Технология производства литий─ионных аккумуляторов
К нам почту приходило довольно много вопросов о том, как производятся литий─ионные аккумуляторы. Сегодня постараемся рассмотреть этот вопрос подробнее. Поскольку литиевые аккумуляторы выпускаются различных форм-факторов и характеристик, производство и технология их производства существенно отличаются. В этой статье мы расскажем о производстве наиболее распространённых Li─Ion аккумуляторах, а также сделаем обзор производителей литиевых АКБ.
Содержание статьи
Производство литий─ионных аккумуляторов
В общем случае производство Li─Ion аккумуляторов можно разделить на следующие этапы:
- Производство электродов;
- Сборка электродов в батарею, установка защиты;
- упаковка в корпус, заливка электролита;
- Тестирование, заряд.
Как правило, эти этапы присутствуют при сборке литий─ионных батарей всех форм-факторов. В роли анода используется медная фольга с нанесённым слоем графита (в некоторых случаях угля). В качестве катода применяется алюминиевая фольга со слоем материала, содержащего литий. Здесь возможны варианты в зависимости от характеристик конечного изделия: LiCoO2, LiFePO4, LiNiO2, LiMn2О4.
Намотка алюминиевой фольги с литийсодержащим материалом в рулон
Что касается сборки электродов в единую батарею, здесь есть различия для разных типов Li─Ion аккумуляторов. При производстве цилиндрических литий─ионных аккумуляторов (например, 18650) используется скручивание электродов в рулон. При этом они разделяются сепаратором. То есть, подготовленные ленты катода и анода разделяются сепаратором и наматываются в рулон. Чем меньше толщина электродов, тем более ёмкий и мощный можно собрать аккумулятор. Вся сборка помещается в стальной или алюминиевый корпус, заливается электролитом и герметично запечатывается. Снаружи остаются только выводы плюс и минус.
В призматических литий─ионных аккумуляторах используются прямоугольные электроды, которые укладываются друг на друга через сепараторы. Конструкция в этом случае получается такой же, как в случае свинцово-кислотных аккумуляторов для автомобилей. В этом случае производство электродов немного отличается от тех, что используются в цилиндрических моделях. Сначала также изготавливаются ленты катода и анода, а затем из них вырубаются прямоугольные пластины.
Электроды для призматических литий─ионных аккумуляторов
После сборки электродов они помещаются в пластиковый корпус, к ним привариваются токовыводы, заливается электролит и герметично закрываются.
В некоторых призматических литий─ионных аккумуляторах используется сборка электродов в виде эллиптической спирали. Такую конструкцию могут иметь литиевые батарейки для аккумуляторов телефонов.
После сборки, заливки электролита и герметизации проводится тестирование, при котором выявляется производственный брак. После этого проводится первый заряд аккумулятора, во время которого происходит формирование поверхности электродов. В качестве сепаратора используется полиэтиленовый сепаратор. При температуре 130─150 градусов он плавится и тем самым прекращает обмен ионами между катодом и анодом. Это определённая защита при перегреве литиевого аккумулятора.
Кроме того, при производстве Li─Ion аккумуляторов на определённые модели устанавливаются дополнительные виды защиты. Например, цилиндрические аккумуляторы 18650 имеют в торце корпуса специальный клапан. Он открывается, когда давление внутри превышает определённый предел.
Защитный клапан
На все литий─ионные аккумуляторы, используемые в электронике, ставятся контроллеры заряда-разряда. Они предохраняют банку от глубокого разряда и излишнего заряда. Кроме того, часто устанавливается термистор, который размыкает цепь и отключает банку от внешнего мира при увеличении температуры выше определённого предела.
Контроллер заряда-разряда литиевых аккумуляторов
Вернуться к содержанию
Производители литий─ионных аккумуляторов
Зарубежные компании
За границей производство Li─Ion батарей очень развито. Многие крупные компании выпускают литиевые аккумуляторы. В качестве примера можно привести следующие:
- Altair Nanotechnologies. Фирма занимается производством материала для анода Li─Ion батарей из титаната лития. В продуктовой линейке Altair Nanotechnologies есть аккумуляторные системы для электроэнергетики, транспортных средств и источников бесперебойного питания. Такие компании из Южной Кореи, как Eig Ltd и Kokam занимаются выпуском для Altair аккумуляторных ячеек;
- A123 Systems. Компания занимается производством аккумуляторных ячеек и модулей. На их основе делаются аккумуляторы для ТС, сферы электроэнергетики. В производстве литий-железо-фосфатных АКБ компания использует собственную технологию Nanophosphate. Аккумуляторы выпускаются как цилиндрического, так и призматического форм-факторов;
- Ener1 Battery Company. Компания занимается выпуском Li─Ion аккумуляторных систем для транспортных средств, потребительской электроники и сферы энергетики. Производство размещено в США и Южной Корее;
- Samsung SDI. Основное производство фирмы ориентировано на выпуск аккумуляторов для электроники. Также выпускаются аккумуляторы для энергетических систем. Компания самостоятельно выпускает литий-железо-фосфатные ячейки ёмкостью 50 Ач, которые используются в распределительных сетях;
- Saft Batteries. Выпускает накопители Intensium Max, которые созданы на базе Li─Ion аккумуляторов собственного производства. Они применяются для поддержания функционирования возобновляемых источников энергии. В основу аккумуляторных батарей компании положены аккумуляторные ячейки VL41M цилиндрической формы. Катод делается на основе никелевого оксида. Из нескольких VL41M формируют аккумуляторный модуль, который используется в различных системах;
- Dow Kokam. Эта фирма является совместным предприятием Южной Кореи и США. Они выпускают аккумуляторные системы, модули, ячейки Li─Pol. Их продукция используется в промышленности, транспортных средствах, ИБП, военной сфере. У фирмы есть свои производственные мощности в Южной Корее, Франции, США;
- BYD. Эта китайская компания занимается выпуском автомобилей, электротранспорта, солнечных батарей, инверторов, а также литий─ионных аккумуляторов. В основе аккумуляторных систем BYD лежат литий-железо-фосфатные ячейки.
Отдельно можете прочитать подробный материал про литий-ионный аккумулятор.
Вернуться к содержанию
Российские производители
В настоящее время в интернете можно найти информацию о таких компаниях, занимающихся выпуском АКБ в России:
- НПО ССК;
- Лиотех;
- АК Ригель;
- НИИХИТ-2;
- ОАО «НИАИ «Источник»;
- ОАО Энергия.
Стоит сказать, что по своим производственным мощностям и ассортименту выпускаемой продукции российские производители значительно уступают зарубежным компаниям.
Вернуться к содержанию
Опрос
Загрузка ...
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
(голосов: 8, в среднем: 4,88 из 5)
Загрузка...
1 КВтЧ=1000 ваттХ3600сек=3,6 МДж
Энергия 1 кГ бензина 42 МДж!!!
А учитывая, что максимум, на что способны АКБ,так это 0,2 КВтЧ/кг и нормальный ток разряда в 0,2÷0,5С,имеем,что Любой!!! современный АКБ проиграл старому доброму ДВС на бензине аж в 120 раз!!!!
И все эти бл@дств@ с бубном вокруг электромобилей на батарейке- обычный Л0Х0ТР0Н!!!!
У двигателя КПД не 100%, поэтому полезная работа будет куда меньше чем 42 МДж
Ну-ну, скажи еще ракеты многоразовые фуфло…
Считать нужно не количество энергии, а результат работы в л.с., конечно электро отстаёт пока, но не так всё плохо, как кажется, а если учесть что КПД у электродвигателя доходит аж до 95%, а КПД у ДВС на бензине примерно 20%, то картина становится совсем иной. Двигатели на бензине безбожно расходуют ресурсы, да ещё и отравляя атмосферу. Кстати говоря, КПД двигателя на дизеле доходит до 40-50%, именно поэтому достаточно много большегрузов работающих на ДТ
а лития хватит, чтобы сделать аккумуляторы для всех вместо ДВС? Вроде на всей планете его не так уж и много, да и тот что есть — вроде в Африке…
Да, время идёт и всё развивается, теперь энергоёмкость аккумуляторов 0,4кВтч/кг, зарядные токи для одной ячейки 2С, разрядные 10С. Средний электромобиль вливает энергию в аккумулятор со скоростью 20-30 кВт/ч. И самое интересное это то, что для того чтобы изготовить 1 литр бензина, надо затратить электроэнергии столько, сколько потребуется электромобилю для проезда 100км. Учитывая, что КПД двигателя внутреннего сгорания вместе с трансмиссией у лучших образцов автостроения не превышает 35%, то вывод каждый сделает для себя свой. На сегодняшний день в Китае автомобиль двухлетний с нормальным аккумулятором в 32кВтч (дальность поездки минимум 250км, с кондиционером и печкой) стоит меньше 4000$, а полная зарядка из домашней розетки обходится в 3,5 Доллара США.
Молодцы!
Хорошая статья, очень важна для развития литий-ионных аккумуляторов.
Для начальных знаний — Ок!