Шесть общих характеристик и параметров литиевых батарей

Мы часто говорим о тройных литиевых батареях или железно-литиевых батареях, которые названы в честь положительного активного материала. В этой статье кратко описаны шесть распространенных типов литиевых батарей и их основные рабочие параметры. Как мы все знаем, один и тот же технический маршрут ячейки, конкретные параметры не совсем совпадают, в этой статье показан текущий общий уровень параметров. Три типа литиевых батарей включают оксид лития-кобальта (LiCoO2), оксид лития-марганца (LiMn2O4) и оксид лития-никель-кобальта-марганца (LiNiMnCoO2 или NMC).

Оксид лития-кобальта (LiCoO2)

Его высокая удельная энергия делает его популярным выбором для мобильных телефонов, ноутбуков и цифровых фотоаппаратов. Батарея состоит из катода из оксида кобальта и анода из графита и углерода. Катод имеет слоистую структуру. Во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду, а процесс зарядки протекает в обратном направлении.

Катод имеет слоистую структуру. Во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Течение от катода к аноду во время зарядки.

Недостатками оксида лития-кобальта являются относительно небольшой срок службы, низкая термическая стабильность и ограниченная нагрузочная способность (удельная мощность). Как и другие ионно-литиевые батареи со смешанным кобальтом, оксид лития-кобальта имеет графитовый анод, и его срок службы в основном ограничен границей раздела твердого электролита (SEI), что в основном проявляется в постепенном утолщении пленок SEI и анодном литиевом покрытии во время быстрого или низкого -температурная зарядка. В новые системы материалов добавляют никель, марганец и / или алюминий для увеличения срока службы, грузоподъемности и снижения затрат. Оксид лития-кобальта нельзя заряжать или разряжать при токе, превышающем допустимый. Это означает, что аккумуляторы 18650 емкостью 2400 мАч можно заряжать и разряжать только со скоростью 2400 мА или меньше. Принудительная быстрая зарядка или приложение нагрузки выше 2400 мА может привести к перегреву и перегрузке. Для оптимальной быстрой зарядки производитель рекомендует коэффициент зарядки 0,8C или около 2000 мА. Схема защиты аккумулятора ограничивает скорость зарядки и разрядки энергоблока до безопасного уровня около 1С. Диаграмма с шестигранной звездочкой суммирует характеристики оксида лития-кобальта с точки зрения удельной энергии или емкости, связанной с работой; Удельная мощность или способность обеспечивать большой ток; Безопасность; Работа в условиях высоких и низких температур; Жизнь включает календарную жизнь и жизнь цикла; Стоимостные характеристики. К другим важным характеристикам, не показанным на диаграмме паука, относятся токсичность, быстрая зарядка, саморазряд и срок хранения. Из-за высокой стоимости кобальта и значительных улучшений характеристик, достигаемых за счет его смешивания с другими активными катодными материалами, оксид лития-кобальта постепенно заменяется манганатом лития, особенно NMC и NCA.

Манганат лития (LiMn2O4)

Литий-манганатная шпинельная батарея впервые была опубликована в 1983 году в отчете о материаловедении. В 1996 году компания Moli Energy начала коммерциализацию литий-ионных аккумуляторов с использованием манганата лития в качестве катодного материала. Структура образует трехмерную структуру шпинели, которая может улучшить поток ионов на электроде, тем самым уменьшая внутреннее сопротивление и улучшая пропускную способность по току. Еще одно преимущество шпинели - высокая термостойкость, повышенная безопасность, но цикл и календарный срок жизни ограничены. Низкое внутреннее сопротивление обеспечивает быструю зарядку и разрядку большого тока. Литий-манганатный литиевый аккумулятор 18650 может разряжаться при токе 20-30 А и имеет умеренное тепловыделение. Он также может подавать нагрузочный импульс длительностью до 50A1 секунд. В потоке электроэнергии постоянная высокая нагрузка может привести к накоплению тепла, температура батареи не должна превышать 80 ° C (176 ° F). Манганат лития используется в электроинструментах, медицинских устройствах, а также в гибридных и чисто электрических транспортных средствах. На рисунке 4 показано формирование трехмерного кристаллического каркаса на катоде литиево-манганатной батареи. Структура шпинели обычно представляет собой ромбовидную форму, соединенную в кристаллическую решетку, которая обычно появляется после формирования батареи.

Катодная кристаллизация из манганата лития имеет трехмерную каркасную структуру, сформированную после образования. Шпинель обеспечивает низкое сопротивление, но меньшую удельную энергию, чем оксид лития-кобальта.

Литий-никель-кобальтовый манганат (LiNiMnCoO2 или NMC)

Одной из наиболее успешных литий-ионных систем является катодная комбинация никель-марганец-кобальт (NMC). Подобно манганату лития, эту систему можно настроить для использования в качестве энергетической батареи или силовой батареи. Например, NMC в аккумуляторе 18650 в условиях средней нагрузки имеет емкость примерно 2800 мАч и может обеспечивать ток разряда от 4 до 5 А; такой же тип NMC оптимизирован для определенной мощности с емкостью всего 2000 мАч, но может обеспечить постоянный ток разряда 20 А. Анод на основе кремния достигает 4000 мАч или более, но нагрузка снижается, а срок службы сокращается. Кремний, добавленный в графит, имеет дефект, заключающийся в том, что анод расширяется и сжимается при зарядке и разрядке, так что механическое напряжение аккумулятора в значительной степени нестабильно. Секрет NMC заключается в сочетании никеля и марганца. Похожая на это соль, в которой основные компоненты натрий и хлорид сами по себе токсичны, но они смешаны в качестве приправы и пищевого консерванта. Никель известен своей высокой удельной энергией, но его стабильность оставляет желать лучшего; структура марганцевой шпинели может обеспечивать низкое внутреннее сопротивление, но низкую удельную энергию. Два активных металла имеют дополнительные преимущества. NMC - это аккумулятор, который выбирают для электроинструментов, электровелосипедов и других систем электроснабжения. Катодная комбинация обычно состоит из одной трети никеля, одной трети марганца и одной трети кобальта, также известного как 1-1-1. Это обеспечивает уникальную смесь, которая также снижает затраты на сырье из-за пониженного содержания кобальта. Еще одна удачная комбинация - NCM, который содержит 5 частей никеля, 3 части кобальта и 2 части марганца (5-3-2). Также можно использовать другие различные количества комбинаций катодных материалов. Из-за высокой стоимости кобальта производители аккумуляторов перешли с кобальтовых катодов на никелевые. Системы на основе никеля имеют более высокую плотность энергии, более низкую стоимость и более длительный срок службы, чем батареи на основе кобальта, но их напряжения немного ниже. Новые электролиты и добавки позволяют заряжать одну батарею до напряжения более 4,4 В, увеличивая мощность.

Страница содержит содержимое машинного перевода.