени работы – обеспечение непрерывной работы с одним аккумулятором и минимизация потребности в покупке, хранении и обслуживании запасных частей.
Без обслуживания – батарея остается на борту погрузчика во время зарядки, не нужно доливать воду или проверять уровень электролита.
Отсутствует выделение вредных газов – и кислоты – позволяет сэкономить на месте, оборудовании и расходах по содержанию помещения для зарядки аккумуляторов и вентиляционной системы.
Встроенная защита – интеллектуальная система управления аккумулятором (BMS) автоматически предотвращает чрезмерные значения разряда, зарядки, напряжения и температуры, а также практически исключая ошибки приложений.

В наличии есть аккумуляторы и зарядные устройства различной емкости. Ваш дилер определит лучшее сочетание исходя из Ваших задач. Уточняйте у дилера информацию о дополнительной 5-летней гарантии и условиях ежегодной проверки, которые обеспечат более комфортную эксплуатацию.

К погрузчикам Cat с опциями литий-ионного аккумулятора относятся следующие:

Электрические тележки с вилочным захватом для поддонов:

NPP16PD
NPV20-25N3/NPF20-25N3(R)(S)
NPV20PD

Погрузчики-штабелеры:

Рич-траки:

Литий-полимерный аккумулятор – отличие от литий-ионного

Литий-ионные аккумуляторы очень популярны и занимают на данный момент до 80% количества всех бытовых аккумуляторов небольшого размера. Литий-полимерные – следующий эволюционный шаг развития литиевых аккумуляторов. Давайте попробуем разобраться, в чем главные различия между двумя группами этих аккумуляторов.

Для начала вспомним принцип работы литий-ионного аккумулятора.

Устройство литий-ионного аккумулятора

Электрический заряд переносится положительно заряженными ионами щелочного металла лития. Ион этого металла обладает относительными небольшими размерами (поскольку находится вверху таблицы Менделеева) и способен внедряться в кристаллические решетки других веществ с образованием химических связей. Например, графита или оксидов (или солей) металлов (например, оксида кобальта или фосфата железа). И, что очень важно, эти процессы обратимы. Упрощенно принцип работы аккумулятора можно описать так.

Когда аккумулятор заряжается, ионы лития движутся к отрицательно заряженному электроду (катоду) и образуют с графитом соединение с условной формулой LiC6. Но энергетически выгоднее литию находиться в связи с оксидом кобальта, поэтому после снятия внешнего электрического поля (отключения зарядки), ионы лития стремятся переместиться к аноду и образовать кобальтат лития (LiCoO2). На аноде возникает положительны заряд, на катоде отрицательный – аккумулятор готов к работе.

Для того чтобы ионы лития могли путешествовать от одного электрода к другому, необходима среда, где такое будет возможно. Этой средой и является электролит, который соединяет электродные отсеки внутри аккумулятора.

В классическом литий-ионном аккумуляторе используется жидкий электролит (точнее, гелеобразный) на основе органических растворителей. Поскольку электролит скорее жидкий, необходим сепаратор, который бы не давал смешиваться активным компонентам электродных отсеков.

Очевидно, было бы хорошо, если бы удалось обойтись без жидкого электролита и сепаратора. В ходе исследований такие твердые литий-проводящие электролиты были найдены. Их можно поделить на три группы – сухие полимерные электролиты (например, на базе полиэтиленоксида с добавлениями солей лития), гель-полимерные электролиты, которые получаются внедрением в сухие полимерные электролиты пластификаторов-растворителей. И неводные растворы солей лития, которые абсорбируются микропористой полимерной матрицей. На практике чаще всего используются аккумуляторы с гель-полимерным электролитом.

В различии электролита и состоит принципиальное отличие литий-ионного от литий-полимерного аккумулятора.

Рабочие параметры обоих типов аккумуляторов очень близки – напряжение, емкость, динамика зарядки практически одинаковые.

Один из силовых литий-полимерных аккумуляторов

Но отсутствие жидкого электролита позволяет делать литий-полимерные аккумуляторы любой формы толщиной от 1мм! Тогда как обычные литиевые аккумуляторы имеют форму привычных банок. Также, поскольку вытекать нечему, корпус не обязательно должен быть металлическим, можно обойтись и пластиком. Жидкий электролит литий-ионных аккумуляторов является горючим органическим веществом, поэтому литий-полимерные аккумуляторы, в которых ничего особо горючего нет, более безопасны в работы. Тем не менее, на них распространяются те же самые правила эксплуатации, что и для литий-ионных аккумуляторов (подробнее – читайте в статье “Использование литий-ионных аккумуляторов”).

Есть и небольшая ложка дегтя – электропроводность твердого электролита хуже, чем электролита жидкого. Поэтому обычные литий-полимерные аккумуляторы не способны выдавать большие токи (более 3С). Но выпускаются, так называемые, силовые модели таких аккумуляторов, которые способны выдать ток в более чем 10С (С – численное значение емкости аккумулятора в ампер-часах). Это в значительной степени определяет область использования аккумулятора – обычные там, где особо большие токи не требуются – мобильные телефоны, фотоаппараты и т.д., силовые – наоборот, там, где ожидается питание мощных потребителей электричества – двигатели моделей, электроинструментов и т.д. Также, электропроводность твердого электролита сильно снижается при понижении температуры, сильно возрастает внутреннее сопротивление аккумулятора и, как следствие, тут же сильно ухудшаются его характеристики. Все, наверное, сталкивались с тем, как быстро садится мобильный телефон на морозе? Правда, при прогреве до рабочей температуры, все восстанавливается.

Очень часто к твердому полимерному электролиту для улучшения электропроводности добавляют небольшое количество гелеобразного электролита, который используется в обычных литий-ионных аккумуляторах. Получается, что значительная часть аккумуляторов является своего рода гибридами двух типов аккумуляторов.

Доказана возможность создания литий-полимерных аккумуляторов в широком диапазоне емкостей, совершенно определенно можно говорить, что использование аккумуляторов этого типа более безопасно, чем традиционных литий-ионных аккумуляторов. Все это не оставляет никаких сомнений, что производство литий-полимерных аккумуляторов будет только расширяться.

Итак, принципиальное отличие литий-полимерных аккумуляторов от литий-ионных – в типе используемого электролита. На сегодня практическое применение находят оба типа. И при соблюдении правил эксплуатации каждый из них способен сполна отработать вложенные в него средства.

Код ТН ВЭД 8507600000. Аккумуляторы литий-ионные. Товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности ЕАЭС

Технические средства для инвалидов

Двигатели и генераторы электрические.. (НДС):

Постановление 1042 от 30.09.2015 Правительства РФ

0% – 27. Специальные средства для обмена информацией,получения и передачи информации для инвалидов с нарушениями зрения, слуха и голосообразования, которые могут быть использованы только для профилактики инвалидности или реабилитации инвалидов

0% – 36. Специальные технические средства для обучения инвалидов и осуществления ими трудовой деятельности, которые могут быть использованы только для профилактики инвалидности или реабилитации инвалидов

0% – 38. Технические средства для развития у инвалидов навыков ориентации в пространстве, самостоятельного передвижения, повседневного самообслуживания, для тренировки речи, письма и общения, умения различать и сравнивать предметы, средства для обучения программированию, информатике, правилам личной безопасности

20% – Прочие

Комплектующие для гражданских воздушных судов

Реакторы ядерные; котлы.. (НДС-авиазапчасти):

Федеральный закон 117-ФЗ от 05.08.2000 ГД РФ

0% – авиационные двигатели, запасные части и комплектующие изделия, предназначенные для строительства, ремонта и (или) модернизации на территории Российской Федерации гражданских воздушных судов, при условии представления в таможенный орган документа, подтверждающего целевое назначение ввозимого товара

20% – Прочие

Нобелевку по химии дали за разработку литий-ионных аккумуляторов :: Общество :: РБК

Гуденаф предсказал, что у катода будет еще больший потенциал, если его выполнить с использованием оксида вместо сульфида лития. В 1980 году он продемонстрировал, что оксид кобальта с интеркалированными ионами лития (интеркаляция — внедрение ионов между молекулами или группами атомов другого типа) может производить до четырех вольт (у Уиттингема получилось выработать два вольта энергии благодаря своему прототипу).

На основе катода Гуденафа в 1985 году Ёсино создал первую коммерчески жизнеспособную литий-ионную батарею. Вместо того чтобы использовать литий в аноде, он использовал нефтяной кокс — углеродный материал, который тоже может интеркалировать ионы лития. У японца наконец получился легкий износостойкий аккумулятор, который можно заряжать сотни раз.

Читайте на РБК Pro

В этом году размер Нобелевской премии составляет 9 млн шведских крон, или чуть меньше $1 млн.

Как правило, Нобелевский комитет до последнего не раскрывает информацию о претендентах на премию. Но прогнозированием возможных кандидатов на соискание самой престижной премии мира занимаются исследователи из Clarivate Analytics, которые выносят свои предположения на основе мировых рейтингов цитируемости ученых в той или иной области знаний. Они предполагали, что Нобелевскую премию по химии этого года могут дать за одно из трех открытий:

исследование в области синтетической органической химии, а именно реакции Хьюсгена — химической реакции присоединения органических соединений азидов к таким углеводородам, как алкены и алкины;
изобретение метода Саузерн-блот для определения конкретных последовательностей ДНК в образцах. «Его изобретение стало началом генетического картирования (определение положения генов на генетической карте. — РБК), диагностики и скрининга, и это служит основой современной персонализированной медицины», — отметили аналитики Clarivate Analytics;
исследование синтеза ДНК и секвенирования генома.

Нобелевку по медицине дали за изучение реакции клеток на кислород

Нобелевская неделя открылась в Стокгольме двумя днями ранее, 7 октября, с объявления имен лауреатов премии по физиологии или медицине. Ее получили американские ученые Уильям Кэлин и Грегг Семенза, а также британец Питер Рэтклифф за изучение реакции клеток на кислород. Они раскрыли молекулярные механизмы, которые стоят за тем, как клетки реагируют на изменения в снабжении кислородом.

Теоретик и первооткрыватели экзопланеты поделили Нобелевку по физике

На следующий день, 8 октября, Шведская королевская академия наук разделила Нобелевскую премию по физике между швейцарскими учеными Дидье Келозом и Мишелем Майором, которые открыли первую экзопланету в 1995 году, и канадским космологом Джимом Пиблзом, работавшим над моделью Большого взрыва.

В прошлом году Нобелевскую премию по химии дали трем ученым — Фрэнсису Арнольду, Джорджу Смиту и сэру Грегори Уинтеру, которые занимались исследованиями направленной эволюции химических молекул, а также пептидов и антител. Сделанные ими открытия, отметили тогда в Нобелевском комитете, позволят в будущем решить многие проблемы человечества.

Литий-ионные (Li-ion) VS Литий-полимерные (LiPo) аккумуляторы

Литий-ионные (Li-ion) батареи

были предпочтительным выбором для смартфонов и различных других портативных устройств. Однако литий-полимерные (LiPo) батареи в настоящее время постепенно заменяют литий-ионные батареи в качестве основных аккумуляторов для большинства интеллектуальных устройств. Мы собираемся обсудить различия между этими двумя типами батарей в «Батарейном понедельнике».

Материал корпуса

Литий-ионные батареи

состоят из положительного и отрицательного электродов и разделены жидким химическим электролитом, например этиленкарбонатом или диэтилкарбонатом .Эти батареи в основном имеют форму цилиндрической или прямоугольной формы из-за ограничений производственного процесса и материала корпуса.

Как и все батареи, емкость литий-ионных батарей уменьшается с циклом зарядки и может даже разряжаться, когда они не используются. Что еще хуже, химический электролит может стать нестабильным при экстремальных температурах. В случае прокола может произойти тепловой выброс или возгорание.

Форма

Стандартные литий-ионные батареи требуют прочного корпуса для сжатия электродов, а литий-полимерные – нет.В результате маленькие LiPo батареи на легче на по сравнению с традиционными батареями с жестким корпусом, а тонкопленочная технология может предложить более гибкие конструкции, которые более точно соответствуют пространству в аккумуляторном отсеке. Эти конструкции ячеек могут иметь множество форм, таких как ультратонкие, изогнутые и т. Д., Что также позволяет хранить больше энергии.

Кроме того, в LiPo батареях микропористый электролит заменяет традиционную пористую диафрагму, а в качестве упаковочного материала используется композитная пленка из алюминия и пластика.Эта алюминиевая пленка обеспечивает большую гибкость и снижает вероятность теплового разгона и взрыва из-за утечки электролита.

Срок службы

Литий-ионные батареи

прослужат дольше, чем батареи большинства других типов. Они могут длиться около от двух до трех лет, или даже дольше и около 300-500 циклов зарядки . Их срок службы продолжает улучшаться по мере развития производства литий-полимерных батарей и развития технологий.

Заключение

И литий-ионные, и литий-полимерные батареи подходят для использования с высокой мощностью.Однако литий-ионные батареи более доступны по более низкой цене, что делает их более подходящими для массового использования.

В конечном счете, у использования литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов есть свои плюсы и минусы, и лучший из них будет соответствовать потребностям клиентов. Однако с развитием современных технологий и возрастающей потребностью в более технологически совершенных устройствах мы в Grepow твердо уверены, что литий-полимерные батареи будут пользоваться большим спросом.

Видео

Узнайте больше о Grepow

Мы – ведущий мировой производитель аккумуляторов, специализирующийся на аккумуляторах особой формы, аккумуляторах с высокой скоростью разряда и аккумуляторах для БПЛА.Благодаря настойчивым усилиям нашей научно-исследовательской группы мы наконец разработали полутвердую батарею и скоро выйдем на стадию массового производства, что является большим прорывом.

Если у вас есть какие-либо вопросы по сегодняшней теме или вы хотите узнать о каких-либо вещах, связанных с батареями, свяжитесь с нами по электронной почте [email protected] . Или, если что-нибудь, что мы могли бы улучшить и что вы захотите узнать, напишите нам, мы прочитаем комментарий и предоставим высококачественный учебник по знаниям об аккумуляторах.

Официальный сайт

Grepow: https://www.grepow.com/

Grepow Facebook: https://www.facebook.com/grepowbattery

Grepow Linkedin: батарея Grepow

Литий-полимерные батареи

и литий-ионные батареи: в чем разница?

Если у вас есть какая-либо штуковина – ноутбук, планшет, устройство для чтения электронных книг, мобильный телефон, MP3-плеер, аккумуляторная отвертка или дрель и т. Д. – то вы постоянно используете литий-ионные батареи.

Литий-ионные батареи, часто сокращенно литий-ионные, в наши дни чрезвычайно распространены.

А как насчет так называемых литий-полимерных аккумуляторов, также называемых LiPo или Li-poly аккумуляторами? Они действительно лучше?

Если вы верите маркетологам, то да. Но, как оказалось, вас обманули, как и меня!

Сначала немного о литий-ионных аккумуляторах.

Короче говоря, они классные.

Обычно они поставляются в жестком пластиковом футляре. Например, если у вас стандартный ноутбук, аккумулятор представляет собой большую прямоугольную пластиковую вещь.Внутри несколько ячеек – подумайте о батарее АА, хотя размер вашего типичного литий-ионного элемента немного больше.

Литий-ионный аккумулятор 3,7 В, 2600 мАч

Литий-ионные элементы

имеют номинальное напряжение 3,7 В. Вы можете посмотреть на батарею своего ноутбука и увидеть, что она обеспечивает 11,1 В. Затем вы могли заметить, что 3,7 х 3 = 11,1. Таким образом, аккумулятор вашего ноутбука представляет собой 3-элементный аккумулятор. У других аккумуляторов ноутбуков разное количество ячеек, но все они работают одинаково.

Типичный аккумулятор ноутбука, содержащий несколько литий-ионных элементов

Короче говоря, жесткий пластиковый корпус содержит несколько литий-ионных элементов и, как правило, некоторую электронику для контроля температуры и зарядки.

Литий-ионные аккумуляторы

необходимо заряжать осторожно, иначе они взорвутся и сделают другие забавные вещи. Вот почему все литий-ионные аккумуляторы оснащены специальными зарядными устройствами или встроенной электроникой для регулирования заряда.

Сначала аккумуляторы питаются постоянным током при постепенно увеличивающемся напряжении. Когда достигается предел напряжения на элемент, зарядное устройство переключается на постоянное напряжение (11,1 В в примере нашей 3-элементной батареи для ноутбука), но с постепенно уменьшающимся током.Та-да! Ваш аккумулятор заряжен.

Полезный совет. Литий-ионные батареи не любят минусовых температур. Например, если у вас есть аккумуляторная отвертка, не заряжайте аккумулятор зимой в гараже. Перенесите зарядное устройство и аккумулятор в дом и заряжайте там, где теплее. Большинство зарядных устройств вообще не заряжают аккумулятор, если температура слишком низкая (5 ° C / 41 ° F или ниже). Другие зарядные устройства будут заряжать аккумулятор, но они будут использовать «низкотемпературный режим зарядки», который менее эффективен и не так хорош для аккумулятора.

Makita DC18RC 18V литий-ионное быстрое зарядное устройство

Хорошо, а как насчет литий-полимерных аккумуляторов?

Вот где становится интересно. Оказывается, то, что отделы маркетинга называют «литий-полимерными батареями», на самом деле являются «литий-ионными полимерными батареями».

Что, черт возьми, это значит?

Короче говоря, это означает, что так называемые «литий-полимерные» батареи почти полностью идентичны литий-ионным батареям, но вместо этого они заключены в гибкий полимерный корпус.По сути, это просто переупакованный литий-ионный аккумулятор. По данным batteryuniversity.com, есть еще одно отличие:

С точки зрения пользователя, литиевый полимер практически такой же, как литий-ионный .
Литий-полимерный материал
уникален тем, что микропористый электролит заменяет традиционный пористый сепаратор. Литий-полимерный предлагает немного более высокую удельную энергию и может быть сделан тоньше, чем обычный литий-ионный, но стоимость производства выше на 10–30 процентов .

Существует такая вещь, как настоящая литий-полимерная батарея , в которой в качестве электролита в батарее используется полимер вместо других стандартных жидких электролитов. Этот настоящий литий-полимерный аккумулятор все еще находится в стадии экспериментов. Согласно BatteryUniversity.com, настоящая литий-полимерная «пластиковая батарея» так и не стала популярной из-за проблем с производительностью при комнатной температуре.

«LiPo» аккумулятор. Обратите внимание на гибкий кожух и 3.7V рейтинг

Теперь вы можете увеличить время автономной работы своего модного ноутбука с его «модным» не литий-полимерным аккумулятором, но это в первую очередь из-за плоского гибкого формата, который позволяет производителю вставлять в устройство больше аккумуляторных ячеек.

Вот и все. Если вы удалите относительно объемный пластиковый корпус со стандартными литий-ионными элементами внутри и вместо этого вставите плоские гибкие литий-ионные полимерные элементы в том же пространстве, вы получите больше мощности для игры в том же объеме – но базовый Сама технология аккумуляторов такая же: литий-ионная.Это то, что в наши дни называют «литий-полимерным».

Итак, если у вас когда-либо будет два варианта покупки гизмо, причем у одного есть литий-ионная батарея, а у другого литий-полимерная, не волнуйтесь: что касается вас, это все одно и то же, но в другой упаковке.

Как производятся литий-полимерные батареи

Добавлено в избранное Любимый 7

Аккумуляторы Great Power

В рамках поездки в Китай в 2014 году у меня была возможность совершить поездку по одному из наших производителей аккумуляторов.Роберт был настолько любезен, что провел для меня экскурсию по Great Power Battery и связал меня с одним из инженеров по материалам, который там работает. Ниже приводится примерный пошаговый процесс производства LiPo-батарей.

У компании Great Power есть кампус из нескольких зданий за пределами Чжухая, Китай.

Роберт был достаточно любезен, чтобы забрать меня из порта Чжухай (произносится как «жвачка») и провести экскурсию по объекту.

Быстрый пошаговый процесс производства LiPos!

Было действительно здорово увидеть сложность униформы и защитного снаряжения для разных позиций в процессе сборки.

Подготовка электрода

Материал, которым будут нанесены покрытия на анод и катод, смешивается.

В лакировальную машину загружаются большие рулоны сырья. Я думаю, это алюминий.

Тонкий слой суспензии из углеродного и литиевого материала большими квадратными полосами наносится на металлический контактный материал.

Материал непрерывно подается через печь для отверждения суспензии на терминале.Эта комната была, вероятно, 20 метров в длину и довольно поджаренная.

Две линии работали непрерывно. Одна линия была анодом (я считаю, что это обычно алюминий), а одна линия была катодом (медь). Я помню это как a-a и c-c (медь для катода). Выше изображена нескончаемая полоса меди с угольной суспензией, отвержденная в виде квадратов, выходящих из печи. Эти квадраты будут вырезаны и сложены в следующих нескольких шагах, так что не обманывайтесь, думая, что они делают клетки такими большими.Еще.

Много необработанных электродов, готовых к обрезке.

Эта машина разбивает электрод, как машина для приготовления макаронных изделий. Фактически, листы стали намного тоньше, чтобы их можно было сложить больше раз.

Обрезка больших листов до нужной ширины.

Формование и электролит

В отдельном помещении сделан корпус.

Эти машины вырезают, формируют и создают слегка гибкий, но защитный кожух для внутренних электродов и полимерного электролита.Я считаю, что этот материал – разновидность пластика или ПВХ.

Затем электроды вставляются между защитным кожухом и термически свариваются с трех сторон. Четвертая сторона оставлена открытой для впрыскивания электролита.

Электроды в корпусе.

В тщательно контролируемой среде электролит закачивается в ячейку. В этой части производственного пола строго контролируется влажность и температура. Вытяжная камера контролируется еще более тщательно.

Несколько линий идут одновременно. Последним этапом этой линии является термическая сварка четвертой стороны батареи для удержания электролита и герметизации батареи.

Зарядка

После запечатывания мы можем назвать эту штуку батареей. Это первый цикл зарядки. Вы можете видеть пластиковые зажимы, которые зажимают открытые выступы. Маленькое крыло слева на батарее предназначено для сбора любого электролита или газа, который выталкивается во время первого цикла.

Умножаем на много зарядных устройств.

А затем заполнить весь этаж.

После завершения первой зарядки ячейки сильно сжаты. Мне сказали «6 миллионов фунтов», но переводы часто искажаются на порядки. Назовем лот лот .

Air быстро разлагается и вызывает проблемы с химическим составом батареи. Сильное сжатие помогает вытеснить оставшийся воздух из ячеек.

Мне не удалось получить точное время или температуру, но батареи запекаются в сжатом состоянии в течение нескольких часов.

Следующим шагом является удаление излишков электролита, который был вытеснен из основного элемента в боковую подушку. Если вы когда-нибудь чувствовали запах надутой или «сладко пахнущей» батареи, вы знаете, как пахнет эта комната. После удаления электролита ячейка обрезается.

В конце концов, у вас есть аккумулятор. Технически это одна ячейка, потому что по-прежнему требуются схема защиты и терминирование.

Опять же, важно помнить о масштабе.Каждое портативное устройство, с которым мы играем: планшеты, сотовые телефоны, бритвы, электронные сигареты, радиоуправляемые вертолеты и т. Д., Имеет LiPo аккумулятор. Великая держава производит десятки тысяч ячеек в день.

Создание батареи

Схема защиты предотвращает перезарядку LiPo-элемента (плохие вещи случаются, когда уровень заряда превышает 4,3 В), недостаточный заряд (элемент может быть поврежден, если опускается ниже примерно 2,8 В) и короткое замыкание (короткое замыкание положительного полюса). и отрицательные клеммы вместе).При возникновении любого из этих срабатываний схема защиты очень быстро отключает элемент от клемм.

Выше, у нас наконец-то есть формальный аккумулятор с заклеенной лентой защитной схемой (желтая каптонная лента) и положительными и отрицательными клеммами (без разъема).

Десятки разных моделей аккумуляторов были повсюду на заводе. Выше была батарея побольше для планшета.

Я нашел эту батарею особенно интригующей. Никогда не видел двухкомпонентную батарею.Возможно, двухэлементный аккумулятор изгибается? Большая ячейка идет под клавиатуру, а маленькая – за экраном? Я не мог получить больше информации об этом, но он заставляет меня иначе думать о вариантах батареи.

У каждой модели батарей был свой штат сотрудников.

Умножьте на много строк.

Цилиндрические покрытия

На другой линии производились литий-железо-фосфатные батареи (LiFePO ₄).Мне сказали, что процесс почти такой же, поэтому я получил не так много фотографий. Поскольку «литий-железо-фосфатные элементы намного труднее воспламенить в случае неправильного обращения», они считаются «более безопасными» аккумуляторами по сравнению с LiPo-аккумуляторами. Я не совсем уверен, но батареи LiFePO ₄ находят свое применение во многих аккумуляторных автомобилях. Не упустите номинальное 3,2 В (вместо 3,7 В для LiPos), но если вы делаете массивную батарею из последовательно соединенных элементов, 3,2 В на самом деле не имеет значения.

ReplaceMeOpen

ReplaceMeClose

Покрытие литиево-железо-фосфатного элемента

Эта машина принимает голые ячейки и автоматически разрезает и наклеивает термоусадочную этикетку. Затем свободные клетки попали в тепловой туннель длиной 4 фута. Я просто люблю звук в этом видео.

После выхода из духовки батарейка размера AA в комплекте с термоусадочной этикеткой.

Тестирование батарей

После того, как я задал так много вопросов и сделал так много фотографий, инженерия материалов действительно начала меня показывать.Не думаю, что я был очень похож на их средний тур. Инженер взволнованно спросил меня, не хочу ли я увидеть испытательную камеру – ДА!

На другом этаже здания в клетке размещалось восемь машин средневековых пыток. Контроль качества и проверка отказов являются частью каждой партии аккумуляторов, произведенных в течение дня.

Мне быстро предложили доступ, и я нерешительно вошел. Выше – духовка, которая доводит аккумуляторы до их возможной разрядки.

Метко названный «тестер разрушения аккумуляторных батарей» берет элемент и сжимает его по бокам, пока он не выйдет из строя.

Тестер прокола состоит из груза массой 10 кг со стержнем диаметром 10 мм на конце. Испытание поднимает эту массу на 1 метр в воздух и толкает ее в плоскую поверхность ячейки. Инженер выстрелил из этого с поразительным глухим стуком, который застал меня врасплох. Это много силы.

Тест ставки. Можем ли мы ткнуть его, пока он не загорится?

Тест складывания. Это прижимает ячейку к отрезку стали треугольной формы, из-за чего ячейка складывается под острыми углами.Излишне говорить, что бойня была эпической, и камеры были покрыты копотью из вышедших из строя ячеек.

Несколько камер после плавания.

По достижении конца теста ячейки раскладываются, разворачиваются и оценивается вектор отказов. В целом я был впечатлен уровнем выполнения и проверки.

Большие батареи

Конечной остановкой в туре была комната вдали от других, на противоположном конце здания.

Здесь производятся и тестируются очень большие аккумуляторные блоки . Мне сказали, что они используются для питания электрического автобуса.

Представьте, что вы могли бы сделать с 49 В при 40 000 мАч. Самые большие пакеты были 100Ач. Это почти 5000 Втч! Невероятные вещи.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Надеемся, вам понравилось читать! Эти уроки требуют много работы, и мы надеемся, что вы чему-нибудь научитесь! Если вам понравилось читать, оставьте комментарий и дайте нам знать.

Готовы поиграть с некоторыми батареями? Вот некоторые из наших продуктов для оформления заказа:

Теперь, когда вы прочитали, как производятся литиевые батареи, вот несколько руководств, которые могут поразить ваше воображение:

Полимерные электролиты для литий-полимерных аккумуляторов

В этом обзоре современные полимерные электролиты обсуждаются в отношении их электрохимических и физических свойств для их применения в литий-полимерных батареях.Мы делим полимерные электролиты на две большие категории: твердые полимерные электролиты и гелевые полимерные электролиты (ГПЭ). Сначала представлены требования к характеристикам и механизмы ионного переноса полимерных электролитов. Затем систематически описываются системы твердых полимерных электролитов, включая сухие твердые полимерные электролиты, системы полимер-в-соли (каучукоподобные электролиты) и одноионно-проводящие полимерные электролиты. Твердые полимерные электролиты по-прежнему страдают низкой ионной проводимостью, которая ниже 10 ⁻⁵ См см ⁻¹ .Для дальнейшего улучшения ионной проводимости были изучены многочисленные новые типы литиевых солей, а неорганические наполнители были включены в твердые полимерные электролиты. В разделе, посвященном гелевым полимерным электролитам, кратко описаны типы пластификаторов и методы приготовления ГПЭ. Хотя ионная проводимость ГПЭ может достигать 10 ^-3 См см ^-1 , их низкая механическая прочность и плохие межфазные свойства являются препятствиями для их практического применения.Значительное внимание уделяется включению неорганических наполнителей в ГПЭ для улучшения их механической прочности, а также транспортных и электрохимических свойств.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

Литий-полимерные (Li-Poly) аккумуляторные батареи

Литий-полимерный элемент отличается от обычных аккумуляторных систем типом используемого электролита.В оригинальной конструкции 1970-х годов используется сухой твердый полимерный электролит. Этот электролит напоминает пластиковую пленку, которая не проводит электричество, но допускает ионный обмен (ионы – это электрически заряженные атомы или группы атомов). Полимерный электролит заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом.

Конструкция из сухого полимера предлагает упрощения в отношении изготовления, прочности, безопасности и геометрии тонкого профиля. При толщине ячейки всего один миллиметр (0.039 дюймов), дизайнеры оборудования предоставлены самому себе в плане формы, формы и размера.

К сожалению, сухой литий-полимер имеет плохую проводимость. Внутреннее сопротивление слишком велико и не может обеспечить всплески тока, необходимые для питания современных устройств связи и раскрутки жестких дисков мобильного вычислительного оборудования. Нагревание ячейки до 60 ° C (140 ° F) и выше увеличивает проводимость, что не подходит для портативных приложений.

Для компромисса было добавлено немного гелеобразного электролита.В коммерческих элементах используется мембрана сепаратор / электролит, изготовленная из того же традиционного пористого полиэтилена или полипропиленового сепаратора, заполненного полимером, который гелеобразуется при заполнении жидким электролитом. Таким образом, коммерческие литий-ионные полимерные элементы очень похожи по химическому составу и материалам на их аналоги с жидким электролитом.

Литий-ионные полимеры не прижились так быстро, как ожидали некоторые аналитики. Его превосходство над другими системами и низкие производственные затраты не были реализованы.Никаких улучшений в увеличении емкости не достигается – фактически, емкость немного меньше, чем у стандартной литий-ионной батареи. Литий-ионный полимер находит свою рыночную нишу в тонких пластинах, таких как батареи для кредитных карт и другие подобные приложения.

Литий-полимерные преимущества

Очень низкий профиль – можно использовать батареи, напоминающие профиль кредитной карты.
Гибкий форм-фактор – производители не ограничены стандартными форматами ячеек.При большом объеме можно экономично произвести любой разумный размер.
Легкие гелеобразные электролиты позволяют упростить упаковку за счет отсутствия металлической оболочки.
Повышенная безопасность – более устойчивая к перезарядке; меньше шансов на утечку электролита.

Ограничения технологии литий-полимерных батарей

Более низкая плотность энергии и меньшее количество циклов по сравнению с литий-ионным.
Дорого в производстве.
Типоразмеров нет.Большинство ячеек производится для массовых потребительских рынков
Более высокое соотношение стоимости и энергии, чем у литий-ионных

Ограничения по содержанию лития для авиаперевозок

Авиапутешественники задают вопрос: «Сколько лития в батарее мне разрешено брать с собой на борт?» Мы различаем два типа аккумуляторов: литий-металлические и литий-ионные.

Большинство литий-металлических батарей не подлежат перезарядке и используются в пленочных фотоаппаратах. Литий-ионные аккумуляторы служат для питания ноутбуков, сотовых телефонов и видеокамер.Батареи обоих типов, включая запасные, разрешены в ручной клади, но не могут превышать следующего содержания лития:

2 грамма для литий-металлических или литиевых батарей
8 грамм для литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные батареи весом более 8 граммов, но не более 25 граммов могут перевозиться в ручной клади, если они имеют индивидуальную защиту от короткого замыкания и ограничены двумя запасными батареями на человека.

Как узнать содержание лития в литий-ионной батарее?

С теоретической точки зрения в типичной литий-ионной батарее нет металлического лития.Однако необходимо учитывать эквивалентное содержание лития. Для литий-ионного элемента это рассчитывается как 0,3 номинальной емкости (в ампер-часах).

Пример: литий-ионный аккумулятор емкостью 2 Ач 18650 содержит 0,6 грамма лития. На типичном аккумуляторе 60 Вт · ч для ноутбука с 8 ячейками (4 последовательно и 2 параллельно) это составляет 4,8 г. Максимальный аккумулятор, который вы можете взять с собой, – 96 Вт · ч, чтобы не превышать 8-граммовый предел ООН. Этот пакет может включать ячейки 2,2 Ач в структуре из 12 ячеек (4s3p). Если 2.Вместо этого использовалась ячейка 4Ah, упаковка должна быть ограничена 9 ячейками (3s3p).

Ограничения на отгрузку литий-ионных аккумуляторов

Любой, кто отправляет литий-ионные аккумуляторы оптом, несет ответственность за соблюдение правил перевозки. Это касается внутренних и международных перевозок по суше, морю и воздуху.

Литий-ионные элементы, эквивалентное содержание лития которых превышает 1,5 грамма или 8 граммов на аккумуляторную батарею, должны транспортироваться как прочие опасные материалы класса 9.«Емкость элементов и количество элементов в упаковке определяют содержание лития.

Исключение составляют упаковки, содержащие менее 8 граммов лития. Однако, если посылка содержит более 24 литиевых элементов или 12 литиево-ионных аккумуляторных батарей, потребуются специальная маркировка и отгрузочные документы. На каждой упаковке должно быть указано, что она содержит литиевые батареи.

Все литий-ионные батареи должны быть испытаны в соответствии со спецификациями, указанными в UN 3090, независимо от содержания лития (Руководство ООН по испытаниям и критериям, часть III, подраздел 38.3). Эта мера предосторожности защищает от транспортировки неисправных батарей.

Элементы и батареи должны быть разделены во избежание короткого замыкания и упакованы в прочные коробки.

Литий-полимерный аккумулятор от китайского производителя

Ежедневная задача по созданию чего-то нового увлекательна. От нас ожидают большего, чем от других производителей аккумуляторов. Я думаю, мы создаем будущее. Инновационные системы аккумулирования энергии LiPol Battery делают электроэнергию доступной везде и всегда.Наши ученые разрабатывают литий-полимерные батареи с постоянно увеличивающейся плотностью энергии. Батарейные элементы LiPo в сочетании с интеллектом и окружены корпусом обеспечивают решения из таких секторов, как медицина, связь и робототехника.
Все эти области делают его невероятно захватывающим. Сначала покупатель не имеет подробного представления о том, какими функциями должен обладать аккумулятор. Заявка клиента обычно не дорабатывается, и происходят изменения. Хочу сказать, что наша сила – гибкость.Многие люди не понимают, что липо-аккумулятор содержит электронику. В наши дни это означает, что он должен уметь все. Ситуация такова, что приложение становится все меньше и меньше. 80% от общего размера приложения составляет батарея, и именно здесь люди видят важность батареи.
Компания
LiPol Battery Co., Ltd – производитель литий-полимерных батарей в Шэньчжэне, Китай, была основана в 2002 году. Обладая более чем 8-летним опытом работы в энергетической отрасли, наша команда понимает уникальные требования наших клиентов.От индивидуальной системы до товаров на складе – мы максимально эффективно выполним ваши требования. Мы производим литий-полимерные батареи и литий-ионные аккумуляторные батареи для электронных устройств клиентов, предоставляем полный спектр услуг от проектирования и производства аккумуляторов, а также включаем упаковку и отгрузку аккумуляторов. Аккумулятор LiPol использовался для GPS, электронных книг, ноутбуков, bluetooth, мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов, цифровых видеокамер и так далее. LiPol аккумулятор также может предоставлять услуги OEM и ODM для литий-полимерных аккумуляторов, узнайте больше…
в 2017 году, мы создали еще один веб-сайт о липо-батареях, которые больше подходят для мобильных обзоров – LiPo Battery и LiPoly Battery. И литий-полимерные батареи

Технология гибких литиевых батарей

Все больше и больше продуктов становятся гибкими, и, как важный аксессуар, литиевая батарея также должна быть гибкой.Мы никогда не прекращаем совершенствовать технологию и производственный процесс нашей гибкой литиевой батареи от проектирования до массового производства. Узнать больше …

Аккумулятор для мобильного телефона и автомобильный аккумулятор

Текущий литий-ионный аккумулятор используется для двух полей. Один – электромобиль, другой – продукция 3С. Продукция 3С – это виды бытовой техники. Самая большая потребность в литий-ионных аккумуляторах – это мобильный телефон, который пользуется огромным спросом у людей. Узнать больше …

Что такое графеновая батарея?

Графен играет роль в улучшении рассеивания тепла в литиевом элементе, а не добавляет графен к положительному и отрицательному электродам литиевого элемента, поэтому графен в этой батарее не увеличивает скорость заряда и разряда, а также не может увеличивать плотность энергии, ни увеличить проводимость.Это литиевая батарея. Например, Huawei выпустила литиевую батарею с улучшенным тепловыделением. Слой графена обеспечивает отвод тепла. Узнать больше …

Аналитика рынка беспроводных наушников

Рынок беспроводных наушников быстро растет, когда компания Apple выпускает новые беспроводные наушники – AirPods. Тим Кук также сказал, что AirPods – это бестселлер, и он подорвал рынок. Все больше и больше ИТ-компаний, таких как HUAWEI, MI, Microsoft, Amazon, OPPO, Vivo, планируют выпустить новые продукты в 2019 году.В 2018 году объем продаж по всему миру составил 46 миллионов, а в 2020 году – 129 миллионов. Подробнее …

Медицинские устройства меньшего размера окажут подрывное влияние на методы управления здоровьем.

Медицинские устройства повсеместно встречаются в нашей жизни, но, как часть фармацевтической промышленности, ее рынок все еще относительно невелик, и он не так важен, как лекарства. В нем нет ни комплексного технологического прорыва, ни даже единой технологии. Направление, каждый прогресс – только врач обратит внимание.Но весь рост складывается вместе, но он окажет разрушительное влияние на индустрию здравоохранения, то есть каждый из нас управляет своим здоровьем. Узнать больше …

Литий-ионный полимерный аккумулятор для ходовой части носимых устройств

Крупные бренды по-прежнему доминируют в мире, особенно первая пусковая установка браслетов, Fitbit, и Jawbone также является отличным брендом в области браслетов. (Изогнутые литий-ионные полимерные батареи полностью используются на рынке браслетов).Функция браслета относительно однообразна, порог входа невысок, конкуренция на рынке жесткая, а спрос пользователей не так велик. Узнать больше …

Почему игрушки такие любимые?

Люди более терпимы к игрушкам, в то время как другой искусственный интеллект (ИИ) – нет. Например, в некоторых случаях невозможно управлять системой автопилота. Google Translate не может стать хорошим писателем. Диагностическая эффективность искусственного интеллекта намного ниже, чем в больницах.Умные игрушки – это отличная возможность для искусственного интеллекта получить раннее признание на рынке. Нет конкуренции между умными игрушками и высокими технологиями. Узнать больше …

Силовые батареи для электромобилей

Литий-ионный аккумулятор – лидер среди аккумуляторных батарей для электромобилей. Критическое различие заключается в материалах катода, которые являются наиболее важной частью литий-ионной батареи. Катодные материалы вмещают более половины батареи, а стоимость также превышает 40%.Цена батареи зависит от материалов катода. Для аккумуляторных батарей существует множество различных материалов катода. LiCoO используется в большинстве литий-ионных аккумуляторов, но его использование сокращается из-за более высокой стоимости и безопасности. Узнать больше …

Новый MacBook от Apple получил максимальную емкость с липоаккумуляторами

Чтобы сократить время простоя, Apple использует каждый миллиметр пространства нового mabcook .. Они создают новую технологию аккумуляторов. Несколько террасных липо-аккумуляторных элементов в упаковке, подходящие для таможенного ящика.Есть дополнительные 35% емкости по сравнению с обычным пакетом. Используется все доступное пространство в новом 12-дюймовом MacBook. Новые липо-аккумуляторы обеспечивают до 9 часов просмотра веб-страниц и 10 часов воспроизведения видео. Узнать больше …

iWatch использовал литий-полимерный аккумулятор LG с наконечником

Apple продлит время работы батареи iWatch, включая LG, Sumsung и Lisheng. Но LG предлагает лучшее решение для аккумуляторов – липоаккумулятор. Потому что LG обеспечивает большую емкость и особую форму.Этот тип литий-полимерной батареи может обеспечить максимальную емкость в ограниченном пространстве. Узнать больше …

Компания Apple улучшила литий-полимерный аккумулятор, чтобы продлить срок его службы

Это показывает, что Apple изменит дизайн липо-аккумуляторов для iPad, iPhone и MacBook, чтобы увеличить время автономной работы. Новый липо-аккумуляторный блок будет иметь липоэлементы другого размера. Компания Apple пытается расширить новую концепцию аккумуляторной батареи и подать заявку на патенты в соответствии с Законом США о торговых марках.Цель состоит в том, чтобы улучшить характеристики литий-полимерных аккумуляторных батарей во все большем количестве электронных продуктов, таких как iPhone, iPad и MacBook. Некоторые батареи подключены параллельно, чтобы образовать батарейный блок. Узнать больше …

Литий-полимерный аккумулятор – конкурентоспособная отрасль

Литий-полимерный аккумулятор

используется во многих продуктах, таких как планшеты, ноутбуки и прочая ультратонкая электроника. Спрос на рынке растет. К концу 2012 года доля ультратонких ноутбуков вырастет до 40%.Но компания Apple приобрела более 40% хороших поставщиков литий-полимерных батарей. Другие компании DELL, Acer или Asus сейчас ищут новых поставщиков литий-полимерных батарей. Узнать больше …

Землетрясение в Японии подтолкнуло производство литий-полимерных батарей к Китаю

Япония занимает первое место в мире по производству литий-полимерных батарей, и ей принадлежит более 50% материалов для литий-полимерных батарей. В Японии существует полная отраслевая цепочка, от начала до конца материала, такая как аккумуляторная батарея и проектирование схем.Учить больше…

Исследовательский центр Гленна НАСА в партнерстве с Fuentek лицензирует технологию для улучшения литий-полимерных батарей

Для повышения производительности и безопасности литий-полимерной батареи исследовательский центр Гленна НАСА попросил Fuentek найти компании для получения лицензии на усовершенствованный сополимерный гелевый электролит. Эта технология электролита улучшит характеристики перезаряжаемой литий-полимерной батареи и будет более безопасной, чем существующие батареи, поскольку в ней нет летучих или легковоспламеняющихся компонентов.Узнать больше …

Sanyo рассчитывает на десятикратное увеличение емкости литий-ионных аккумуляторов

KASAI Japan и Sanyo Electric, производящие литий-ионные аккумуляторы для гибридных автомобилей для Ford и Honda, нацелены на десятикратное увеличение производственных мощностей литий-ионных аккумуляторов за пять лет, а также на сокращение производственных затрат наполовину за это время в своем стремлении стать лидер в производстве силовых агрегатов нового поколения для экологически чистых автомобилей. Узнать больше …

Стабилизирующие полимерные электролиты в высоковольтных литиевых батареях

Стабильность полиэфирных электролитов на литиевом аноде

Изучается электролит, состоящий из бис (2-метоксиэтилового) эфира (диглима) и соли нитрата лития (LiNO ₃).Выбор LiNO ₃ в качестве первичной соли для наших исследований основан на том факте, что это более дешевая альтернатива другим солям (например, LiTFSI и LiFSI), которые, как сообщается, образуют электрохимически стабильные продукты разложения в присутствии металлического Li ^{. 30}. Диглим выбран как простейший олиго-эфир, который предлагает сочетание высокой температуры кипения (162 ° C) и заметной скорости переноса ионов при температуре окружающей среды, чтобы представлять интерес в качестве электролита для литий-металлической батареи при комнатной температуре.Химическая структура электролита, включая легкость, с которой молекула может быть электрополимеризована на катоде или аноде электрохимической ячейки, является общей для всех жидких и твердых полимерных электролитов на основе простых эфиров, что означает, что межфазная полимеризация, окислительный распад и транспортные характеристики диглима на электродах в разумном приближении представляют гораздо более широкий класс кандидатов в полимерные электролиты. Позже мы покажем, что результаты, полученные с использованием диглима, могут быть легко применены для достижения стабильного циклирования высокополимерных простых эфиров при потенциалах, которые ранее считались выходящими за пределы их стабильности.

Концентрация соли в электролите является ключевой регулирующей переменной для регулирования его проводимости и вязкости. Здесь мы систематически регулировали концентрацию LiNO ₃, чтобы варьировать соотношение, r , катионов Li ⁺ к молекулам эфирного кислорода (EO) в электролите. На дополнительном рис. 1а показано влияние r на зависящую от температуры проводимость электролита. Видно, что значения проводимости при комнатной температуре превышают 1 мСм см ^-1 для всех материалов, использованных в исследовании, но есть заметные изменения при отрицательных температурах.Из результатов видно, что электролиты диглим – LiNO ₃ с r = 0,1 демонстрируют самую высокую проводимость во всем диапазоне температур измерения, использованных в исследовании. Также примечательно, что даже при температуре -30 ° C проводимость этого электролита составляет> 1 мСм / см, что делает его пригодным для низкотемпературной работы от батарей без каких-либо компромиссов по удельной мощности. Сплошные линии на дополнительном рис. 1a показывают, что модель Фогеля – Фулчера – Таммана (VFT), σ = Α exp (- E _a/ R ( T – T _o)) дает разумное описание измеренных проводимостей в довольно широком диапазоне температур.Здесь E _a – кажущаяся энергия активации и связана со свободным объемом, необходимым для переноса ионов Li ⁺ через электролит; T ₀ относится к температуре стеклования, T _г, полимера (обычно оказывается порядка T _г –50 ° C). E _a, полученные из этого анализа, поэтому обеспечивают меру легкости, с которой ионы перемещаются в электролите, и представлены как функция от r на дополнительном рис.1b. E _a, как видно, монотонно увеличивается с r , аналогично температуре стеклования ( T _g), что также показано на дополнительном рис. 1b. Этот результат указывает на то, что существует высокий уровень молекулярной ассоциации между диглимом и солью, что согласуется с идеей о том, что по мере увеличения концентрации соли молекулы диглима перемещаются более связанным образом. На основании этих результатов мы используем электролит с r = 0.1 для всех последующих исследований.

Электролиты на основе глима или эфира, как известно, подвергаются анионной полимеризации на поверхности щелочных металлов, особенно при высоких восстановительных потенциалах на рабочем аноде. Полученные в результате обогащенные полимером промежуточные фазы являются желательными, поскольку они пассивируют электрод от паразитных химических реакций с электролитом. По этой причине глимы являются одними из наиболее предпочтительных электролитов для электрохимических ячеек, в которых щелочные металлы должны использоваться в качестве анодов ^1,19,30.К сожалению, если не контролировать, образующиеся полимеры могут вырасти до такой высокой молекулярной массы, что транспорт Li ⁺ к электроду сильно замедляется. Считается, что щелочные металлы управляют этим процессом, инициируя полимеризацию путем отщепления протона от боковой цепи молекулы глима, как показано на рис. 1а. Полимерная цепь растет в результате процесса присоединения, при котором активный анионный реакционный центр сталкивается с другой молекулой глима, увеличивая длину цепи. Поскольку электростатические взаимодействия между активными центрами предотвращают столкновения между растущими цепями, а центры могут быть стабилизированы ионами лития в растворе, рост в принципе может продолжаться бесконечно с образованием чрезвычайно больших, плохо проводящих полимерных цепей или до тех пор, пока все доступные молекулы глима не будут интегрированы в растущий центр. .В любом случае подвижность ионов в объеме электролита падает, а межфазное сопротивление возрастает, вызывая преждевременный выход из строя элемента в результате процесса, называемого «бегство напряжения».

Рис. 1

Обеспечение стабильного электроосаждения металлического лития. a Схема, показывающая возможные сайты расщепления диглима и молекул HFiP, так что неконтролируемая полимеризация диглима гасится радикалом CH (CF ₃) ₂ ⁺. b Профиль напряжения для гальваники и снятия изоляции с металлического лития при одинаковой плотности тока.Различные числа представляют индекс цикла. c Сканирующая электронная микроскопия, изображение подложки из нержавеющей стали после осаждения лития в течение 6 часов при плотности тока 1 мА · см ⁻², масштабная линейка соответствует 2 мкм. d Измерения кулоновской эффективности в асимметричной ячейке из Li || нержавеющей стали при плотности тока 1 мА см ⁻² и емкости 1 мАч см ⁻². Черные кружки представляют электролит диглим-LiNO ₃ с добавкой HFiP, а красные треугольники – результаты для контрольного / чистого электролита

. Мы предполагаем, что электролит, который обращается к этой фундаментальной характеристике анионно-аддитивной полимеризации без обрывов цепи, может ограничивать цепную рост для создания самоограничивающейся SEI на металлическом электроде.Чтобы проверить эту идею, мы используем молекулу трис (гексафторизопропил) фосфата (HFiP), которая, как известно, легко образует несколько видов CH (CF ₃) ₂ ⁺ на молекулу ^31,32. Большое количество электроноакцепторных групп около катионных фрагментов должно обеспечивать быстрое и эффективное тушение анионной полимеризации молекул глима по механизму передачи цепи, изображенному на рис. 1а. В качестве доказательства концепции мы провели простой анализ, в котором металлический литий был погружен в электролит диглим – LiNO ₃ с молекулой HFiP и без нее и выдержан в течение 1 месяца.Дополнительный рисунок 2 показывает, что в отсутствие CTA электролит становится желтым из-за неконтролируемой объемной полимеризации молекул диглима, в то время как литий чернеет из-за поверхностных реакций. Для сравнения: электролиты, содержащие молекулы HFiP, не только в растворе диглима, но и на поверхности лития, сохраняют свою первозданную форму. Чтобы исследовать границы раздела фаз, сформированные на образце Li, литиевая фольга, использованная в обоих экспериментах, была проанализирована с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), и результаты представлены на дополнительных рисунках.3 и 4. XPS F-1s для случая с добавкой HFiP демонстрирует единственный пик при 688,9 эВ, представляющий связь –CF ₃, что дополнительно подтверждается XPS C-1s из пика при 293,3 эВ, в то время как отсутствует в C-1 для лития, экстрагированного из электролита без HFiP ³³. Отсутствие пика энергии связи фторида металла является подтверждением того, что группы –CF ₃ не разлагаются в присутствии металлического литиевого электрода, что исключает альтернативный механизм стабилизации, описанный в нашей предыдущей работе ^22,23.

Эффективность подхода к созданию самоограничивающихся межфазных границ на литиевом аноде была оценена в асимметричной электрохимической ячейке, состоящей из металлического лития и электродов из нержавеющей стали. Сравнивая электрический ток, генерируемый, когда определенное количество Li удаляется с Li-электрода и наносится на электрод из нержавеющей стали, с током, необходимым для обратного процесса, можно определить кулоновский КПД (CE) ячейки. На рисунке 1b показан профиль напряжения во время типичного измерения в ячейках с HFiP CTA и без него.Можно видеть, что, хотя для 100-го цикла значения CE для двух электролитов одинаковы, перенапряжение для удаления и нанесения покрытия Li значительно снижается с помощью CTA, что согласуется с ожиданиями в отношении способности CTA останавливать рост полимерной цепи. Последствия этих эффектов довольно четко видны на рис. 1d и дополнительном рис. 5, на которых указаны значения CE для электролита с и без CTA при плотностях тока 1 и 0,25 мА / см ², соответственно, в каждом полупериоде. в составе 1 ч.Это означает, что приблизительно 5 мкм и 1,25 мкм Li электрода 450 мкм снимаются и покрываются во время каждого цикла соответственно. Видно, что CE поддерживается на уровне> 98% в течение 2000 циклов пластина-полоса, даже без усилий по оптимизации состава CTA в электролите или его эффективности в прекращении аддитивной полимеризации. Насколько нам известно, такой уровень стабильности не наблюдался в металлическом литиевом элементе, использующем какой-либо жидкий электролит.

Преимущества CTA становятся еще более очевидными, когда сравниваются результаты для электролитов с HFiP и без него (рис.1г). Наблюдается, что в то время как контрольный электролит диглим-LiNO ₃ с / без CTA показывает аналогичные значения CE для начальных 200 циклов, при более длительном циклировании появляются большие колебания во втором, которые отсутствуют в первом. Аналогичное поведение наблюдается при более низкой плотности тока 0,25 мА / см ², однако колебания CE видны после 500 циклов. Мы дополнительно охарактеризовали электроосажденную поверхность Li с помощью СЭМ-анализа электрода из нержавеющей стали после электроосаждения 6 мАч см ^-2 (прибл.30 мкм Li) при 1 мА см ^-2 (рис. 1c) и 0,25 мА см ^-2 (дополнительный рисунок 6) в глим-электролите, содержащем HFiP. Видно, что отложения компактны при обеих этих плотностях тока и что покрытие гладких отложений составляет несколько микрон, что указывает на их крупномасштабную однородность.

Колебания CE, наблюдаемые в контрольных электролитах, связаны со спорадическими электрическими соединениями с электрически отключенными фрагментами лития («осиротевший литий»), образовавшимися в процессе электроосаждения, и указывают на необратимость процесса.Эти результаты подтверждаются посмертным анализом поверхности электрода после циклирования Li || элемента из нержавеющей стали с HFiP и без него при плотности тока 1 мА · см ⁻² в течение 100 циклов с последующим нанесением лития емкостью 1 мА · ч · см ^{– 2} на электроде из нержавеющей стали. СЭМ-изображения электроосажденной нержавеющей стали, представленные на дополнительном рис. 7, показывают, что в отличие от открытых, дендритных или игольчатых отложений, наблюдаемых в контрольном электролите, электролит, содержащий СТА, приводил к компактным структурам.Мы полагаем, что это различие является отражением более быстрой диффузии ионов лития и низкого сопротивления переносу заряда для анодной реакции: Li ⁺ + e ^– → Li на границах раздела фаз, где полимеризация глима ограничена.

Непрерывная полимеризация молекул диглима без HFiP CTA может привести к увеличению сопротивления батареи при длительном циклировании, что можно исследовать с помощью измерений спектроскопии импеданса. На дополнительном рисунке 8 представлены графики Найквиста, полученные для ячеек, содержащих электролит диглим – LiNO ₃ с ТТК и без него.Ячейки, использованные в исследовании, состояли из дисков из металлического лития и нержавеющей стали в качестве электродов и были включены 100 раз при плотности тока 1 мА · см ^-2 и емкость 1 мА · ч ^-2, с гальваническим покрытием в последнем. шаг. Подгонка спектров импеданса к соответствующей модели схемы (показанной на вставке дополнительного рисунка 8) показывает, что межфазное сопротивление для ячейки, использующей контрольный электролит, составляло 77,5 Ом, в то время как сопротивление ячейки, содержащей CTA, составляло 50,9 Ом. Таким образом, можно утверждать, что CTA обеспечивает более длительную стабильную циклическую работу, предотвращая деградацию электролита.Мы также проанализировали поверхность металлического лития, извлеченного из ячейки Li || из нержавеющей стали с электролитом диглим – LiNO ₃ –HFiP после 100 циклов с использованием XPS (приведено на дополнительном рис. 9). Можно видеть, что большая часть спектров F-1s состоит из пика при 688,9 эВ, соответствующего –CF ₃, он также показывает наличие пика при 684 эВ, который можно отнести к присутствию частиц LiF. . Несколько предыдущих работ на границах раздела электрод-электролит продемонстрировали, что LiF стабилизирует электроосаждение металлического лития ^23,34.В целом, мы полагаем, что механизм стабилизации путем гашения анионной полимеризации глимов является универсальным для молекулярных добавок, отличных от HFiP, которые способны к передаче цепи, включая BTFE (бис (2,2,2-трифторэтил)) ³⁵ и соли металлов. на основе TFSI (бис (трифторметансульфонил) имида) ³⁶, среди прочих.

Анионные полимерные покрытия на катоде

Успех CTA в ограничении роста полимера при восстановительных потенциалах на литиевом аноде приводит нас к гипотезе, что аналогичный подход может быть использован для того, чтобы все электролиты на основе эфиров могли работать при более высоких потенциалах. , где окислительное разрушение электролитов является хорошо известным и давним препятствием для использования электролитов на основе эфира в литиевых батареях, в которых используются катоды высокого напряжения.Чтобы пролить свет на реакцию разложения глимов на высоковольтном катоде, мы экспериментально охарактеризовали продукты, образующиеся на катоде NCM после циклирования ячейки Li || NCM с использованием базового электролита диглим – LiNO ₃ –HFiP при потенциалах от 3,0 до 4,2 В. На рис. 2а представлены результаты инфракрасного анализа с преобразованием Фурье (FTIR), которые показывают одно существенное изменение по сравнению со спектром циклического электрода в диглимном электролите по сравнению со случаем электрода, защищенного литионом (обсуждается далее): появление заметного пика около 1600 см ⁻¹.Эта вибрация является хорошо известной характеристикой ненасыщенных связей C = C, и мы предварительно приписываем ее присутствию реакции H-отрыва, показанной на рис. 2b. Как сообщается далее на дополнительном рис. 15, подобное образование связи C = C также наблюдается в электролите, извлеченном с обращенной к катоду поверхности сепараторов в циклических элементах Li || NCM. Вероятный механизм реакции высоковольтной деградации молекул диглима представлен на дополнительном рис. 22, где видно, что образуются альдегиды и монозамещенные алкены в соответствии с нашими экспериментальными наблюдениями.Он дает подсказки о том, как и почему окисление электролитов на основе эфира ухудшает характеристики батареи: отвод водорода и образование таких групп приведет к самополимеризации электролита, что приведет к высоким перенапряжениям. Предыдущие исследования с использованием комплексов ионной жидкости [Li (glyme) ₁] ⁺ X- предполагали, что реакция окисления глимов на катоде высоковольтной литиевой батареи включает отрыв неподеленной пары от ЭО при окислении. катодные потенциалы ³⁷.На этом основании улучшенные уровни окислительной стабильности, наблюдаемые в комплексах, были приписаны ЭО, отдающему свою неподеленную пару катиону Li ⁺, чтобы незначительно снизить энергетический уровень самой высокой занятой молекулярной орбитали (ВЗМО) молекулы глима ^37,38. В настоящем исследовании мы далее рассчитали граничные энергии молекулярных орбиталей и энергетические щели ВЗМО – НСМО в диглиме и его комплексах с Li и аналогичным образом наблюдали, что энергия ВЗМО слабо снижается (дополнительный рис.S23 и дополнительная таблица 1).

Рис. 2

Разработка стабильных границ раздела катод-электролит (CEI) на основе иммобилизованных анионов. a Профиль интенсивности, полученный с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) для нетронутого (нециклированного) катода NCM и NCM, извлеченного из ячейки Li || NCM, дважды циклированной при C / 10, с покрытием Lithion и без него. b Схема, показывающая предложенный механизм экстракции протонов из молекулы диглима в результате окисления при высоких напряжениях. c Схема, показывающая структуру литированного Nafion ^TM (Lithion), используемого для создания искусственного CEI. d Гистограмма сравнения окислительной стабильности различных электролитов с литиевым покрытием (черный) и без (красный). Измерения проводились в 3-электродной ячейке с Ag / AgCl в качестве сравнения и нержавеющей стали в качестве рабочего и противоэлектродного электродов. Скорость сканирования составляла 10 мВ / с. Исследуемые электролиты: 1 М LiNO ₃ в воде, r = 0.1 LiNO ₃ в диглиме, r = 0,05 LiNO ₃ в ПЭО-250, r = 0,05 LiNO ₃ в ПЭО-500 и 1 M LiNO ₃ в диметилацетамиде. На вставке показаны результаты линейной вольтамперометрии для электролита 1 M LiNO ₃ (водн.). Все напряжения сдвинуты относительно Li / Li ⁺

Из-за сильной координации Li ⁺ с глимами было бы трудно предотвратить эффективное внедрение Li ⁺ в катод, не подвергая растворитель электролита воздействию окисление.Подход, который бы десольватировал ионы Li ⁺ без ущерба для подвижности на границе раздела катод / электролит, может достичь обеих целей. Здесь мы решили изучить границы раздела фаз, образованные полукристаллическим анионным полимерным электролитом, литионом (см. Рис. 2c). Этот выбор мотивирован тремя соображениями. Во-первых, мы обнаружили, что растворы литиона в апротонном эфире карбоната и спиртах обладают низкой вязкостью, что позволяет полимеру переноситься жидкими носителями в поры предварительно сформованных катодов.Во-вторых, мы ранее исследовали электрокинетику интерфейсов, покрытых литионом, и сообщили, что центры отрицательного заряда, созданные диссоциацией сульфонатных групп вдоль основной цепи полимера, обеспечивают эффективный электростатический экран, который ограничивает перенос отрицательно заряженных частиц на плоских электродах, но обеспечивает легкий перенос катионов ³⁹. Это дало числа переноса лития, приближающиеся к единице в жидких электролитах, которые одновременно демонстрируют высокую объемную и межфазную ионную проводимость.Наконец, небольшие размеры пор и сосуществование гидрофобных и гидрофильных доменов в литионной мембране означают, что при соответствующей толщине должно быть возможно замедлить перенос сильно поляризованных молекул в транспорте растворителя без ущерба для подвижности катионов.

Мы выполнили линейную сканирующую вольтамперометрию в трехэлектродной ячейке, используя Ag / AgCl в качестве электрода сравнения и нержавеющую сталь с литиевым покрытием в качестве рабочего и противоэлектрода, чтобы определить эффективность литионного слоя в улучшении окислительной стабильности жидких электролитов.Поскольку механизм стабилизации, предполагаемый для литиевого покрытия, является общим, мы оценили различные электролиты, от водных жидкостей до жидкостей с высоким донорным числом Гутмана, таких как диметилацетамид, печально известный своей окислительной нестабильностью. Потенциал электрохимического окисления, измеренный в каждом случае, сравнивался со случаем без покрытия Lithion. На вставке к рис. 2d показано окислительное окно 1 M LiNO ₃ – вода в качестве электролита. Видно, что покрытие Lithion заметно задерживает начало измеримого анодного тока и повышает окислительный потенциал воды как минимум на 0.3 V. Аналогичный вольтамперометрический анализ для других неводных электролитов, включая диметилацетамид, диглим и ПЭО с более высокой молекулярной массой, показан на дополнительном рисунке 10. Результаты, представленные на рисунке 2d, показывают, что во всех случаях улучшение окислительного потенциала происходит. Наблюдается, при этом наибольшее увеличение наблюдается в электролитах, которые меньше всего смачивают литионный слой. Универсальность стабилизирующего эффекта анионного литиевого покрытия подтверждает нашу гипотезу о фундаментальном механизме стабилизации.

На основании этих результатов мы создали электрохимические ячейки, состоящие из металлического литиевого анода, катода NCM, покрытого литиевым покрытием или без него, и электролита диглим – LiNO ₃ –HFiP, использованного на первом этапе исследования. Метод капельного литья, при котором литион сначала растворяли в изопропаноле с образованием разбавленного раствора, который наносили по капле на электродный диск NCM. Толщину литиевого слоя можно регулировать, изменяя концентрацию раствора для заливки.Мы использовали методику сканирующей электронной микроскопии (крио-SEM), выполняемую при криогенных температурах (см. Дополнительный рис. 11), чтобы охарактеризовать толщину и распределение литиевого покрытия, образованного на электроде NCM. Этот анализ показал, что достаточно толстые покрытия (от 90 мкм до 30 мкм) получают методом капельного литья. Дополнительный анализ с использованием EDX-картирования на поперечном сечении, фрезерованном в слой криогенным сфокусированным ионным пучком, как показано на рис. 3a, и по всей толщине слоя с трещинами, как на дополнительном рис.12, показывает, что литион проникает через электроды и поглощает активные частицы (см. Рис. 3b). Сравнивая отдельные элементные карты, сигналы C и F наблюдаются вокруг отдельных частиц, содержащих Ni, Mn и Co, что позволяет предположить, что литионный слой не только покрывает макроскопические поверхности электродов, но также может обволакивать частицы NCM.

Рис. 3

Иммобилизованные анионы на катоде предотвращают окисление глима. – изображение Cryo-SEM поперечного сечения электрода из никель-марганцево-кобальтового оксида (NCM), покрытого литионом, полученное фрезерованием сфокусированным ионным пучком.Отображение EDX различных элементов, присутствующих в поперечном сечении, показано справа. b Крио-FIB / SEM-изображения поверхности электрода NCM, покрытого литионом. Слой лития, присутствующий на катоде NCM, намеренно растрескивается во время подготовки, чтобы обнажить его толщину. c Профиль напряжения литиевой ячейки || NCM с использованием базового электролита диглим – LiNO ₃ –HFiP при скорости C / 10; шкала 2 мкм. d Профиль напряжения элемента Li || NCM с использованием того же основного электролита, однако катод покрыт слоем лития, работающего при C / 10; шкала 10 мкм. e Электрохимический флотирующий эксперимент в ячейке Li || NCM. В этих экспериментах напряжение фиксируется на различных значениях в диапазоне от 3,6 до 4,3 В в течение 24 часов, и измеряется отклик по току для количественной оценки электрохимической стабильности межфазных фаз электролит / электрод в диапазоне потенциалов. Черные кривые представляют результаты для NCM без покрытия, а синие – для электродов NCM с литиевым покрытием

Для оценки эффективности подхода мы провели гальваностатические циклические исследования с использованием элементов Li || NCM, содержащих электролит диглим – LiNO ₃ –HFiP с / без литиевого покрытия, нанесенного на катод.Результаты для базового случая (т. Е. Без литиевого покрытия катода) представлены на рис. 3c, где видно, что профиль напряжения демонстрирует длительную стадию зарядки в 1-м цикле и беспорядочные колебания во 2-м цикле выше 3,8. V против Li / Li ⁺. На этапе разряда таких колебаний не наблюдается, однако во втором цикле наблюдается высокое перенапряжение, указывающее на высокое сопротивление батареи, вызванное окислительным разложением глимовых электролитов. Эти результаты можно сравнить с наблюдениями, представленными на рис.3d для ячеек Li || NCM, содержащих тот же электролит, за исключением случая, когда электрод NCM был покрыт упомянутым литионным слоем. Из профилей напряжения для 1-го и 2-го циклов на рис. 3d сразу видно, что функция продолжительной зарядки, наблюдаемая для контрольных ячеек, отсутствует. В качестве более экстремального теста мы исследовали циклическое поведение элементов Li || NCM, состоящих из тонкой (50 мкм) металлической литиевой фольги в качестве анода. Результаты, представленные на дополнительном рис. 13, показывают, что окислительная стабильность, обеспечиваемая покрытием Lithion, выходит далеко за рамки первых нескольких циклов заряда-разряда и что стабильная цикличность достигается более чем на 100 циклов.На дополнительном рисунке 14 представлены результаты более строгого протокола, в котором элементы Li || NCM, состоящие из катодов NCM, покрытых литионом, подвергались ступенчатому увеличению зарядных потенциалов до 4,4 В. Опять же, наблюдаются беспрецедентные уровни стабильности, согласующиеся с повышенным окислительная стабильность электролитов, определенная на основе измерений LSV. В предыдущей работе сообщалось, что электролиты на основе глима, которые образуют комплексы ионной жидкости с солями Li, могут обеспечивать стабильную цикличность в элементах Li || LFP и Li || LCO ³⁷.Однако уровень стабильности, достигнутый на дополнительных рис. 13 и 14 с нашим простым процессом катодного покрытия в элементах Li || NCM является беспрецедентным.

Более строгий анализ стабильности электролита может быть проведен с помощью электрохимических экспериментов с плаванием. В этом эксперименте элементы Li || NCM с покрытием Lithion и без него заряжаются ступенчатым изменением напряжения в диапазоне от 3,6 до 4,3 В, и напряжение поддерживается на заданном уровне в течение 24 часов, как показано на рис. .3e. Ток утечки, полученный при каждом напряжении, регистрируется и может использоваться для непосредственной оценки важности электрохимического разложения электролитов в полностью заряженном состоянии. Результаты показывают, что ток утечки всегда выше для контрольных ячеек (то есть без обработки литионным электродом), чем для тех, которые используют электрод NCM с литиевым покрытием. Кроме того, видно, что токи утечки для первичного случая NCM превышают токи для модифицированных ячеек NCM с большей скоростью, чем 4 В, что также согласуется с низким CE, наблюдаемым при циклировании полуэлементов Li || NCM.

Образование анионных частиц на катоде на месте

Эффективность катодных покрытий на основе лития предполагает, что другие подходы, которые приводят к образованию на месте анионных полимерных покрытий по всему катоду, были бы столь же простой стратегией обеспечения электролитов на основе эфиров в литиевых элементах с катодами высокого напряжения. Чтобы оценить эту концепцию, мы использовали квантово-механические расчеты на уровне гибридной теории функционала плотности (DFT) для компьютерного исследования межфазных границ, образованных при высоких потенциалах литиевой солью бис (оксалат) боратом лития (LiBOB) в глим-электролите.Анион БОБ представляет интерес, поскольку в предыдущих исследованиях сообщалось, что он легко образует либо открытый дианион, разрывая связь B – O, либо может давать продукты диссоциации ^40,41,42. Реакции этих промежуточных видов с диглимом будут давать различные продукты связывания. Мы рассчитали свободные энергии реакции образования серии нейтральных и анионных продуктов сочетания O – C, C – C и B – C из диглима и дианиона BOB. Эти превращения происходят за счет высвобождения молекул CO ₂.Рассматриваемые здесь уникальные продукты взаимодействия и соответствующие изменения свободной энергии представлены на рис. 4а. Расчеты показывают, что образование отрицательно заряженных частиц термодинамически более благоприятно, чем соответствующие нейтральные аналоги. Среди анионных димеров продукт сочетания C – C (a на рис. 4a), образованный высвобождением молекулы CO ₂, является термодинамически наиболее выгодным (Δ G = -0,64 эВ).

Рис. 4

Образование анионных агрегатов in-situ на границе раздела катода. a Структуры продуктов вероятного связывания BOB ^2- и диглима. Рассчитанные энергии без реакции (в эВ) образования анионных (зеленый) и нейтральных (красный цвет) димеров. b Оптимизированная геометрия для димера и продуктов связывания более высокого порядка BOB и диглима. Соответствующие расходы указаны в скобках. c Таблица, показывающая рассчитанные окислительно-восстановительные потенциалы диглима и его олигомеров с молекулами BOB. Потенциалы окисления / восстановления рассчитываются относительно пары Li / Li ⁺.Положительный или отрицательный знак используются для обозначения потенциалов восстановления и окисления соответственно. d Инфракрасные (ИК) спектры, сравнивающие профили интенсивности, полученные в результате эксперимента и расчетов методом DFT. Экспериментальный профиль был получен с катода NCM, полученного из ячейки Li || NCM после двух циклов заряда-разряда при низкой скорости C / 10. Ячейка содержала электролит диглим-LiNO ₃ -HFiP с 0,4 M LiBOB в качестве солевой добавки

Исходя из отрицательно заряженного димера, можно было предвидеть его последующие реакции с диглимом и BOB ^2-, которые будут генерировать олигомеры, полимеры или супрамолекулярный узел на границе электрод-электролит.Чтобы оценить эту возможность, мы рассчитали энергии без реакции для ступенчатой генерации нейтрального или отрицательно заряженного димера, тример, тетрамера и пентамера из BOB ^2- и диглима (рис. 4b). Эти расчеты показывают, что образование нейтрального или отрицательно заряженного тримера и более высоких агрегатов является термодинамически невыгодным. Образование анионной и нейтральной форм тримеров из димера эндотермично на 1–4 эВ, тогда как образование продуктов связывания более высокого порядка крайне неблагоприятно (Δ G > 10 эВ).При более высоких напряжениях тримеры все еще могут образовываться, однако дальнейшая полимеризация маловероятна. Более высокие олигомеры с множеством зарядов могут быть нестабильными, поскольку они легко диссоциируют на более мелкие заряженные димеры или тримеры. На этой основе мы теоретически рассчитываем окислительно-восстановительные потенциалы молекулы глима и его олигомеров с молекулами BOB, представленные на рис. 4c, с использованием вычислительной методологии, описанной в дополнительной информации. Видно, что олигомеры глим-BOB заряжены и электрохимически стабильны при высоких потенциалах.Можно утверждать, что эти первоначально образованные олигомеры образуют сеть на катоде посредством сильных нековалентных взаимодействий; предоставление заряженной супрамолекулярной сборки (как показано на схеме на рис. 5а).

Рис. 5

Обеспечение стабильного цикла высоковольтной литиевой батареи с эфирными электролитами. a Схема, показывающая предложенный механизм, с помощью которого ингибируется окисление простых эфиров при высоковольтном CEI, содержащем слой иммобилизованных анионов. b Диаграмма потенциалов, полученная из линейной вольтамперометрии в 3-электродной ячейке, в которой Ag / AgCl является электродом сравнения, а нержавеющая сталь используется как рабочий электрод, так и противоэлектрод.Скорость сканирования составляла 10 мВ / с, в качестве электролита использовался диглим – LiNO ₃ –HFiP с (синий) и без (красный) добавкой 0,4 М соли LiBOB. c Профиль напряжения для 5-го, 50-го и 100-го циклов заряда и разряда элемента Li || NCM, содержащего диглим – LiNO ₃ –HFiP электролит с 0,4 M LiBOB в качестве солевой добавки. d Сохранение разрядной емкости и кулоновская эффективность более 200 циклов для элемента Li || NCM с диглимом – LiNO ₃ –HFiP электролитом с 0.4 M LiBOB в качестве солевой добавки. Здесь используется фольга Li толщиной 50 мкм, а отношение емкости анода к катоду (N: P) составляет 5

. Ячейки Li || NCM с добавкой LiBOB в электролите диглим – LiNO ₃ –HFiP (основной) дважды при C / 10 и извлекали катод NCM для анализа FTIR. На рисунке 4d показано соответствие измеренных и рассчитанных с помощью вычислений ИК-спектров для олигомерных разновидностей, обсуждаемых в предыдущем разделе.Различия в относительных интенсивностях можно объяснить наличием дополнительных компонентов (соли, добавки, поверхностные примеси), которые не учитываются в расчетах методом DFT. Подтверждение того, что LiBOB увеличивает окислительный потенциал, было выполнено с помощью линейной вольтамперометрии в трехэлектродной установке, а также более строгого электрохимического теста с плавающей запятой. Результаты представлены на рис. 5b и дополнительном рис. 16 соответственно. Видно, что потенциал разложения электролита увеличивается примерно на 0.3 В (рис. 5б). Поскольку измерение проводилось в 3-электродной ячейке с нержавеющей сталью в качестве рабочего электрода, наш аргумент о том, что LiBOB формирует CEI на месте, подтверждается. В плавающих экспериментах с добавкой LiBOB и без нее элементы Li || NCM заряжали до различных напряжений и выдерживали при каждом напряжении в течение 24 часов. Результаты (дополнительный рисунок 16) показывают, что утечка значительно ниже, чем в контрольных ячейках при всех напряжениях. Мы также охарактеризовали поверхность анода из металлического лития с помощью XPS после двух начальных циклов заряда и разряда со скоростью C / 10 (дополнительный рис.17).

В качестве окончательной оценки мы создали элементы Li || NCM, состоящие из тонкой (50 мкм) металлической литиевой фольги в качестве анода с катодом NCM с соотношением емкости анода к катоду 5: 1 и основным электролитом (диглим – LiNO _{). 3} –HFiP) с LiBOB в качестве солевой добавки. Профили напряжения для 5-го, 50-го и 100-го циклов показаны на рис. 5c, а продолжительность цикла – на рис. 5d. Видно, что CE элементов является высоким (> 98%) и что разрядная емкость сохраняется на уровне более 80% в течение как минимум 200 циклов со скоростью C / 5.Аналогичные характеристики также наблюдаются при скорости разряда (C / 2), указанной на дополнительном рисунке 18. Улучшения характеристик согласуются с теми, которые наблюдаются для катодов с литиевым покрытием.

Возможная концепция стабилизации высокого напряжения с использованием анионных поверхностей раздела не ограничивается олигомерными жидкими электролитами. Он должен быть применим к любому электролиту на основе ПЭО, включая гели и твердотельные электролиты. Чтобы оценить это, мы разработали гелевые электролиты, содержащие 1 мас.% Высокомолекулярного ПЭГ ( M _w = 100 кДа) в диглиме (изображение показано на дополнительном рис.19) и исследовали их в ячейках Li || NCM той же конструкции, что и в предыдущем разделе, в которых добавка соли LiBOB присутствует / отсутствует. Эти ячейки были оценены со скоростью C / 5, как показано на дополнительном рисунке 20. В отличие от контрольного жидкого электролита, гелевый электролит поддерживает стабильные профили заряда-разряда даже без LiBOB. Однако после 20 циклов происходит резкое падение емкости, за которым следует шумный профиль заряда из-за пробоя электролита. Ограниченная стабилизация контрольных гелевых электролитов, вероятно, является результатом более высокой вязкости электролита в порах катода, что ограничивает диффузию C = C-частиц, образующихся на катоде, замедляя полимеризацию.