• Lithium Polymer batteri

Lithium Polymer batterikan vara det bättre valet.Trots dess något högre kostnad, med tanke på dess livslängd, säkerhet, leveransstabilitet och teknisk support, kan det erbjuda användarna en mer pålitlig och effektiv energilagringslösning.

Vad är ett litiumjonbatteri?

Översikt över litiumjonbatteri

Ett litiumjonbatteri är ett uppladdningsbart batteri som lagrar och frigör energi genom att flytta litiumjoner mellan de positiva och negativa elektroderna.Det har blivit den primära strömkällan för många mobila enheter (som smartphones, bärbara datorer) och elfordon (som elbilar, elcyklar).

Struktur för litiumjonbatteri

1. Positivt elektrodmaterial:
   • Den positiva elektroden i ett litiumjonbatteri använder vanligtvis litiumsalter (som litiumkoboltoxid, litiumnickelmangankoboltoxid, etc.) och kolbaserade material (som naturlig eller syntetisk grafit, litiumtitanat etc.).
   • Valet av positivt elektrodmaterial har en betydande inverkan på batteriets energitäthet, cykellivslängd och kostnad.
2. Negativ elektrod (katod):
   • Den negativa elektroden på ett litiumjonbatteri använder vanligtvis kolbaserade material som naturlig eller syntetisk grafit.
   • Vissa högpresterande litiumjonbatterier använder också material som kisel eller litiummetall som negativ elektrod för att öka batteriets energitäthet.
3. Elektrolyt:
   • Litiumjonbatterier använder en flytande elektrolyt, vanligtvis litiumsalter lösta i organiska lösningsmedel, såsom litiumhexafluorfosfat (LiPF6).
   • Elektrolyten fungerar som en ledare och underlättar rörelsen av litiumjoner, vilket bestämmer batteriets prestanda och säkerhet.
4. Separator:
   • Separatorn i ett litiumjonbatteri är i första hand gjord av mikroporösa polymer- eller keramiska material, utformade för att förhindra direktkontakt mellan de positiva och negativa elektroderna samtidigt som litiumjoner kan passera.
   • Valet av separator påverkar avsevärt batteriets säkerhet, livslängd och prestanda.
5. Kapsling och tätning:
   • Höljet till ett litiumjonbatteri är vanligtvis tillverkat av metallmaterial (som aluminium eller kobolt) eller speciell plast för att ge strukturellt stöd och skydda inre komponenter.
   • Batteriets tätningsdesign säkerställer att elektrolyten inte läcker och förhindrar att externa ämnen kommer in, vilket bibehåller batteriets prestanda och säkerhet.

Sammantaget uppnår litiumjonbatterier god energitäthet, livslängd och prestanda genom sin komplexa struktur och noggrant utvalda materialkombinationer.Dessa funktioner gör litiumjonbatterier till det vanliga valet för moderna bärbara elektroniska enheter, elfordon och energilagringssystem.Jämfört med litiumpolymerbatterier har litiumjonbatterier vissa fördelar vad gäller energitäthet och kostnadseffektivitet men möter även utmaningar i säkerhet och stabilitet.

Principen för litiumjonbatteri

• Under laddning frigörs litiumjoner från den positiva elektroden (anod) och rör sig genom elektrolyten till den negativa elektroden (katoden), vilket genererar en elektrisk ström utanför batteriet för att driva enheten.
• Under urladdning, är denna process omvänd, med litiumjoner som rör sig från den negativa elektroden (katoden) tillbaka till den positiva elektroden (anoden), vilket frigör den lagrade energin.

Fördelar med litiumjonbatteri

1.Hög energitäthet

• Portabilitet och lätt: Energitätheten för litiumjonbatterier ligger vanligtvis inom intervallet150-250 Wh/kg, vilket gör att bärbara enheter som smartphones, surfplattor och bärbara datorer kan lagra en stor mängd energi inom en relativt lätt volym.
• Långvarig användning: Hög energitäthet gör att enheter kan fungera under längre perioder inom begränsat utrymme, vilket tillgodoser användarnas behov för längre utomhus eller långvarig användning, vilket ger längre batterilivslängd.

2.Lång livslängd och stabilitet

• Ekonomiska fördelar: Den typiska livslängden för litiumjonbatterier sträcker sig från500-1000 laddnings-urladdningscykler, vilket innebär färre batteribyten och därmed minska den totala ägandekostnaden.
• Stabil prestanda: Batteristabilitet innebär konsekvent prestanda och tillförlitlighet under hela dess livslängd, vilket minskar risken för prestandaförsämring eller fel på grund av batteriets åldrande.

3.Snabb laddning och urladdning

• Bekvämlighet och effektivitet: Litiumjonbatterier stöder snabb laddning och urladdning, med typiska laddningshastigheter som når1-2C, som möter moderna användares krav på snabbladdning, minskar väntetider och förbättrar det dagliga livet och arbetseffektiviteten.
• Anpassningsbar till det moderna livet: Snabbladdningsfunktionen möter de snabba och bekväma laddningsbehoven i det moderna livet, speciellt under resor, arbete eller andra tillfällen som kräver snabb batteripåfyllning.

4.Ingen minneseffekt

• Bekväma laddningsvanor: Utan en märkbar "minneseffekt" kan användare ladda när som helst utan behov av periodiska fulla urladdningar för att bibehålla optimal prestanda, vilket minskar komplexiteten i batterihanteringen.
• Upprätthålla hög effektivitet: Ingen minneseffekt innebär att litiumjonbatterier kontinuerligt kan ge effektiv, konsekvent prestanda utan komplex laddnings-urladdningshantering, vilket minskar underhålls- och hanteringsbördan för användarna.

5.Låg självurladdningshastighet

• Långtidsförvaring: Självurladdningshastigheten för litiumjonbatterier är vanligtvis2-3 % per månad, vilket innebär minimal förlust av batteriladdning under längre perioder av icke-användning, bibehålla höga laddningsnivåer för standby- eller nödläge.
• Energi sparande: Låga självurladdningshastigheter minskar energiförlusten i oanvända batterier, sparar energi och minskar miljöpåverkan.

Nackdelar med litiumjonbatteri

1. Säkerhetsfrågor

Litiumjonbatterier utgör säkerhetsrisker som överhettning, förbränning eller explosion.Dessa säkerhetsproblem kan öka riskerna för användare under batterianvändning, vilket kan orsaka skada på hälsa och egendom, vilket kräver förbättrad säkerhetshantering och övervakning.

2. Kostnad

Produktionskostnaden för litiumjonbatterier sträcker sig vanligtvis från100–200 USD per kilowattimme (kWh).Jämfört med andra typer av batterier är detta ett relativt högt pris, främst på grund av de högrena materialen och komplexa tillverkningsprocesser.

3. Begränsad livslängd

Den genomsnittliga livslängden för litiumjonbatterier sträcker sig vanligtvis från300-500 laddnings-urladdningscykler.Under frekventa och högintensiva användningsförhållanden kan batteriets kapacitet och prestanda försämras snabbare.

4. Temperaturkänslighet

Den optimala driftstemperaturen för litiumjonbatterier är vanligtvis inom0-45 grader Celsius.Vid för höga eller låga temperaturer kan batteriets prestanda och säkerhet påverkas.

5. Laddningstid

Medan litiumjonbatterier har snabbladdningskapacitet, behöver snabbladdningstekniken fortfarande utvecklas i vissa applikationer som elfordon.För närvarande kan vissa snabbladdningstekniker ladda batteriet till80 % inom 30 minuter, men att nå 100 % laddning kräver vanligtvis mer tid.

Branscher och scenarier Lämpliga för litiumjonbatterier

På grund av dess överlägsna prestandaegenskaper, särskilt hög energitäthet, lättvikt och ingen "minneseffekt", är litiumjonbatterier lämpliga för olika industrier och applikationsscenarier.Här är industrier, scenarier och produkter där litiumjonbatterier är mer lämpliga:

Applikationsscenarier för litiumjonbatterier

1. Bärbara elektroniska produkter med litiumjonbatterier:
   • Smartphones och surfplattor: Litiumjonbatterier har, på grund av sin höga energitäthet och lätta vikt, blivit huvudströmkällan för moderna smartphones och surfplattor.
   • Bärbara ljud- och videoenheter: Som Bluetooth-hörlurar, bärbara högtalare och kameror.
2. Elektriska transportfordon med litiumjonbatterier:
   • Elbilar (EVs) och hybridelektriska fordon (HEVs): På grund av deras höga energitäthet och långa livslängd har litiumjonbatterier blivit de föredragnabatteriteknik för el- och hybridfordon.

• Elektriska cyklar och elektriska skotrar: Allt populärare för korta resor och stadstransporter.

3. Bärbara nätaggregat och energilagringssystem med litiumjonbatterier:
   • Bärbara laddare och mobila nätaggregat: Ger extra strömförsörjning för smarta enheter.
   • Bostäder och kommersiella energilagringssystem: Som lagringssystem för solenergi i hemmet och nätlagringsprojekt.
4. Medicinsk utrustning med litiumjonbatterier:
   • Bärbara medicinska enheter: Såsom bärbara ventilatorer, blodtrycksmätare och termometrar.
   • Medicinska mobila enheter och övervakningssystem: Såsom trådlösa elektrokardiogram (EKG) enheter och fjärrövervakningssystem för hälsa.
5. Flyg- och rymdlitiumjonbatterier:
   • Unmanned Aerial Vehicles (UAV) och flygplan: På grund av litiumjonbatteriers lätta och höga energitäthet är de idealiska kraftkällor för drönare och andra lätta flygplan.
   • Satelliter och rymdsonder: Litiumjonbatterier används gradvis i flygtillämpningar.

Välkända produkter som använder litiumjonbatterier

• Teslas elbilsbatterier: Teslas litiumjonbatterier använder litiumjonbatterier med hög energidensitet för att ge lång räckvidd för sina elfordon.
• Apple iPhone- och iPad-batterier: Apple använder högkvalitativa litiumjonbatterier som huvudströmkälla för sina iPhone- och iPad-serier.
• Dyson sladdlösa dammsugarbatterier: Dysons sladdlösa dammsugare använder effektiva litiumjonbatterier som ger användarna längre användningstid och snabbare laddningshastighet.

Vad är ett litiumpolymerbatteri?

Översikt över litiumpolymerbatteri

Ett litiumpolymerbatteri (LiPo), även känt som ett solid-state litiumbatteri, är en avancerad litiumjonbatteriteknik som använder solid-state polymer som en elektrolyt istället för traditionella flytande elektrolyter.Kärnfördelarna med denna batteriteknik ligger i dess förbättrade säkerhet, energitäthet och stabilitet.

Litiumpolymerbatteriprincip

• Laddningsprocess: När laddningen börjar ansluts en extern strömkälla till batteriet.Den positiva elektroden (anoden) tar emot elektroner, och samtidigt lossnar litiumjoner från den positiva elektroden, migrerar genom elektrolyten till den negativa elektroden (katoden) och blir inbäddade.Samtidigt accepterar den negativa elektroden också elektroner, vilket ökar batteriets totala laddning och lagrar mer elektrisk energi.
• Urladdningsprocess: Under batterianvändning flödar elektroner från den negativa elektroden (katoden) genom enheten och återgår till den positiva elektroden (anoden).Vid denna tidpunkt börjar de inbäddade litiumjonerna i den negativa elektroden att lossna och återgå till den positiva elektroden.När litiumjoner migrerar minskar batteriets laddning och den lagrade elektriska energin frigörs för användning av enheten.

Litiumpolymerbatteristruktur

Grundstrukturen för ett litiumpolymerbatteri liknar den för ett litiumjonbatteri, men det använder olika elektrolyter och vissa material.Här är huvudkomponenterna i ett litiumpolymerbatteri:

1. Positiv elektrod (anod):
   • Aktivt material: Det positiva elektrodmaterialet är vanligtvis litiumjoninbäddade material, såsom litiumkoboltoxid, litiumjärnfosfat, etc.
   • Nuvarande samlare: För att leda elektricitet är anoden vanligtvis belagd med en ledande strömavtagare, såsom kopparfolie.
2. Negativ elektrod (katod):
   • Aktivt material: Det aktiva materialet i den negativa elektroden är också inbäddat, vanligtvis med grafit- eller kiselbaserade material.
   • Nuvarande samlare: I likhet med anoden kräver katoden också en bra ledande strömavtagare, såsom kopparfolie eller aluminiumfolie.
3. Elektrolyt:
   • Litiumpolymerbatterier använder solid state eller gelliknande polymerer som elektrolyter, vilket är en av de största skillnaderna från traditionella litiumjonbatterier.Denna elektrolytform ger högre säkerhet och stabilitet.
4. Separator:
   • Separatorns roll är att förhindra direktkontakt mellan de positiva och negativa elektroderna samtidigt som litiumjoner kan passera igenom.Detta hjälper till att förhindra kortslutning av batteriet och bibehåller batteriets stabilitet.
5. Kapsling och tätning:
   • Batteriets utsida är vanligtvis gjord av metall- eller plasthölje, vilket ger skydd och strukturellt stöd.
   • Tätningsmaterialet säkerställer att elektrolyten inte läcker och bibehåller batteriets inre miljöstabilitet.

På grund av användningen av solid state eller gelliknande polymerelektrolyter har litiumpolymerbatterierhög energitäthet, säkerhet och stabilitet, vilket gör dem till ett mer attraktivt val för vissa applikationer jämfört med traditionella litiumjonbatterier med flytande elektrolyt.

Fördelar med litiumpolymerbatteri

Jämfört med traditionella litiumjonbatterier med flytande elektrolyt har litiumpolymerbatterier följande unika fördelar:

1.Fast tillståndselektrolyt

• Förbättrad säkerhet: På grund av användningen av en solid state-elektrolyt minskar litiumpolymerbatterier avsevärt risken för överhettning, förbränning eller explosion.Detta förbättrar inte bara batteriets säkerhet utan minskar också potentiella faror orsakade av läckage eller interna kortslutningar.

2.Hög energitäthet

• Optimerad enhetsdesign: Energitätheten för litiumpolymerbatterier når vanligtvis300-400 Wh/kg, betydligt högre än150-250 Wh/kgav traditionella litiumjonbatterier med flytande elektrolyt.Detta innebär att litiumpolymerbatterier för samma volym eller vikt kan lagra mer elektrisk energi, vilket gör att enheter kan utformas tunnare och lättare.

3.Stabilitet och hållbarhet

• Lång livslängd och lågt underhåll: På grund av användningen av elektrolyter i fast tillstånd har litiumpolymerbatterier vanligtvis en livslängd på1500-2000 laddnings-urladdningscykler, långt överstigande500-1000 laddnings-urladdningscyklerav traditionella litiumjonbatterier med flytande elektrolyt.Detta innebär att användare kan använda enheter under en längre tid, vilket minskar frekvensen av batteribyten och relaterade underhållskostnader.

4.Snabb laddning och urladdning

• Förbättrad användarbekvämlighet: Litiumpolymerbatterier stöder höghastighetsladdning, med laddningshastigheter på upp till 2-3C.Detta gör det möjligt för användare att snabbt få ström, minska väntetiderna och förbättra effektiviteten i enhetens användning.

5.Hög temperaturprestanda

• Bredare tillämpningsscenarier: Högtemperaturstabiliteten hos fasta elektrolyter gör att litiumpolymerbatterier kan prestera bra i ett bredare intervall av driftstemperaturer.Detta ger större flexibilitet och tillförlitlighet för applikationer som kräver drift i högtemperaturmiljöer, såsom elfordon eller utomhusutrustning.

Sammantaget ger litiumpolymerbatterier användarna högre säkerhet, större energitäthet, längre livslängd och ett bredare utbud av applikationer, vilket ytterligare möter behoven hos moderna elektroniska enheter och energilagringssystem.

Nackdelar med litiumpolymerbatteri

1. Hög produktionskostnad:
   • Produktionskostnaden för litiumpolymerbatterier ligger vanligtvis inom intervallet200–300 USD per kilowattimme (kWh), vilket är en relativt hög kostnad jämfört med andra typer av litiumjonbatterier.
2. Utmaningar för värmehantering:
   • Under överhettningsförhållanden kan värmeavgivningshastigheten för litiumpolymerbatterier vara så hög som10°C/min, som kräver effektiv termisk hantering för att kontrollera batteritemperaturen.
3. Säkerhetsfrågor:
   • Enligt statistik är säkerhetsolycksfrekvensen för litiumpolymerbatterier ungefär0,001 %, som, även om det är lägre än vissa andra batterityper, fortfarande kräver strikta säkerhetsåtgärder och hantering.
4. Cykellivsbegränsningar:
   • Den genomsnittliga livslängden för litiumpolymerbatterier ligger vanligtvis inom intervallet800-1200 laddnings-urladdningscykler, som påverkas av användningsförhållanden, laddningsmetoder och temperatur.
5. Mekanisk stabilitet:
   • Tjockleken på elektrolytskiktet är typiskt i intervallet av20-50 mikron, vilket gör batteriet känsligare för mekanisk skada och stötar.
6. Laddningshastighetsbegränsningar:
   • Den typiska laddningshastigheten för litiumpolymerbatterier ligger vanligtvis inom intervallet0,5-1C, vilket innebär att laddningstiden kan vara begränsad, särskilt under hög ström eller snabbladdning.

Branscher och scenarier Lämpliga för litiumpolymerbatterier

Appliceringsscenarier för litiumpolymerbatterier

1. Bärbara medicinska enheter: På grund av deras höga energitäthet, stabilitet och långa livslängd används litiumpolymerbatterier mer än litiumjonbatterier i bärbara medicinska apparater som bärbara ventilatorer, blodtrycksmätare och termometrar.Dessa enheter kräver vanligtvis en stabil strömförsörjning under längre perioder, och litiumpolymerbatterier kan tillgodose dessa specifika behov.
2. Högpresterande bärbara nätaggregat och energilagringssystem: På grund av deras höga energitäthet, snabba laddnings- och urladdningsmöjligheter och stabilitet har litiumpolymerbatterier mer betydande fördelar i högpresterande bärbara nätaggregat och storskaliga energilagringssystem, t.ex. som bostads- och kommersiella system för lagring av solenergi.
3. Flyg- och rymdtillämpningar: På grund av sin lätta vikt, höga energitäthet och hög temperaturstabilitet har litiumpolymerbatterier bredare tillämpningsscenarier än litiumjonbatterier i rymd- och rymdtillämpningar, såsom obemannade flygfarkoster (UAV), lätta flygplan, Satelliter och rymdprober.

4. Tillämpningar i speciella miljöer och förhållanden: På grund av den fasta polymerelektrolyten i litiumpolymerbatterier, som ger bättre säkerhet och stabilitet än flytande elektrolytlitiumjonbatterier, är de mer lämpade för applikationer i speciella miljöer och förhållanden, såsom hög- krav på temperatur, högt tryck eller hög säkerhet.

Sammanfattningsvis har litiumpolymerbatterier unika fördelar och applikationsvärde inom vissa specifika applikationsområden, speciellt i applikationer som kräver hög energitäthet, lång livslängd, snabb laddning och urladdning samt hög säkerhetsprestanda.

1. OnePlus Nord-serien smartphones
   • OnePlus Nord-seriens smartphones använder litiumpolymerbatterier, vilket gör att de kan ge längre batteritid samtidigt som de behåller en slimmad design.
2. Skydio 2 Drönare
   • Skydio 2-drönaren använder litiumpolymerbatterier med hög energidensitet, vilket ger den över 20 minuters flygtid samtidigt som den behåller en lätt design.
3. Oura Ring Health Tracker
   • Oura Ring hälsospårare är en smart ring som använder litiumpolymerbatterier, vilket ger flera dagars batteritid samtidigt som enhetens slimmade och bekväma design säkerställs.
4. PowerVision PowerEgg X
   • PowerVisions PowerEgg X är en multifunktionell drönare som använder litiumpolymerbatterier, som kan uppnå upp till 30 minuters flygtid samtidigt som den har både land- och vattenkapacitet.

Dessa välkända produkter visar till fullo den utbredda tillämpningen och unika fördelarna med litiumpolymerbatterier i bärbara elektroniska produkter, drönare och hälsospårningsenheter.

Slutsats

I jämförelsen mellan litiumjonbatterier vs litiumpolymerbatterier erbjuder litiumpolymerbatterier överlägsen energitäthet, längre livslängd och förbättrad säkerhet, vilket gör dem idealiska för applikationer som kräver hög prestanda och lång livslängd.För enskilda konsumenter som prioriterar snabbladdning, säkerhet och är villiga att ta emot en något högre kostnad, är litiumpolymerbatterier det föredragna valet.I företagsupphandling för energilagring i hemmet framstår litiumpolymerbatterier som ett lovande alternativ på grund av deras förbättrade livslängd, säkerhet och tekniska support.I slutändan beror valet mellan dessa batterityper på specifika behov, prioriteringar och avsedda tillämpningar.