Lithium-iontové vs lithium-polymerové baterie – co je lepší?

Úvod

Lithium-iontové vs lithium-polymerové baterie – co je lepší?V rychle se vyvíjejícím světě technologií a přenosných energetických řešení vynikají lithium-iontové (Li-ion) a lithium-polymerové (LiPo) baterie jako dva hlavní uchazeči.Obě technologie nabízejí výrazné výhody a mají své jedinečné aplikace, které je odlišují z hlediska hustoty energie, životnosti cyklu, rychlosti nabíjení a bezpečnosti.Jak se spotřebitelé i podniky orientují ve svých energetických potřebách, pochopení rozdílů a výhod těchto typů baterií se stává zásadní.Tento článek se ponoří do složitosti obou technologií baterií a nabízí informace, které pomohou jednotlivcům a firmám činit informovaná rozhodnutí přizpůsobená jejich konkrétním požadavkům.

Jaké jsou rozdíly mezi lithium-iontovými a lithiovými polymerovými bateriemi?

Lithium-iontové vs. Lithium-polymerové baterie Výhody a nevýhody Srovnávací obrázek

Lithium-iontové (Li-ion) baterie a lithium-polymerové (LiPo) baterie jsou dvě hlavní technologie baterií, z nichž každá má odlišné vlastnosti, které přímo ovlivňují uživatelskou zkušenost a hodnotu v praktických aplikacích.

Za prvé, lithium-polymerové baterie vynikají hustotou energie díky svému pevnému elektrolytu, typicky dosahující 300-400 Wh/kg, což daleko převyšuje 150-250 Wh/kg lithium-iontových baterií.To znamená, že můžete používat lehčí a tenčí zařízení nebo ukládat více energie do zařízení stejné velikosti.Pro uživatele, kteří jsou často na cestách nebo vyžadují delší používání, to znamená delší životnost baterie a více přenosných zařízení.

Za druhé, lithium-polymerové baterie mají delší životnost, obvykle v rozmezí 1500-2000 cyklů nabití-vybití, ve srovnání s 500-1000 cykly u lithium-iontových baterií.To nejen prodlužuje životnost zařízení, ale také snižuje frekvenci výměny baterií, čímž se snižují náklady na údržbu a výměnu.

Další významnou výhodou je rychlé nabíjení a vybíjení.Lithium-polymerové baterie podporují rychlosti nabíjení až 2-3C, což vám umožní získat dostatek energie v krátkém čase, výrazně zkrátí čekací dobu a zvýší dostupnost zařízení a uživatelské pohodlí.

Kromě toho mají lithium-polymerové baterie relativně nízkou rychlost samovybíjení, obvykle méně než 1 % za měsíc.To znamená, že můžete záložní baterie nebo zařízení skladovat po delší dobu bez častého nabíjení, což usnadňuje nouzové nebo záložní použití.

Z hlediska bezpečnosti přispívá k vyšší bezpečnosti a nižším rizikům i použití elektrolytů v pevné fázi v lithium-polymerových bateriích.

Nicméně cena a flexibilita lithium-polymerových baterií mohou být pro některé uživatele faktory, které je třeba zvážit.Vzhledem ke svým technologickým výhodám jsou lithium-polymerové baterie obecně dražší a nabízejí menší volnost při návrhu ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi.

Stručně řečeno, lithium-polymerové baterie nabízejí uživatelům přenosnější, stabilnější, účinnější a ekologičtější energetické řešení díky vysoké hustotě energie, dlouhé životnosti, schopnostem rychlého nabíjení a vybíjení a nízké rychlosti samovybíjení.Jsou zvláště vhodné pro aplikace vyžadující dlouhou životnost baterie, vysoký výkon a bezpečnost.

Rychlá srovnávací tabulka lithium-iontových a lithiových polymerových baterií

(Tipy: Skutečné parametry výkonu se mohou lišit v závislosti na různých výrobcích, produktech a podmínkách použití. Proto se při rozhodování doporučuje odkázat na konkrétní technické specifikace a nezávislé zkušební zprávy poskytnuté výrobci.)

Jak rychle posoudit, která baterie je pro vás ta pravá

Jednotliví zákazníci: Jak rychle vyhodnotit, jakou baterii koupit

Případ: Nákup baterie pro elektrické kolo

Představte si, že uvažujete o koupi elektrokola a máte dvě možnosti baterie: Lithium-iontová baterie a Lithium Polymerová baterie.Zde jsou vaše úvahy:

1. Energetická hustota: Chcete, aby vaše elektrokolo mělo delší dojezd.
2. Cyklický život: Nechcete často měnit baterii;chcete baterii s dlouhou výdrží.
3. Rychlost nabíjení a vypouštění: Chcete, aby se baterie rychle nabila a zkrátila se doba čekání.
4. Rychlost samovybíjení: Plánujete používat elektrokolo příležitostně a chcete, aby se baterie časem nabila.
5. Bezpečnost: Velmi vám záleží na bezpečnosti a chcete, aby se baterie nepřehřála nebo neexplodovala.
6. Náklady: Máte rozpočet a chcete baterii, která nabízí dobrou hodnotu za peníze.
7. Flexibilita designu: Chcete, aby byla baterie kompaktní a nezabírala příliš mnoho místa.

Nyní zkombinujme tyto úvahy s váhami v tabulce hodnocení:

Z výše uvedené tabulky vidíme, že Lithium Polymerová baterie má celkové skóre 61 bodů, zatímco Lithium-iontová baterie má celkové skóre 54 bodů.

Na základě vašich potřeb:

• Pokud upřednostňujete hustotu energie, rychlost nabíjení a vybíjení a bezpečnost a můžete akceptovat mírně vyšší náklady, pak si vyberteLithium-polymerová bateriemůže být pro vás vhodnější.
• Pokud se více zajímáte o náklady a flexibilitu designu a můžete akceptovat nižší životnost cyklu a mírně nižší rychlost nabíjení a vybíjení, pakLithium-iontová bateriemůže být vhodnější.

Tímto způsobem můžete učinit informovanější volbu na základě vašich potřeb a výše uvedeného hodnocení.

Firemní zákazníci: Jak rychle posoudit, jakou baterii pořídit

V souvislosti s aplikacemi domácích baterií pro ukládání energie budou distributoři věnovat větší pozornost životnosti baterie, stabilitě, bezpečnosti a hospodárnosti.Zde je tabulka hodnocení zohledňující tyto faktory:

Případ: Výběr dodavatele baterií pro prodej domácích energetických akumulátorů

Při instalaci domácích akumulátorů energie pro velký počet uživatelů musí distributoři zvážit následující klíčové faktory:

1. Efektivita nákladů: Distributoři potřebují poskytovat bateriové řešení s vysokou nákladovou efektivitou.
2. Cyklický život: Uživatelé chtějí baterie s dlouhou životností a vysokými cykly nabíjení a vybíjení.
3. Bezpečnost: Bezpečnost je zvláště důležitá v domácím prostředí a baterie by měly mít vynikající bezpečnostní výkon.
4. Stabilita dodávek: Dodavatelé by měli být schopni zajistit stabilní a nepřetržité napájení baterií.
5. Technická podpora a servis: Nabídněte profesionální technickou podporu a poprodejní servis, abyste splňovali potřeby uživatelů.
6. Pověst značky: Pověst značky dodavatele a výkonnost na trhu.
7. Pohodlí instalace: Velikost baterie, hmotnost a způsob instalace jsou důležité jak pro uživatele, tak pro distributory.

S ohledem na výše uvedené faktory a přiřazení vah:

Z výše uvedené tabulky vidíme, že Lithium Polymerová baterie má celkové skóre 52 bodů, zatímco Lithium-iontová baterie má celkové skóre 50 bodů.

Proto z pohledu výběru dodavatele pro velký počet uživatelů domácích energetických akumulátorů jeLithium-polymerová bateriemůže být lepší volba.Navzdory mírně vyšším nákladům, s ohledem na životnost, bezpečnost, stabilitu dodávek a technickou podporu, může uživatelům nabídnout spolehlivější a efektivnější řešení pro ukládání energie.

Co je to lithium-iontová baterie?

Přehled lithium-iontových baterií

Lithium-iontová baterie je dobíjecí baterie, která ukládá a uvolňuje energii pohybem lithiových iontů mezi kladnou a zápornou elektrodou.Stala se primárním zdrojem energie pro mnoho mobilních zařízení (jako jsou chytré telefony, notebooky) a elektrických vozidel (jako jsou elektromobily, elektrická kola).

Struktura lithium-iontové baterie

1. Materiál pozitivní elektrody:
   • Kladná elektroda lithium-iontové baterie obvykle používá soli lithia (jako je oxid lithný, kobaltnatý, oxid lithný, nikl, mangan, oxid kobaltu atd.) a materiály na bázi uhlíku (jako je přírodní nebo syntetický grafit, titaničitan lithný atd.).
   • Výběr materiálu kladné elektrody má významný dopad na hustotu energie baterie, životnost cyklu a cenu.
2. Negativní elektroda (katoda):
   • Záporná elektroda lithium-iontové baterie obvykle používá materiály na bázi uhlíku, jako je přírodní nebo syntetický grafit.
   • Některé vysoce výkonné lithium-iontové baterie také používají materiály jako křemík nebo lithiový kov jako zápornou elektrodu, aby se zvýšila hustota energie baterie.
3. Elektrolyt:
   • Lithium-iontové baterie používají tekutý elektrolyt, typicky soli lithia rozpuštěné v organických rozpouštědlech, jako je lithium hexafluorofosfát (LiPF6).
   • Elektrolyt slouží jako vodič a usnadňuje pohyb iontů lithia, což určuje výkon a bezpečnost baterie.
4. Oddělovač:
   • Separátor v lithium-iontové baterii je primárně vyroben z mikroporézních polymerních nebo keramických materiálů, které jsou navrženy tak, aby zabránily přímému kontaktu mezi kladnými a zápornými elektrodami a zároveň umožňovaly průchod iontů lithia.
   • Volba separátoru významně ovlivňuje bezpečnost baterie, životnost cyklu a výkon.
5. Kryt a těsnění:
   • Kryt lithium-iontové baterie je obvykle vyroben z kovových materiálů (jako je hliník nebo kobalt) nebo speciálních plastů, které poskytují strukturální podporu a chrání vnitřní součásti.
   • Konstrukce těsnění baterie zajišťuje, že elektrolyt neuniká a zabraňuje vniknutí vnějších látek, čímž je zachován výkon a bezpečnost baterie.

Celkově lithium-iontové baterie dosahují dobré hustoty energie, životnosti cyklu a výkonu díky své složité struktuře a pečlivě zvoleným kombinacím materiálů.Díky těmto vlastnostem jsou lithium-iontové baterie hlavní volbou pro moderní přenosná elektronická zařízení, elektrická vozidla a systémy pro ukládání energie.Ve srovnání s lithium-polymerovými bateriemi mají lithium-iontové baterie určité výhody v hustotě energie a nákladové efektivitě, ale také čelí výzvám v oblasti bezpečnosti a stability.

Princip lithium-iontové baterie

• Během nabíjení se ionty lithia uvolňují z kladné elektrody (anody) a přesouvají se přes elektrolyt k záporné elektrodě (katodě), čímž generují elektrický proud mimo baterii, který napájí zařízení.
• Během vybíjení je tento proces obrácený, ionty lithia se pohybují od záporné elektrody (katody) zpět ke kladné elektrodě (anodě), čímž se uvolňuje uložená energie.

Výhody lithium-iontové baterie

1.Vysoká hustota energie

• Přenosnost a lehkost: Hustota energie lithium-iontových baterií je obvykle v rozmezí150-250 Wh/kg, což umožňuje přenosným zařízením, jako jsou smartphony, tablety a notebooky, ukládat velké množství energie do relativně lehkého objemu.
• Dlouhotrvající používání: Vysoká hustota energie umožňuje zařízením pracovat po delší dobu v omezeném prostoru, což vyhovuje potřebám uživatelů pro delší venkovní nebo dlouhodobé používání a poskytuje delší životnost baterie.

2.Dlouhá životnost a stabilita

• Ekonomické výhody: Typická životnost lithium-iontových baterií se pohybuje od500-1000 cyklů nabití-vybití, což znamená méně výměn baterií a tím snížení celkových nákladů na vlastnictví.
• Stabilní výkon: Stabilita baterie znamená konzistentní výkon a spolehlivost po celou dobu její životnosti, čímž se snižuje riziko snížení výkonu nebo selhání v důsledku stárnutí baterie.

3.Rychlé nabíjení a vypouštění

• Pohodlí a efektivita: Lithium-iontové baterie podporují rychlé nabíjení a vybíjení, přičemž typické rychlosti nabíjení dosahují1-2C, splňující požadavky moderních uživatelů na rychlé nabíjení, zkrácení čekacích dob a zlepšení každodenního života a efektivity práce.
• Přizpůsobitelné modernímu životu: Funkce rychlého nabíjení splňuje potřeby rychlého a pohodlného nabíjení v moderním životě, zejména během cestování, práce nebo jiných příležitostí vyžadujících rychlé doplnění baterie.

4.Žádný paměťový efekt

• Pohodlné návyky nabíjení: Bez znatelného „paměťového efektu“ mohou uživatelé nabíjet kdykoli bez nutnosti pravidelného úplného vybíjení pro udržení optimálního výkonu, což snižuje složitost správy baterie.
• : Žádný paměťový efekt znamená, že lithium-iontové baterie mohou nepřetržitě poskytovat efektivní a konzistentní výkon bez složitého řízení nabíjení a vybíjení, což snižuje nároky uživatelů na údržbu a správu.

5.Nízká rychlost samovybíjení

• Dlouhodobé skladování: Rychlost samovybíjení lithium-iontových baterií je obvykle2-3 % měsíčně, což znamená minimální ztrátu nabití baterie po delší dobu nepoužívání, udržování vysoké úrovně nabití pro pohotovostní nebo nouzové použití.
• Úspora energie: Nízká míra samovybíjení snižuje energetické ztráty v nepoužívaných bateriích, šetří energii a snižuje dopad na životní prostředí.

Nevýhody lithium-iontové baterie

1. Bezpečnostní otázky

Lithium-iontové baterie představují bezpečnostní rizika, jako je přehřátí, spalování nebo výbuch.Tyto bezpečnostní problémy mohou zvýšit rizika pro uživatele během používání baterie, což může způsobit poškození zdraví a majetku, což vyžaduje lepší řízení a monitorování bezpečnosti.

2. Náklady

Výrobní náklady lithium-iontových baterií se obvykle pohybují od.

3. Omezená životnost

Průměrná životnost lithium-iontových baterií se obvykle pohybuje od300-500 cyklů nabití-vybití.Za podmínek častého a intenzivního používání se může kapacita a výkon baterie snižovat rychleji.

4. Teplotní citlivost

Optimální provozní teplota pro lithium-iontové baterie je obvykle uvnitř0-45 stupňů Celsia.Při příliš vysokých nebo nízkých teplotách může být ovlivněn výkon a bezpečnost baterie.

5. Doba nabíjení

Zatímco lithium-iontové baterie mají schopnosti rychlého nabíjení, v některých aplikacích, jako jsou elektrická vozidla, technologie rychlého nabíjení stále potřebuje další vývoj.V současné době mohou některé technologie rychlého nabíjení baterii nabíjet80 % do 30 minut, ale dosažení 100% nabití obvykle vyžaduje více času.

Odvětví a scénáře Vhodné pro lithium-iontové baterie

Díky svým vynikajícím výkonnostním charakteristikám, zejména vysoké hustotě energie, nízké hmotnosti a žádnému „paměťovému efektu“, jsou lithium-iontové baterie vhodné pro různá průmyslová odvětví a různé aplikační scénáře.Zde jsou odvětví, scénáře a produkty, kde jsou lithium-iontové baterie vhodnější:

Scénáře použití lithium-iontových baterií

1. Přenosné elektronické produkty s lithium-iontovými bateriemi:
   • Smartphony a tablety: Lithium-iontové baterie se díky své vysoké hustotě energie a nízké hmotnosti staly hlavním zdrojem energie pro moderní smartphony a tablety.
   • Přenosná audio a video zařízení: Jako jsou Bluetooth sluchátka, přenosné reproduktory a kamery.
2. Elektrická dopravní vozidla s lithium-iontovými bateriemi:
   • Elektromobily (EV) a hybridní elektrická vozidla (HEV): Vzhledem k vysoké hustotě energie a dlouhé životnosti se upřednostňují lithium-iontové baterie.technologie baterií pro elektrická a hybridní vozidla.

• Elektrická kola a elektrické skútry: Stále oblíbenější v cestování na krátké vzdálenosti a v městské dopravě.

3. Přenosné napájecí zdroje a systémy pro ukládání energie s lithium-iontovými bateriemi:
   • Přenosné nabíječky a mobilní napájecí zdroje: Poskytování dodatečného napájení pro chytrá zařízení.
   • Systémy pro skladování obytných a komerčních energií: například systémy skladování solární energie a projekty ukládání mřížky.
4. Lékařská zařízení s lithium-iontovými bateriemi:
   • Přenosná lékařská zařízení: jako jsou přenosné ventilátory, monitory krevního tlaku a teploměry.
   • Zdravotnická mobilní zařízení a monitorovací systémy: Například bezdrátové elektrokardiogramové (EKG) zařízení a systémy vzdáleného monitorování zdraví.
5. Letecké a kosmické lithium-iontové baterie:
   • Bezpilotní letadla (UAV) a letadla: Vzhledem k nízké hmotnosti a vysoké hustotě energie lithium-iontových baterií jsou ideálními zdroji energie pro drony a další lehká letadla.
   • Satelity a vesmírné sondy: Lithium-iontové baterie se postupně prosazují do leteckých aplikací.

Známé produkty využívající lithium-iontové baterie

• Baterie do elektromobilů Tesla: Lithium-iontové baterie společnosti Tesla využívají technologii lithium-iontových baterií s vysokou hustotou energie, aby zajistily dlouhý dojezd pro její elektrická vozidla.
• Baterie pro Apple iPhone a iPad: Apple používá vysoce kvalitní lithium-iontové baterie jako hlavní zdroj energie pro své řady iPhone a iPad.
• Baterie do bezdrátových vysavačů Dyson: Bezdrátové vysavače Dyson používají účinné lithium-iontové baterie, které uživatelům poskytují delší dobu používání a rychlejší nabíjení.

Co je to lithium-polymerová baterie?

Přehled lithium-polymerových baterií

Lithium-polymerová (LiPo) baterie, známá také jako lithiová baterie v pevné fázi, je pokročilá technologie lithium-iontových baterií, která používá jako elektrolyt polymer v pevné fázi namísto tradičních kapalných elektrolytů.Hlavní výhody této technologie baterií spočívají ve zvýšené bezpečnosti, hustotě energie a stabilitě.

Princip lithiové polymerové baterie

• Proces nabíjení: Po zahájení nabíjení je k baterii připojen externí zdroj napájení.Kladná elektroda (anoda) přijímá elektrony a současně se ionty lithia oddělují od kladné elektrody, migrují přes elektrolyt k záporné elektrodě (katodě) a zabudovávají se.Mezitím záporná elektroda také přijímá elektrony, zvyšuje celkový náboj baterie a ukládá více elektrické energie.
• Proces vybíjeníJak ionty lithia migrují, nabití baterie klesá a uložená elektrická energie se uvolňuje pro použití v zařízení.

Struktura lithium-polymerové baterie

Základní struktura lithium-polymerové baterie je podobná jako u lithium-iontové baterie, ale používá jiné elektrolyty a některé materiály.Zde jsou hlavní součásti lithium-polymerové baterie:

1. Pozitivní elektroda (anoda):
   • Aktivní materiál: Materiál kladné elektrody je obvykle lithium-iontové materiály, jako je oxid lithný, kobaltnatý, fosforečnan lithný atd.
   • Aktuální kolektor: Pro vedení elektřiny je anoda obvykle potažena vodivým kolektorem proudu, jako je měděná fólie.
2. Negativní elektroda (katoda):
   • Aktivní materiál: Aktivní materiál záporné elektrody je také zapuštěn, běžně se používají materiály na bázi grafitu nebo křemíku.
   • Aktuální kolektor: Podobně jako anoda, i katoda vyžaduje dobrý vodivý sběrač proudu, jako je měděná fólie nebo hliníková fólie.
3. Elektrolyt:
   • Lithium-polymerové baterie používají jako elektrolyty pevné nebo gelové polymery, což je jeden z hlavních rozdílů od tradičních lithium-iontových baterií.Tato forma elektrolytu poskytuje vyšší bezpečnost a stabilitu.
4. Oddělovač:
   • Úlohou separátoru je zabránit přímému kontaktu mezi kladnými a zápornými elektrodami a zároveň umožnit průchod iontů lithia.To pomáhá zabránit zkratu baterie a udržuje stabilitu baterie.
5. Kryt a těsnění:
   • Vnější povrch baterie je obvykle vyroben z kovového nebo plastového pouzdra, které poskytuje ochranu a strukturální podporu.
   • Těsnicí materiál zajišťuje, že elektrolyt neuniká a udržuje stabilitu vnitřního prostředí baterie.

Lithium-polymerové baterie mají díky použití pevných nebo gelovitých polymerních elektrolytůvysoká hustota energie, bezpečnost a stabilita, což z nich dělá atraktivnější volbu pro určité aplikace ve srovnání s tradičními lithium-iontovými bateriemi s tekutým elektrolytem.

Výhody lithiové polymerové baterie

Ve srovnání s tradičními lithium-iontovými bateriemi s tekutým elektrolytem mají lithium-polymerové baterie následující jedinečné výhody:

1.Elektrolyt v pevné fázi

• Zvýšená bezpečnost: Díky použití elektrolytu v pevné fázi Lithium Polymerové baterie výrazně snižují riziko přehřátí, hoření nebo výbuchu.To nejen zlepšuje bezpečnost baterie, ale také snižuje potenciální nebezpečí způsobená únikem nebo vnitřním zkratem.

2.Vysoká hustota energie

• Optimalizovaný design zařízení: Hustota energie Lithium Polymerových baterií obvykle dosahuje300-400 Wh/kg, výrazně vyšší než150-250 Wh/kgtradičních lithium-iontových baterií s tekutým elektrolytem.To znamená, že při stejném objemu nebo hmotnosti mohou lithium-polymerové baterie uložit více elektrické energie, což umožňuje navrhovat zařízení tenčí a lehčí.

3.Stabilita a trvanlivost

• Dlouhá životnost a nízká údržba: Vzhledem k použití elektrolytů v pevné fázi mají lithium-polymerové baterie obvykle životnost1500-2000 cyklů nabití-vybití, daleko přesahující500-1000 cyklů nabití-vybitítradičních lithium-iontových baterií s tekutým elektrolytem.To znamená, že uživatelé mohou používat zařízení delší dobu, což snižuje frekvenci výměny baterií a související náklady na údržbu.

4.Rychlé nabíjení a vypouštění

• Vylepšené uživatelské pohodlí: Lithium-polymerové baterie podporují vysokorychlostní nabíjení s rychlostí nabíjení dosahující až 2-3C.To uživatelům umožňuje rychle získat energii, zkrátit čekací doby a zvýšit efektivitu používání zařízení.

5.Výkon při vysoké teplotě

• Širší scénáře aplikací: Vysokoteplotní stabilita pevných elektrolytů umožňuje lithium-polymerovým bateriím dobře fungovat v širším rozsahu provozních teplot.To poskytuje větší flexibilitu a spolehlivost pro aplikace, které vyžadují provoz v prostředí s vysokou teplotou, jako jsou elektrická vozidla nebo venkovní zařízení.

Celkově lze říci, že lithium-polymerové baterie poskytují uživatelům vyšší bezpečnost, větší hustotu energie, delší životnost a širší rozsah aplikací, čímž dále splňují potřeby moderních elektronických zařízení a systémů pro ukládání energie.

Nevýhody lithiové polymerové baterie

1. Vysoké výrobní náklady:
   • Výrobní náklady Lithium Polymerových baterií se obvykle pohybují v rozmezí od200–300 USD za kilowatthodinu (kWh), což je ve srovnání s jinými typy lithium-iontových baterií poměrně vysoká cena.
2. :
3. :
4. :
5. :
6. :