Litij-ionska in litij-polimerna baterija: Kaj je boljše?

1. Najprej razumite: Kaj je razlika med tema dvema baterijama?

Pred razpravo o tem, katera je boljša, so litij-ionske baterija ali litijevega polimera baterija, moramo najprej pojasniti razliko med njima. Tako kot pri izbiri sadja morate najprej vedeti, kako sta jabolka in pomaranče videti in kakšnega okusa sta, šele nato lahko izberete tisto, ki bolj ustreza vašemu okusu. Čeprav sta obe bateriji povezani z "litijem", se, če si ju podrobneje ogledate, med njima pojavljajo številne razlike, od strukture do zmogljivosti!

(I) Strukturne razlike: ena je kot "kola v pločevinki", druga pa kot "sok iz plastične vrečke".

Mislim, da je vsakdo že videl litij-ionske baterije, bolj ali manj. Običajna baterija 18650 je tipičen predstavnik. Je valjaste oblike. Obstajajo tudi kvadratne litij-ionske baterije. Ta vrsta baterij uporablja tekoči elektrolit. Da bi preprečili iztekanje elektrolita, je zaprta s kovinsko lupino, bodisi jekleno bodisi aluminijasto. To je podobno pločevinki kole. Kovinska pločevinka trdno drži kolo v notranjosti, njena oblika pa je fiksna. Težko spremenite njeno obliko.

Oglejmo si litij-polimerne baterije. Ta je veliko bolj prilagodljiva! Uporablja trdni ali gelski elektrolit in je zavita v mehak paket iz aluminijaste plastične folije. Ta mehka embalaža je kot plastična vrečka za sok in jo lahko stisnete v različne oblike. Najtanjša litij polimerna baterija je lahko 0,5 mm in jo je mogoče upogibati. Popolnoma se lahko prilega različnim napravam nenavadnih oblik, kot so tisti elektronski izdelki, ki si prizadevajo za izjemno lahkotnost in edinstvene oblike. Litij polimerne baterije lahko pokažejo svoje sposobnosti.

(II) Bistveno razmerje: Dejansko so "ena družina".

Litij polimerne baterije so v bistvu "izboljšana različica" litij-ionskih baterij. Njihova osnovna načela delovanja so enaka in temeljijo na gibanju litijevih ionov sem in tja med pozitivno in negativno elektrodo, s čimer proizvajajo električno energijo. To je kot dva brata, ki imata kljub različni osebnosti in videzu v kosteh isto kri. Razlika med njima se kaže predvsem v obliki elektrolita in embalaže. Ta majhna razlika prinaša vrsto razlik v poznejšem delovanju in scenarijih uporabe.

2. Čelni spopad: Kdo je močnejši v šestih dimenzijah?

Zdaj, ko smo ugotovili razliko med litij-ionskimi in litij-polimernimi baterijami, je naslednji korak najbolj zaskrbljujoč. Katera od teh dveh baterij je boljša z vidika zmogljivosti? Primerjajmo ju s šestih vidikov baterija življenjska doba, varnost, oblika, trajnost, cena in prilagodljivost ekstremnim okoljem. Po branju si boste ustvarili dobro predstavo!

(I) Najbolj vas skrbi življenjska doba baterije: Katera je lahko bolj "obremenjena"?

Za prijatelje, ki si prizadevajo za dolgo življenjsko dobo baterije, je energijska gostota baterije zelo pomembna. Ta določa, koliko energije lahko baterija shrani pri enaki teži ali prostornini. Litij-ionske baterije se zelo dobro obnesejo glede gostote energije. Splošna gostota energije je 150-250 Wh/kg. Če gre za eno celico, lahko doseže celo 460 Wh/kg. To pomeni, da lahko litij-ionske baterije pri enaki teži shranijo več energije. Na primer Teslina baterija 4680 z visoko gostoto energije omogoča, da električna vozila vozijo dlje. Tudi prenosni računalniki imajo lahko z litij-ionskimi baterijami dobro življenjsko dobo.

Oglejmo si litij-polimerne baterije. Njihova energijska gostota je 120-200 Wh/kg, kar je na prvi pogled manj kot pri litij-ionskih baterijah. Vendar ima edinstveno prednost, ki je visoka stopnja izkoriščenosti volumna. Pri enaki velikosti lahko litij polimerne baterije shranijo približno 10% več energije kot litij ionske baterije. Baterija telefona iPhone, ki ga uporabljamo vsak dan, je na primer zelo tanka, vendar življenjska doba baterije ni slaba. K temu so nepogrešljivo prispevale litij polimerne baterije. Poleg tega so za litij polimerne baterije zelo primerne tudi tiste majhne nosljive naprave.

(II) Osredotočenost na varnostno stranko: Kdo ima manjšo verjetnost, da bo "eksplodiral"?

Varnostna vprašanja so izredno pomembna. Nihče si ne želi, da bi naprava v njegovih rokah nenadoma postala "tempirana bomba". Litij-ionske baterije uporabljajo tekoče elektrolite, ki so nekoliko "temperamentni". Če so preveč napolnjeni ali se srečujejo z visokimi temperaturami, so nagnjeni k težavam. Pri prevelikem polnjenju se poveča notranji tlak baterije, kar lahko povzroči uhajanje elektrolita. Če so razmere resne, lahko pride tudi do toplotnega pobega, torej do požara in eksplozije, ki vse skrbi. Vendar so sedanje litij-ionske baterije običajno opremljene s sistemom za upravljanje baterije BMS, ki lahko spremlja stanje baterije v realnem času, kar močno zmanjša varnostno tveganje. Kljub temu to tveganje še vedno obstaja, vendar je verjetnost zanj izjemno majhna.

Litij-polimerne baterije so z vidika varnosti veliko bolj zanesljive. Uporabljajo trdne elektrolite in načeloma ne puščajo. Tudi če jih stisnemo ali preluknjamo, se kvečjemu izbočijo in le redko zagorejejo ali eksplodirajo. Medicinska oprema, ki je povezana z varnostjo človeških življenj, ima izjemno visoke zahteve glede varnosti baterij, zato so litij-polimerne baterije zelo primerne; pri dronih, ki letijo v zraku, pa bo v primeru težav z baterijo grozno. Zaradi visoke varnosti litij polimernih baterij so lahko piloti bolj samozavestni.

(III) obvezen ogled za tiste, ki imajo radi videz: Kdo ima bolj "razgibano postavo"?

V današnjem času, ko gledamo na obraze, je zelo pomemben tudi videz elektronskih izdelkov, oblika baterije pa ima velik vpliv na oblikovanje videza naprave. Oblika litij-ionskih baterij je razmeroma ustaljena, najpogostejši obliki pa sta valjasta in kvadratna. To je podobno kot pri ravnem človeku, ki ni preveč prilagodljiv. Če jo vstavite v napravo, včasih zavzame več prostora in omejuje oblikovanje naprave. Tako kot nekatere zgodnje mobilne napajalne banke so uporabljale cilindrične litij-ionske baterije 18650, ki so bile razmeroma velike in na videz niso bile občutljive.

Litij polimerne baterije so veliko bolj prilagodljive in jih lahko imenujemo "transformatorji". Lahko jih naredimo v ukrivljene površine, kot so ukrivljeni zasloni nekaterih vrhunskih mobilnih telefonov, ki so lahko opremljeni z ukrivljenimi litij polimernimi baterijami; lahko jih naredimo tudi zelo tanke, kot so mobilni telefoni z zložljivim zaslonom, ki imajo tako tanko ohišje prav zaradi tega, ker so lahko litij polimerne baterije zelo tanke; lahko jih naredimo celo v posebne oblike, ki se popolnoma prilegajo notranji strukturi naprave, zaradi česar je oblikovanje videza naprave svobodnejše, naprava pa je lahko še tanjša in lepša. Ali vas mikajo ljudje, ki imajo radi videz?

(IV) Dilema stranke trajnosti: Kdo je bolj "vzdržljiv"?

Trajnost baterije se imenuje tudi življenjska doba cikla, ki se nanaša na število polnjenj in praznjenj baterije, preden zmogljivost pade na določeno raven, običajno 80% začetne zmogljivosti. Življenjska doba litij-ionske baterije je običajno približno 500-1000-krat, če pa gre za litij-železovo-fosfatno litij-ionsko baterijo, lahko življenjska doba cikla doseže več kot 3000-krat. Električna vozila se uporabljajo vsak dan, zato potrebujejo baterije z dolgo življenjsko dobo. Litij-ionske baterije so primernejše in lahko zadovoljijo potrebe dolgoročne uporabe. Tudi baterije za shranjevanje energije se dolgotrajno večkrat polnijo in praznijo, pri čemer lahko litij-ionske baterije prav tako opravljajo to nalogo. Življenjski cikel litij-polimernih baterij je približno 300-800-krat, kar se zdi krajše kot pri litij-ionskih baterijah. Vendar je tu majhen trik. Če baterijo polnite in praznite plitvo, torej je ne polnite, ko je popolnoma napolnjena, se lahko njena življenjska doba cikla podaljša na 5 000-krat. Pri opremi, kot so brezpilotna letala in modeli letal, pogostost uporabe ni posebej visoka, vendar je ob vsaki uporabi velika obremenitev, zato obstajajo zahteve glede teže in prostornine baterije. Primernejše so litij-polimerne baterije, ki imajo lahko zaradi razumne uporabe tudi dobro vzdržljivost.

(V) Stranka z denarnico skrbi: Kdo bolj varčuje z denarjem?

Cena je dejavnik, ki ga veliko ljudi upošteva pri izbiri baterije. Litij-ionske baterije so zaradi razvite tehnologije dosegle velik obseg proizvodnje, zato je njihova cena razmeroma ugodna. Trenutno je cena na enoto približno $120/kWh, kar je zelo stroškovno učinkovito. Za množično potrošniško elektroniko, kot so mobilni telefoni in tablični računalniki, uporaba litij-ionskih baterij ne zagotavlja le zmogljivosti, temveč tudi ne stane potrošnika preveč, kar je zelo v skladu s potrebami stranke z denarnico.

Cena litij-polimernih baterij je nekoliko višja, saj je cena na enoto približno $200/kWh. Razlog je predvsem v tem, da je njihov proizvodni proces razmeroma zapleten, na primer tehnologija laminacije, ki ima visoke procesne zahteve, zaradi česar ni mogoče znižati stroškov. Zato se litij-polimerne baterije običajno uporabljajo v napravah visokega razreda, ki imajo visoke zahteve glede zmogljivosti baterije in zadostna proračunska sredstva. Če je vaš proračun omejen, boste morda morali o tem skrbno razmisliti.

(VI) Preskus ekstremnega okolja: Kateri je bolj "vzdržljiv"?

V nekaterih ekstremnih okoljih, kot so mrzle zime ali vroča poletja, se preizkusi zmogljivost baterij. Temperaturno območje delovanja litij-ionskih baterij je na splošno med -25 ℃ in 45 ℃. V okoljih z nizkimi temperaturami se življenjska doba baterij znatno skrajša. Verjamem, da je veliko ljudi že izkusilo, da njihovi mobilni telefoni pozimi zelo hitro izgubijo energijo. To je delovanje litij-ionskih baterij pri nizkih temperaturah. V okoljih z visokimi temperaturami je treba pozornost nameniti odvajanju toplote, sicer lahko pride do varnostnih težav.

Temperaturno območje litij polimernih baterij je podobno temperaturnemu območju litij-ionskih baterij, vendar je njihov trdni elektrolit stabilnejši pri visokih temperaturah. Tudi glede zmogljivosti pri nizkih temperaturah so nekoliko boljše od litij-ionskih baterij. Čeprav razlika ni posebej velika, ima lahko tudi ta majhna prednost ključno vlogo v ekstremnih okoljih. Na primer, v nekaterih posebnih priložnostih z zahtevami po visokih temperaturah imajo lahko litij-polimerne baterije več prednosti.

3. Izbira scenarija: kupite pravega, ne dragega!

Menim, da si je po spoznavanju razlik v zmogljivosti litij-ionskih in litij-polimernih baterij v različnih dimenzijah vsakdo v svojem srcu ustvaril predhodno mnenje. Toda pri dejanski izbiri je treba združiti posebne scenarije uporabe. Navsezadnje je najboljši tisti, ki vam ustreza. Naj vam podrobno povem, katere baterijaza izbiro v različnih scenarijih.

(I) Izberite litij-ionske baterije, ki so primerne za naslednje tri scenarije:

Visoka življenjska doba baterije + dolga življenjska doba: Če se pogosto vozite z električnim kolesom na dolge razdalje ali imate doma nameščeno opremo za shranjevanje energije in jo morate vsak dan polniti in prazniti ali če želite, da vaš prenosni računalnik zdrži več let, so litij-ionske baterije vaša najboljša izbira. Vzemimo za primer električne avtomobile. Litij-ionske baterije, ki se uporabljajo v Teslinem modelu 3, zlahka dosežejo doseg več sto kilometrov, kar povsem zadostuje za vsakodnevno vožnjo na delo in občasna potovanja na dolge razdalje. Tudi sistemi za shranjevanje energije za domove, kot je Teslin Powerwall, uporabljajo litij-ionske baterije, ki lahko dolgo časa zagotavljajo stabilno napajanje doma in imajo dolgo življenjsko dobo cikla, zato vam ni treba skrbeti za pogosto menjavo baterij. Kar zadeva prenosne računalnike, so številne serije Lenovo ThinkPad opremljene z litij-ionskimi baterijami, ki imajo dolgo življenjsko dobo in vas lahko odvrnejo od skrbi zaradi nezadostne energije, ko ste na delu.

Omejen proračun: Če je vaš proračun omejen, bodo pri izbiri naprav, kot so mobilni telefoni in tablični računalniki, cenovno ugodnejše litij-ionske baterije. Če za primer vzamemo mobilne telefone, večina mobilnih telefonov srednjega in nižjega razreda na trgu uporablja litij-ionske baterije, ki so razmeroma dostopne in imajo zmogljivost, ki ustreza vsakodnevni uporabi. Nekateri telefoni Xiaomi za tisoč juanov so opremljeni z litij-ionskimi baterijami. Te lahko v osnovi zdržijo en dan za vsakodnevno gledanje videoposnetkov, igranje iger in klepetanje na WeChatu. Poleg tega so cenovno dostopni in zelo primerni za cenovno občutljive potrošnike.

Potrebujete visok tok praznjenja: Če pogosto uporabljate električna orodja, kot so električni vrtalniki in električne žage, vam lahko pridejo prav litij-ionske baterije, ki omogočajo visokotokovno praznjenje. Električna orodja morajo med delom takoj oddajati velik tok. Številne litij-ionske baterije 18650 imajo možnost praznjenja z visoko hitrostjo, kar lahko zadosti potrebam visokotokovnega praznjenja električnih orodij, zaradi česar orodja delujejo močneje in učinkoviteje.

(II) Izberite litijeve polimerne baterije, ki so primerne za te tri scenarije:

Noben centimeter prostora ni zapravljen: Za naprave, ki si prizadevajo za izjemno lahkotnost in tankost, kot so mobilni telefoni z zložljivim zaslonom, zelo tanki prenosni računalniki in pametne ure, so litij polimerne baterije preprosto "rešitelji". Mobilni telefon z zložljivim zaslonom ima velik zaslon, ko je razstavljen, vendar je notranji prostor ohišja omejen. Litij polimerne baterije je mogoče izdelati v ultra tankih oblikah in jih vstaviti, da se zagotovi dovolj energije. Huaweijeva serija telefonov z zložljivim zaslonom Mate X uporablja litijeve polimerne baterije, ki lahko zagotovijo dobro življenjsko dobo baterije, hkrati pa zagotavljajo tanko in lahko ohišje. Enako velja za ultra tanke prenosne računalnike. Applov MacBook Air ima zelo tanko ohišje, v njem uporabljena litij-polmerna baterija pa je odlično prilagojena, zato je prenosnik tako tanek kot prenosen in ima zagotovljeno določeno življenjsko dobo baterije. To še bolj velja za pametne ure. Litij polimerne baterije, ki imajo majhno velikost, je mogoče izdelati v različnih oblikah glede na notranjo strukturo ure, kar omogoča čim boljšo izrabo prostora in več energije.

Varnost na prvem mestu: v medicinski in letalski opremi, ki imata izjemno visoke varnostne zahteve, so litij-polimerne baterije prva izbira. Srčni spodbujevalniki so pomembna medicinska oprema za vzdrževanje normalnega srčnega utripa in v njih se uporabljajo litij polimerne baterije. Njihova visoka varnost lahko zagotovi, da v nobenem primeru ni ogrožena varnost bolnikovega življenja. Enako velja tudi za letalsko opremo. Če se med letenjem v zraku baterija zažge in eksplodira, bodo posledice katastrofalne. Lastnosti litij polimernih baterij, ki se ne morejo zlahka vžgati in eksplodirati, lahko zagotovijo večjo varnost letenja letal. Za zagotavljanje varnosti letenja bodo nekatere naprave za fotografiranje iz zraka z droni uporabljale tudi litijeve polimerne baterije.

Potrebujete "hitro polnjenje": Če ste navdušenec nad droni, gotovo poznate težave, ki jih povzroča polnjenje drona po daljšem letenju. V tem času lahko vaše težave rešijo nekatere litijeve polimerne baterije, ki podpirajo hitro polnjenje 15C. V 10 minutah lahko napolni 80% moči, kar močno skrajša čas polnjenja in vam omogoča, da bolj uživate v zabavi letenja. Nekateri vrhunski droni, kot je DJI, uporabljajo litij-polmerne baterije, ki podpirajo hitro polnjenje visoke hitrosti, zaradi česar je uporaba dronov boljša.

4. Pogosti nesporazumi: Ne delajte napak pri teh 3 stvareh!

Pri izbiri in uporabi litij-ionskih in litij-polmernih baterij lahko pride do nekaterih nesporazumov. Razjasnimo zmedo za vse, da bodo lahko vsi natančneje razumeli ti dve bateriji.

(I) "Litij polimerne baterije morajo imeti večjo zmogljivost kot litij-ionske baterije?"

Veliko ljudi meni, da morajo litij-polimerne baterije po zmogljivosti popolnoma izriniti litij-ionske baterije, vendar temu ni tako. Glede shranjevanja energije glede na težo, torej glede gostote energije, so litij-ionske baterije boljše. Njihova energijska gostota je običajno med 150 in 250 Wh/kg, nekateri monomeri pa lahko dosežejo celo 460 Wh/kg. Vendar imajo litij polimerne baterije več prednosti pri shranjevanju energije glede na prostornino. Ker uporabljajo mehko embalažo in imajo velik izkoristek notranjega prostora, lahko litij polimerne baterije shranijo približno 10% več energije kot litij ionske baterije enake velikosti. Zato ni mogoče preprosto reči, da morajo imeti litij polimerne baterije večjo zmogljivost kot litij ionske baterije. To je odvisno od tega, s katerega zornega kota primerjamo.

(II) "Litij-ionske baterije so nagnjene k eksploziji in jih ni mogoče uporabljati?"

Pri litij-ionskih baterijah nekatere skrbi, da bodo eksplodirale. Pravzaprav ni potrebe po paniki. V običajnih izdelkih z litij-ionskimi baterijami so te opremljene s popolnim zaščitnim vezjem, tako kot bi za baterijo najeli "telesnega stražarja". Ko se baterija preveč napolni ali izprazni, bo zaščitno vezje samodejno prekinilo tok in preprečilo, da bi baterija "čustveno ušla izpod nadzora". Večina novic o eksplozijah litij-ionskih baterij na trgu je posledica uporabe ponarejenih baterij slabe kakovosti ali nasilnih poškodb baterij, kot so prebadanje, stiskanje itd. Dokler kupujete običajne izdelke ter jih pravilno uporabljate in vzdržujete, so litij-ionske baterije še vedno zelo varne.

(III) "Ali je treba baterijo po izteku življenjske dobe zavreči?"

Mnogi ljudje mislijo, da lahko baterijo po izteku življenjske dobe in zmanjšanju zmogljivosti le zavržemo in jo nadomestimo z novo. V resnici lahko baterija, če obvladate pravilen način uporabe, še vedno "zdrži dlje". Plitvo polnjenje in praznjenje je ključ do podaljšanja življenjske dobe baterije. Poskusite ne uporabljati baterije z močjo, nižjo od 20%, in je ne polnite do 100%. Bolje je, da se polni v območju od 30% do 80%. To je podobno kot pri prehranjevanju. Ne jejte, ko ste preveč lačni, in ne jejte, dokler niste siti. Če boste vzdrževali zmerno "dieto", bo baterija bolj vzdržljiva. Poleg tega se tako litij-ionske kot litij-polimerne baterije zelo bojijo visokih temperatur. Pri njihovi uporabi in shranjevanju se poskušajte izogibati okoljem z visokimi temperaturami, kar lahko tudi podaljša baterijaživljenje.

V. Povzetek: Ni "najboljšega", je le "najprimernejši".

Verjamem, da je po številnih primerjavah dimenzij in analizah scenarijev vsakdo ugotovil, da so litij-ionske in litij-polimerne baterije kot dva igralca s svojimi močmi, ki sijeta na različnih področjih, zato je težko preprosto reči, kateri je absolutno boljši od drugega.

Litij-ionske baterije so kot vsestranski igralci. Imajo dobre lastnosti glede življenjske dobe baterije, življenjske dobe, stroškov itd. So razmeroma uravnotežene in nimajo očitnih pomanjkljivosti. V razredu so kot "najboljši učenci pri vseh predmetih" in pri vsakem predmetu lahko dobijo dobre ocene. Zato so zelo primerni za večino scenarijev vsakodnevne uporabe. Na primer za naše pogosto uporabljene mobilne telefone, prenosne računalnike, električna vozila itd. lahko litij-ionske baterije dobro opravijo svoje delo in zadovoljijo naše osnovne potrebe. Poleg tega so cenovno dostopne in stroškovno učinkovite.

Litij-polimerne baterije so kot specializirani predvajalniki. So zelo izjemne v smislu lahkotnosti, varnosti in prilagodljive oblike. So kot "posebni učenci" v razredu in imajo edinstvene prednosti na enem ali dveh področjih. Zato so primernejše za vrhunske ali posebne naprave, ki imajo posebne zahteve glede zmogljivosti baterije, kot so mobilni telefoni z zložljivim zaslonom, pametne ure, medicinska oprema, brezpilotna letala itd. Te naprave imajo visoke zahteve glede varnosti baterije, lahkotnosti in prilagodljivosti oblike. Litij polimerne baterije lahko popolnoma izpolnjujejo te zahteve in omogočajo boljše delovanje opreme.

Ko boste naslednjič kupovali elektronske izdelke ali razmišljali o zamenjavi baterije v napravi, se umirite in pomislite na to, kar vam je najbolj pomembno - na baterija življenjsko dobo naprave, njen videz in tankost ali varnost? Ko razjasnite svoje potrebe in nato izbirate glede na značilnosti teh dveh baterij, ste lahko prepričani, da boste izbrali najprimernejšo baterijo zase, zaradi česar bo uporaba vaše naprave bolj udobna in nemotena!