Popularização do conhecimento profissional da indústria de baterias de lítio

As baterias de íon-de lítio são um tipo de sistema de bateria secundária recarregável que usa óxido metálico de liga de lítio como material do eletrodo positivo, grafite como material do eletrodo negativo e usa uma solução eletrolítica não{1}}aquosa. Seu princípio de funcionamento central é baseado na intercalação e desintercalação reversível de íons de lítio entre os eletrodos positivos e negativos durante a carga e descarga, em vez de depender da reação redox do lítio metálico. Isso dá às baterias de íons de lítio vantagens significativas em relação às baterias metálicas de lítio tradicionais em termos de segurança, ciclo de vida e densidade de energia. Do ponto de vista da forma do produto, a célula de bateria de íons de lítio é a unidade básica que constitui vários tipos de baterias. Quando múltiplas células são combinadas e embaladas em série e em paralelo, uma bateria de lítio ou bateria de íons de lítio é formada.

 

Para cenários de aplicação de terminal, produtos especiais desenvolvidos para os campos fotovoltaico e de armazenamento de energia incluem baterias de íons de lítio para produtos solares, pacotes de baterias de lítio para sistemas de armazenamento de energia solar e baterias de íons de lítio para sistemas de energia solar. Além disso, as baterias SuperPack de lítio representam um tipo de produto de bateria especial com embalagem de alta-confiabilidade e ampla-adaptabilidade à temperatura, enquanto o kit de bateria fornece soluções de componentes modulares para integradores de sistemas. Do ponto de vista da classificação de engenharia, as baterias de lítio podem ser divididas em três tipos: embalagem cilíndrica, quadrada e flexível de acordo com a forma da embalagem. Cada forma tem sua própria ênfase no agrupamento de eficiência, capacidade de dissipação de calor e resistência mecânica, e é adequada para diferentes cenários de aplicação.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As baterias de lítio geralmente têm dois formatos: cilíndrico e quadrado, com grupos de eletrodos enrolados em espiral ou empilhados em seu interior. O eletrodo positivo é composto de óxido de cobalto de lítio, manganato de lítio, fosfato de ferro-lítio ou materiais ternários revestidos em folha de alumínio, e a folha de alumínio serve como coletor de corrente positiva; o eletrodo negativo é composto de grafite artificial ou grafite natural revestido com folha de cobre, e a folha de cobre serve como coletor de corrente negativa. Uma camada de filme microporoso de polietileno ou polipropileno extremamente fino e altamente permeável é usada como material de isolamento entre os eletrodos positivo e negativo. O interior da bateria é preenchido com solução eletrolítica orgânica. Além disso, uma válvula de segurança e um elemento PTC (usados ​​em alguns tipos cilíndricos) são instalados na parte superior do núcleo da bateria para proteger a bateria contra danos quando a bateria estiver em um estado anormal ou a saída estiver em curto-circuito. A tensão nominal de uma única bateria de íons de lítio é 3,7 V (o sistema de fosfato de ferro e lítio é 3,2 V). Devido à capacidade limitada de uma única bateria, em aplicações práticas, múltiplas células são frequentemente conectadas em série para aumentar a tensão e em paralelo para aumentar a capacidade para atender à plataforma de tensão e aos requisitos de capacidade de energia de diferentes dispositivos.

 

Do ponto de vista do processo de fabricação, a produção de produtos especializados de armazenamento de energia, como bateria para sistema de armazenamento de energia de íons de lítio, requer dezenas de processos, como revestimento de peças polares, laminação, corte, enrolamento/laminação, injeção de líquido, formação e separação de volume. Entre eles, o processo de fabricação da peça polar tem requisitos extremamente elevados para uniformidade da espessura do revestimento (tolerância controlada dentro de ± 1,5 μm), alinhamento da peça polar (desvio não superior a 0,5 mm) e controle de rebarbas (altura da rebarba não superior a 15 μm). A soldagem a laser é usada para selar o invólucro e a tampa. A penetração da soldagem deve ser controlada com precisão dentro da faixa de 0,3-0,8 mm e não deve haver poros penetrantes ou defeitos de respingos. O processo de formação é o primeiro processo eletroquímico a ativar a bateria e precisa ser realizado em ambiente estritamente com temperatura controlada. A primeira corrente de carga é geralmente ajustada entre 0,05C e 0,1C para promover a formação de um filme de interface de eletrólito sólido estável.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As baterias de íon de lítio do sistema solar doméstico são especialmente projetadas para sistemas domésticos de armazenamento de energia fotovoltaica. Seus principais requisitos incluem uma ampla faixa de temperatura operacional (-20 graus a 60 graus), um ciclo de vida não inferior a 6.000 vezes e um nível de proteção IP65 ou superior para se adaptar a ambientes de instalação externos. As baterias solares de lítio são amplamente utilizadas em-estações de energia fotovoltaicas fora da rede, fontes de alimentação de reserva para estações base de comunicação e sistemas de microrrede em áreas remotas. Suas especificações de capacidade estão geralmente entre 2,5 kWh e 20 kWh e podem ser expandidas de forma flexível e paralela de acordo com a demanda de carga. No campo de usinas de armazenamento de energia em grande escala, o pacote de baterias de lítio para sistemas de armazenamento de energia solar é implantado em estilo contêiner ou gabinete. A capacidade de um único sistema pode atingir o nível de MWh, participando na frequência da rede elétrica e na regulação de pico e na integração e consumo da rede de energia renovável.

 

A bateria de íon de lítio para sistema de energia solar enfatiza a compatibilidade de comunicação com inversores fotovoltaicos, conversores de armazenamento de energia e sistemas de gerenciamento de energia e geralmente suporta vários protocolos, como barramento CAN, RS485 e Modbus. As baterias SuperPack de lítio são adequadas para condições de trabalho adversas, como estações base autônomas, equipamentos de pesquisa científica polar e veículos especiais devido ao seu excelente desempenho de descarga em baixa-temperatura (mais de 70% da capacidade nominal pode ser descarregada em um ambiente de -30 graus) e estrutura selada altamente confiável. O kit de bateria fornece aos integradores de sistemas módulos de bateria padronizados, placas escravas BMS, peças estruturais e componentes de chicote elétrico, reduzindo significativamente a complexidade e o ciclo de desenvolvimento integrado.

 

No campo das baterias de energia, as baterias de íons de lítio são amplamente utilizadas em carros elétricos de passageiros, ônibus elétricos, veículos de logística e veículos de engenharia especial. O campo do armazenamento de energia abrange três segmentos principais de mercado: grandes centrais elétricas, armazenamento de energia industrial e comercial e armazenamento de energia doméstico. O campo de eletrônicos de consumo inclui smartphones, laptops, dispositivos vestíveis e drones. Como produto final para os tipos de aplicações-mencionados acima, o design do pacote de baterias de íons de lítio precisa considerar de forma abrangente indicadores multi{6}dimensionais, como densidade de energia, densidade de potência, gerenciamento térmico, proteção mecânica e segurança elétrica. É um produto altamente integrado de eletroquímica, engenharia mecânica e tecnologia de eletrônica de potência.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Em comparação com as tradicionais baterias de-chumbo-ácido e baterias de níquel{1}}metal-hidreto, as baterias de-íon de lítio apresentam vantagens significativas em diversas dimensões de desempenho. Em termos de densidade de energia, as baterias de íon-de lítio podem atingir 460-600Wh/kg, o que é cerca de 6-7 vezes maior que as baterias-de chumbo-ácido, o que significa que mais energia elétrica pode ser armazenada com o mesmo peso. Em termos de ciclo de vida, as baterias que usam cátodos de fosfato de ferro-lítio podem atingir mais de 6.000 ciclos sob condições de carga e descarga 1C e profundidade de descarga de 100%, e sua vida útil pode chegar a mais de 6 anos. Em termos de tensão nominal, a tensão operacional de uma única célula é 3,7 V ou 3,2 V, que é aproximadamente igual à tensão em série de três baterias de níquel-hidreto metálico ou níquel-cádmio, facilitando a formação de uma bateria de tensão mais alta. Em termos de alta resistência de energia, a bateria de fosfato de ferro-lítio pode suportar uma taxa de descarga instantânea de 15-30C para atender às necessidades de aceleração e subida do veículo. A taxa de autodescarga é extremamente baixa e geralmente pode ser controlada abaixo de 1% ao mês, o que é menos de 1/20 da taxa das baterias de níquel-hidreto metálico. Em termos de peso, o peso do mesmo volume é de apenas 1/6 a 1/5 dos produtos de chumbo-ácido. Em termos de adaptabilidade a altas e baixas temperaturas, pode ser usado em ambientes de -20 graus a 60 graus, podendo atingir -45 graus após processamento especial.

 

Em termos de proteção ambiental verde, não contém metais pesados ​​tóxicos e nocivos, como chumbo, mercúrio e cádmio, e basicamente nenhum recurso hídrico é consumido durante o processo de produção. No entanto, as baterias de íon-de lítio também apresentam diversas limitações de engenharia. Primeiro, todas as baterias de-íon de lítio precisam ser equipadas com circuitos de proteção para evitar sobrecarga,-descarga excessiva e-sobrecorrente, o que aumenta a complexidade e o custo do sistema. Em segundo lugar, as baterias do sistema de óxido de cobalto e lítio não podem ser descarregadas em altas correntes e têm pouca segurança. Terceiro, as condições de produção são extremamente exigentes - processos-chave, como revestimento de eletrodos, enrolamento e injeção de líquido, precisam ser realizados em uma sala de secagem com ponto de orvalho abaixo de -40 graus, resultando em altos investimentos em equipamentos e custos operacionais. Em quarto lugar, existem restrições às condições de utilização. O uso em temperaturas muito altas ou muito baixas acelerará o envelhecimento e até causará riscos à segurança.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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