Шесть распространенных типов литиевых батарей и их основные параметры производительности

Мы часто говорим о литийных батареях или литийных железных батареях, которые называются литийными батареями в честь катодных активных материалов.В данной работе обобщены шесть распространенных типов литийных батарей и их основные параметры производительностиКак мы все знаем, один и тот же технический путь ячейки, конкретные параметры не совсем одинаковые, эта статья показывает общий уровень текущих параметров.Шесть литийных батарей включают: литий-кобальтоксид (LiCoO2), литий-манган-манганат (LiMn2O4), литий-никель-кобальтоманганат (LiNiMnCoO2 или NMC), литий-никель-кобальтоалюминат (LiNiCoAlO2 или NCA),литий-железофосфат (LiFePO4) и титанат лития (Li4Ti5O12).

Литий-кобальтоксид (LiCoO2) Благодаря своей высокой удельной энергии литий-кобальтоксид является популярным выбором для мобильных телефонов, ноутбуков и цифровых камер.Аккумулятор состоит из кобальтово-оксидного катода и графитово-углеродного анодаКатод имеет слойную структуру, в ходе которой ионы лития перемещаются от анода к катоду, а процесс зарядки течет в противоположном направлении.Во время выпуска, ионы лития перемещаются от анода к катоду; поток от катода к аноду во время зарядки.низкая тепловая стабильность и ограниченная грузоподъемность (специфическая мощность)Как и другие кобальтовые гибридные литий-ионные батареи, литий-кобальтовый оксид использует графитный анод, а его продолжительность цикла в основном ограничена твердым электролитом интерфейса (SEI),преимущественно отражается в постепенном утолщении пленки SEIНовые материальные системы добавляют никель, марганец и / или алюминий для улучшения жизни.грузоподъемность и снижение затратЛитий-кобальтоксид не должен заряжаться и разряжаться при потоке, превышающем емкость.400 мАч можно заряжать и разряжать только при меньшей или равной 2Для оптимальной быстрой зарядки производитель рекомендует множитель зарядки 0.8С или около 2Кружка защиты батареи ограничивает скорость зарядки и разрядки энергоблока до уровня безопасности около 1C.

Литий марганат (LiMn2O4) литий спинельный марганат батарея была впервые опубликована в 1983 году. В 1996 году Moli Energy коммерциализировала литий-ионные батареи с оксидом лития марганца в качестве катодного материала.Архитектура образует трехмерную спинельную структуру, которая улучшает поток ионов на электроде и, тем самым уменьшая внутреннее сопротивление и улучшая несущую способность тока.но ограниченный цикл и календарный срок. Низкое внутреннее сопротивление батареи позволяет быстро заряжаться и выпускать высокий ток.с умеренным накоплением теплаПостоянная высокая нагрузка при этом токе вызывает накопление тепла, а температура батареи не может превышать 80°C (176°F).Манганат лития используется в электроинструментахЛитий-манганат примерно на треть менее мощный, чем литий-кобальтоксид.Гибкость конструкции позволяет инженерам максимально увеличить срок службы батареи, или увеличить максимальный ток нагрузки (специфическая мощность) или емкость (специфическая энергия).версия большой вместимости имеет 1500 мАч.

Большинство оксида лития-мангана смешивается с оксидом лития-никеля-мангана-кобальта (NMC) для увеличения удельной энергии и продления срока службы.и большинство электромобилей, такие как Nissan Leaf, Chevrolet Volt и BMW i3, имеют LMO (NMC). LMO часть батареи может достигать около 30%, что может обеспечить высокий ток при ускорении;и часть NMC обеспечивает большой диапазонВ исследованиях литий-ионных батарей, как правило, сочетается оксид лития марганца с кобальтом, никелем, марганцем и / или алюминием в качестве активных катодных материалов.в анод добавляется небольшое количество кремнияЭто обеспечивает увеличение емкости на 25%; однако кремний расширяется и сжимается при заряде и разряде, вызывая механическое напряжение.и увеличение мощности часто тесно связано с коротким циклом жизниЭти три активных металла и усиление кремния могут быть легко выбраны, чтобы улучшить специфическую энергию (мощность), специфическую мощность (мощность нагрузки) или жизнь.,в то время как промышленные приложения требуют систем батареи с хорошей грузоподъемностью, длительным сроком службы и безопасными и надежными услугами.

Одной из наиболее успешных литий-ионных систем литий-никель-кобальт-манган-манганат (LiNiMnCoO2 или NMC) является сочетание катодов никель-никель-манган-кобальт (NMC).Сходный с литий-мангановым, система может быть настроена как энергетическая батарея или энергетическая батарея.800mAh и может обеспечивать от 4A до 5A токов разряда; тот же тип NMC оптимизирован для конкретной мощности с емкостью всего 2000mAh, но может обеспечивать непрерывный ток разряда 20A. Анод на основе кремния достигнет более 4000mAh,но грузоподъемность уменьшается и срок службы сокращаетсяКремний, добавленный к графиту, имеет дефект, то есть анод расширяется и сжимается при зарядке и разрядке, что делает большую механическую структуру напряжения батареи нестабильной.Секрет NMC заключается в сочетании никеля и марганцаНапример, это столовая соль, где основные ингредиенты натрия и хлорида сами по себе токсичны, но они смешиваются в качестве ароматизирующих солей и консервантов.Никель известен своей высокой удельной энергией, но имеет слабую стабильность; структура спинеля марганца достигает низкого внутреннего сопротивления, но более низкой удельной энергии.NMC - это батарея, выбранная для электрических инструментовКатодные комбинации обычно состоят из одной трети никеля, третьего марганца и третьего кобальта, также известных как 1-1-1.Это обеспечивает уникальную смесь, которая также снижает затраты на сырье из-за снижения содержания кобальтаЕще одной успешной комбинацией была NCM, которая содержала 5 частей никеля, 3 части кобальта и 2 части марганца (5 ¢ 3-2).Также могут использоваться другие комбинации из различного количества материалов катодов.Из-за высокой стоимости кобальта производители аккумуляторов перешли от кобальта к никелевым катодам.и более длительный срок службы, чем батареи на основе кобальта, но они имеют немного более низкое напряжение.

Литий-железный фосфат (LiFePO 4) В 1996 году Техасский университет обнаружил, что фосфат может быть использован в качестве катодного материала для перезаряжаемых литий-аккумуляторов.Литий фосфат имеет хорошие электрохимические свойства и низкое сопротивлениеОсновными преимуществами являются высокий номинальный ток и длительный цикл жизни; хорошая тепловая стабильность, повышенная безопасность и терпимость к злоупотреблениям.При длительном поддержании высокого напряженияЛитий фосфат более устойчив ко всем условиям зарядки и менее напряжен, чем другие литий-ионные системы.Номинальное напряжение батареи 2 В делает специфическую энергию ниже, чем у литий-ионных батарей, допированных кобальтомДля большинства аккумуляторов низкие температуры снижают производительность, повышение температуры хранения сокращает срок службы, и литий фосфат не является исключением.Литий фосфат имеет более высокий саморазряд, чем другие литий-ионные батареи, что может вызвать проблемы старения и дальнейшего балансирования, которые могут быть устранены с помощью высококачественных батарей или использования передовых систем управления батареями,но оба метода увеличивают стоимость батареиСрок службы батареи очень чувствителен к примесям в процессе производства и не может выдержать допинг воды.некоторые батареи имеют минимальный срок службы всего 50 цикловНа рисунке 9 обобщены свойства литий-фосфата. Литий-фосфат обычно используется вместо свинцово-кислотных стартерных батарей.с аналогичным напряжением к шести 2V свинцово-кислотным элементам в серииАвтомобиль заряжает свинцовую кислоту в аккумулятор 14,40В (2,40В/аккумулятор) и остается заряженным.Цель плавающего заряда заключается в поддержании полного уровня зарядки и предотвращении сульфации свинцово-кислотных батарей..

Литий-никель-кобальтовый алюминат (LiNiCoAlO2 или NCA) литий-никель-кобальтовый алюминат батареи или NCA применяются с 1999 года.Достаточно хорошая удельная мощность и длительный срок службы аналогичен NMCМенее льстит безопасность и стоимость.

Титанат лития (Li4Ti5O12) Литий титанатные анодные батареи известны с 1980-х годов.и материал образует спинельную структуруКатод может быть литий-манганатным или NMC. Литий-титанат имеет номинальное напряжение батареи 2,40 В, которое может быть быстро заряжено и обеспечивает высокий ток разряда 10 С.Количество циклов, как говорят, больше, чем у обычных литий-ионных батарейТитанат лития является безопасным и обладает отличными свойствами низкотемпературного разряда, достигая 80% мощности при -30 °C (-22 °F).отсутствие образования SEI мембраны и отсутствие феномена литиевой электропластики при быстрой зарядке и зарядке при низкой температуре, поэтому он обладает лучшими характеристиками заряда и разряда, чем традиционный комбинированный с кобальтом литий-ионный и графитовый анод.ОднакоЛитий титанат заряжается до 2,80 В и 1,80 В при разряде.На рисунке 13 показаны свойства литий-титанатовых батарейТипичным применением является электрическая трансмиссия, UPS и солнечные уличные фонари.Литий-манганат и литий-железофосфат обеспечивают превосходную удельную мощность и тепловую стабильностьТитанат лития имеет лучший срок службы.