Sześć powszechnych typów akumulatorów litowych i ich główne parametry wydajności

Często mówimy o bateriach litowych lub bateriach żelaznych, które są nazywane po katodach aktywnych materiałów.Niniejszy artykuł podsumowuje sześć najczęstszych typów baterii litowych i ich główne parametry wydajnościJak wszyscy wiemy, ta sama technologiczna droga komórki, parametry specyficzne nie są dokładnie takie same, ta praca pokazuje ogólny poziom obecnych parametrów.Sześć baterii litowych obejmuje:: tlenek kobaltu litu (LiCoO2), manganan manganu litu (LiMn2O4), manganan niklu kobaltu litu (LiNiMnCoO2 lub NMC), aluminat niklu kobaltu litu (LiNiCoAlO2 lub NCA),Fosforan żelaza litu (LiFePO4) i titananatu litu (Li4Ti5O12).

Tlenek kobaltu litu (LiCoO2) Z powodu wysokiej energii właściwej, tlenek kobaltu litu jest popularnym wyborem do telefonów komórkowych, laptopów i aparatów cyfrowych.Akumulator składa się z katody tlenku kobaltu i anody węgla grafitowegoKatoda ma strukturę warstwową, podczas której jony litu przemieszczają się z anody na katodę, a proces ładowania przepływa w przeciwnym kierunku.Podczas rozładowania, jony litu przemieszczają się z anody na katodę; przepływ z katody na anodę podczas ładowania.niska stabilność termiczna i ograniczona pojemność obciążenia (moc właściwa)Podobnie jak w przypadku innych hybrydowych baterii litowo-jonowych z kobaltu, tlenek kobaltu litowego wykorzystuje anodę grafitową, a jego żywotność cyklu jest ograniczona głównie przez interfejs elektrolitowy stały (SEI),odzwierciedla się głównie w stopniowym zagęszczaniu folii SEI, oraz anodowe pokrycie litowe w procesie szybkiego ładowania lub proces ładowania w niskiej temperaturze.zdolność obciążeniowa i obniżenie kosztów. tlenek kobaltu litowego nie może być ładowany i rozładowywany przy prądzie większym niż pojemność.400mAh można ładować i rozładowywać tylko przy prędkości mniejszej lub równej 2W celu optymalnego szybkiego ładowania producent zaleca mnożnik ładowania wynoszący 0.8°C lub około 2°C.Obwód ochronny akumulatora ogranicza prędkość ładowania i rozładowania jednostki energetycznej do poziomu bezpieczeństwa około 1C.

Litium manganate (LiMn2O4) - bateria manganatowa w postaci spinelu litowego została po raz pierwszy opublikowana w 1983 roku. W 1996 roku firma Moli Energy rozpoczęła komercjalizację baterii litowo-jonowych z tlenem manganu litowego jako materiałem katodowym.Architektura tworzy trójwymiarową strukturę spinelu, która poprawia przepływ jonów na elektrodzie iInną zaletą spinelu jest jego wysoka stabilność termiczna, zwiększone bezpieczeństwo,ale ograniczony czas cyklu i żywotność kalendarzaNiski opór wewnętrzny baterii umożliwia szybkie ładowanie i wysoki prąd rozładowywania.o umiarkowanym nagromadzeniu ciepła. Można również zastosować impuls obciążenia do 50A1 sekund. Stałe wysokie obciążenie przy tym prądzie powoduje nagromadzenie się ciepła, a temperatura baterii nie może przekroczyć 80 °C (176 °F).Manganat litu stosowany w narzędziach elektrycznychLitium manganan jest o około jedną trzecią mniej silny niż tlenek kobaltu.Elastyczna konstrukcja umożliwia inżynierom maksymalną żywotność baterii, lub zwiększyć maksymalny prąd obciążenia (moc właściwa) lub pojemność (energia właściwa).wersja o dużej pojemności ma 1500 mAh.

Większość tlenku manganu litu jest mieszana z tlenem kobaltu niklu manganu litu (NMC) w celu zwiększenia energii właściwej i wydłużenia żywotności.i większości pojazdów elektrycznych, takie jak Nissan Leaf, Chevrolet Volt i BMW i3, mają LMO (NMC).a część NMC zapewnia długi zasięgBadania na bateriach litowo-jonowych łączą tlenek manganu litowego z kobaltem, nikielem, manganem i/lub aluminium jako aktywnymi materiałami katodowymi.do anody dodaje się niewielką ilość krzemuZwiększa to pojemność o 25%; jednak krzemowy rozszerza się i kurczy się przy ładowaniu i rozładowaniu, powodując obciążenia mechaniczne,a zwiększenie mocy jest często ściśle związane z krótkim okresem życia cykluTe trzy aktywne metale i wzmocnienie krzemu mogą być łatwo wybrane w celu poprawy energii specyficznej (zdolność), mocy specyficznej (zdolność obciążenia) lub żywotności.,podczas gdy zastosowania przemysłowe wymagają systemów akumulatorów o dobrej pojemności ładunkowej, długiej żywotności i zapewniających bezpieczne i niezawodne usługi.

Jednym z najbardziej udanych systemów litowo-jonowych z litium-niklu-kobaltu-manganu-manganatu (LiNiMnCoO2 lub NMC) jest katoda kombinacji niklu-niklu-manganu-kobaltu (NMC).Podobny do mangananu lituNa przykład, NMC w akumulatorze 18650 w warunkach średniego obciążenia ma pojemność około 2,800mAh i może dostarczać prądy rozładowania od 4A do 5A; ten sam typ NMC jest zoptymalizowany dla mocy określonej o pojemności zaledwie 2000 mAh, ale może zapewnić ciągły prąd rozładowy 20A. Anoda na bazie krzemu osiągnie ponad 4000 mAh,ale pojemność obciążenia jest zmniejszona, a czas trwania cyklu skróconySilikon dodany do grafitu ma wadę, czyli przy ładowaniu i rozładowywaniu anoda rozszerza się i kurczy, co powoduje niestabilność dużej struktury mechanicznej baterii.Sekretem NMC jest połączenie niklu i manganuTakie jak sól stołowa, gdzie główne składniki sodu i chlorku są same toksyczne, ale są one mieszane jako sole aromatyzujące i środki konserwujące żywność.Nikel jest znany ze swojej wysokiej energii właściwej, ale ma słabą stabilność; struktura spinali manganu osiąga niską odporność wewnętrzną, ale niższą energię specyficzną.NMC jest baterią wyboru dla narzędzi elektrycznychPołączenia katodowe są zazwyczaj jedną trzecią niklu, jedną trzecią manganu i jedną trzecią kobaltu, znane również jako 1-1-1.Dzięki temu powstaje unikalna mieszanina, która również obniża koszty surowców ze względu na zmniejszoną zawartość kobaltu.Innym udanym połączeniem był NCM, który zawierał 5 części niklu, 3 części kobaltu i 2 części manganu (5 3-2).Można również stosować inne kombinacje różnych ilości materiałów katodowychW związku z wysokimi kosztami kobaltu producenci baterii przeszli z kobaltu na katodę niklową.i dłuższy czas trwania cyklu niż baterie na bazie kobaltu, ale mają nieco niższe napięcia.

Fosfat żelaza litowego (LiFePO 4) W 1996 roku Uniwersytet Teksasu odkrył, że fosfat można wykorzystać jako materiał katodowy do ładowalnych baterii litowych.Fosfat litu ma dobre właściwości elektrochemiczne i niski rezystancjaW tym celu wykorzystuje się nanoskalowy materiał katodowy z fosforanu.Głównymi zaletami są wysoki prąd nominalny i długi czas trwania cyklu; dobra stabilność termiczna, zwiększone bezpieczeństwo i tolerancja nadużyć.Jeżeli utrzymywane jest na wysokim napięciu przez długi czasNiedogodnością jest to, że niższy poziom 3.2V napięcie nominalne akumulatora sprawia, że energia właściwa jest niższa niż w przypadku baterii litowo-jonowych z kobaltemW przypadku większości baterii niskie temperatury obniżają wydajność, zwiększając temperaturę przechowywania skracają żywotność, a fosforan litu nie jest wyjątkiem.Fosfat litu ma wyższy samoobciążenie niż inne baterie litowo-jonowe, które mogą powodować problemy ze starzeniem się i dalszym utrzymaniem równowagi, które można skompensować za pomocą wysokiej jakości akumulatorów lub zaawansowanych systemów zarządzania akumulatorami,Ale obie metody zwiększają koszty akumulatora.Żywotność baterii jest bardzo wrażliwa na zanieczyszczenia w procesie produkcyjnym i nie może wytrzymać dopingu wody.Niektóre baterie mają minimalną żywotność zaledwie 50 cykliNa rysunku 9 podsumowano właściwości fosforanu litu. Fosforan litu jest powszechnie stosowany zamiast baterii ołowiano-kwasowych.o napięciu podobnym do sześciu seryjnych ogniw ołowiano-kwasowych 2VPojazd ładuje kwas ołowiowy do akumulatora o napięciu 14,40 V (2,40 V/bateria) i pozostaje naładowany.Celem ładowania pływającego jest utrzymanie pełnego poziomu ładowania i zapobieganie siarkowaniu baterii ołowiowo-kwasowych.

Baterie litowo-niklowo-kobalowo-aluminatowe (LiNiCoAlO2 lub NCA) stosowane są od 1999 r.całkiem dobra moc właściwa i długa żywotność jest podobna do NMCMniej pochlebne są bezpieczeństwo i koszty.

Tytanat litu (Li4Ti5O12) Baterie antodowe z tytanu litu są znane od lat 80.i materiał tworzy strukturę spineluKatodą może być manganan litu lub NMC. Titanat litu ma napięcie baterii o nominalnym napięciu 2,40 V, które może być szybko ładowane i zapewnia wysoki prąd rozładowy 10C.Liczba cykli jest większa niż w przypadku konwencjonalnych baterii litowo-jonowych. Tytanat litu jest bezpieczny i ma doskonałe właściwości rozładowania w niskich temperaturach, osiągając 80% pojemności w temperaturze 30°C (-22°F).brak tworzenia się membrany SEI i brak zjawiska galwanizacji litowej podczas szybkiego ładowania i ładowania w niskiej temperaturze, dzięki czemu ma lepszą wydajność ładowania i rozładowania niż tradycyjny anod Li-ion i grafitu mieszany z kobaltem. Stabilność termiczna w wysokich temperaturach jest również lepsza niż w przypadku innych systemów litowo-jonowych;JednakżeAkumulatory litowe są drogie, a ich energia właściwa jest niska, tylko 65Wh/kg, porównywalna do NiCd.Na rysunku 13 przedstawiono właściwości baterii tytanowo-litowychTypowe zastosowania to napęd elektryczny, UPS i światła uliczne słoneczne.manganan litu i fosforan żelaza litu zapewniają wyższą moc właściwą i stabilność termicznąTitanat litu ma najlepszą żywotność.