Литий-оксидно-марганцевый (LMO) аккумулятор - производитель LiMn2O4

1) Обзор литиево-манганатно-оксидных батарей

Литий-манганатно-оксидная батарея относится к батарее, в которой в качестве анодного материала используется оксид литий-манганата. Его номинальное напряжение - 3,7 В. В настоящее время это основная силовая батарея. Батареи этого типа имеют обычную плотность энергии и время работы в цикле. Он защищен окружающей средой и не имеет патентных ограничений. Но оксид манганата лития не очень стабилен, легко разлагается газом, может привести к набуханию, а его высокотемпературные характеристики плохие.

Оксид манганата лития, химическая формула которого LiMn2O4 (LCM), является одним из перспективных литий-ионных анодных материалов. По сравнению с традиционными анодными материалами, такими как оксиды лития-кобальта, оксид манганата лития имеет богатые ресурсы, низкую стоимость, отсутствие загрязнения окружающей среды, хорошую безопасность и хорошую производительность. Это идеальный анодный материал для аккумуляторных батарей.

Оксид манганата лития обычно относится к шпинелевому типу. LiMn2O4, шпинель, марганцевая кислота, литий, является первым анодным материалом с трехмерным ионным каналом Li, созданным Хантером в 1981 году. До сих пор он привлекал внимание многих ученых и исследователей как в стране, так и за рубежом. В качестве электродного материала он имеет низкую цену и высокий потенциал, безопасен для окружающей среды и обладает хорошими характеристиками безопасности и является наиболее многообещающим анодным материалом нового поколения литий-ионных аккумуляторов для замены LiCoO2.

2) Катод батареи LMO

Основными компонентами оксида манганата лития являются оксид манганата лития шпинели и оксид манганата лития слоистой структуры. Модель строения шпинели оксида манганата лития относится к кубической системе, которая является своеобразной пространственной группой Fd3m. В настоящее время анодный материал из оксида манганата лития с высокой емкостью имеет разумную структуру. Ионы лития можно легко и обратимо отсоединить от решетки шпинели, поскольку структура относительно безопасна, отсутствует риск разрушения конструкции и гарантируется безопасность продукта.

3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

1. Слоистая структура LiMnO2 имеет теоретическую емкость 285 мА · ч / г и напряжение платформы 4 В. Слоистая структура сложна для синтеза и нестабильна. Легко сгенерировать структуру шпинели Li2Mn2O4, что приводит к падению платформы напряжения, плохой стабильности и необратимому спаду емкости.

2. Шпинель высокого давления LiMn2O4 имеет теоретическую емкость 148 мА · ч / г и напряжение платформы 4,15. Его характеристики при высоких температурах низки, а емкость будет иметь серьезное ослабление при температуре выше 55 ℃. Легко получить структуру шпинели Li2Mn2O4, что приводит к падению платформы напряжения, плохой стабильности, необратимому ослаблению емкости и т. Д. Это оксид манганата лития, который в настоящее время используется в промышленности.

Структурная схема оксида манганата лития шпинели

3. Шпинель Li2Mn2O4 имеет электрическую депрессию 3 В, низкую емкость и плохую циркуляцию. Люди изучают, как избежать этих проблем.

3) Состав батареи ЖИО

Литий-манганатная оксидная батарея - это литий-ионная батарея, в которой используется оксид лития-манганата в качестве анода, графит в качестве катода и электролит с органическим раствором LiPF6. Его номинальное напряжение - 3,7 В. Структура литиево-манганатно-оксидной батареи, упакованной в алюминиевый корпус, показана на следующем рисунке:

• Структура анода: LiMn2O4 (оксид манганата лития) + проводящий агент (ацетиленовая сажа) + клей (PVDF) + коллектор (алюминиевая фольга) анод

• Структура катода: графит + проводящий агент (ацетиленовая сажа) + клей (PVDF) + коллектор (медная фольга) катод
  

• Сепаратор: специальная композитная мембрана
  

• Корпус: разделен на стальной и алюминиевый корпус
  

• Органический электролит
  

• Верхняя крышка и нижняя крышка
  

4) Как работают литиево-манганатно-оксидные батареи

Когда литий-манганатно-оксидный аккумулятор заряжается, ионы лития на аноде отделяются от решетки, проходят через электролит к поверхности катода и встраиваются в графитовый слой. При выписке происходит обратный процесс. В процессе зарядки и разрядки ионы лития проходят между анодом и катодом, который также известен как батарея «кресло-качалка».

Принципиальная схема принципа работы LiMn2O4

Процесс зарядки

Когда аккумулятор заряжается от источника питания, электрон на аноде бежит к катоду от внешней цепи. Ион лития (Li +) попадает в электролит с анода, проходит через небольшое отверстие для обмотки в сепараторе, достигает катода и соединяется с уже перешедшими электронами.

Реакция на аноде: LiMn2O4 == Li1-xMn2O4 + Xli ++ Xe (электрон)

Реакция на катоде: 6C + XLi + Xe == LixC6

Процесс разгрузки

Когда батарея разряжается, электрон на катоде перемещается от внешней цепи к аноду, а ион лития переходит в электролит с катода, проходит через небольшое отверстие для обмотки в сепараторе, проходит к аноду и соединяется с электронами. которые уже пришли.

Реакция на аноде Li1-xMn2O4 + xli ++ xe (электрон) == LiMn2O4

Реакция на катоде LixC6 == 6C + xLi + xe

Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

5) Преимущества и недостатки литиево-манганатно-оксидной батареи

Оксид манганата лития обладает такими преимуществами, как хорошая производительность, простота приготовления и низкая стоимость. Недостатком является то, что растворение марганца приводит к плохим характеристикам при высоких температурах и цикличности. Высокотемпературные характеристики и характеристики цикличности значительно улучшаются за счет легирования алюминия и спекания гранулята, что в основном может соответствовать фактическому использованию. В целом, литий-манганатно-оксидная батарея имеет низкую стоимость, хорошую стабильность и прекрасные низкотемпературные характеристики, но ее высокотемпературные характеристики плохие, и она имеет немного более быстрое затухание.

Анодные материалы имеют низкую стоимость, хорошую безопасность и хорошие низкотемпературные характеристики, но сам материал не так стабилен и легко разлагается с образованием газа, поэтому они, как правило, смешиваются с другими материалами, чтобы снизить стоимость. батарей. Однако затухание циклической жизни происходит быстро и склонно к вздутию. Его характеристики при высоких температурах невысоки, а срок службы в циклах относительно невелик. Он в основном используется для аккумуляторов большого и среднего размера, аккумуляторной батареи. Номинальное напряжение 3,7 В.

6) Характеристики литиево-манганатно-оксидной батареи

7) Применение батарей LMO

Оксид манганата лития - один из перспективных литий-ионных анодных материалов. По сравнению с оксидом лития-кобальта и другими традиционными анодными материалами оксид лития-манганата имеет преимущества в виде богатых ресурсов, низкой стоимости, отсутствия загрязнения, хорошей безопасности и хорошей скорости вращения. Это идеальный анодный материал для аккумуляторных батарей. Следовательно, электродные материалы для литиевых аккумуляторов, особенно анодные материалы на основе оксида лития-манганата нового поколения, имеют большой потенциал на рынке аккумуляторных батарей для электромобилей. Из-за низкой цены и богатых ресурсов оксида манганата лития его легче производить, чем оксиды лития, кобальта и никелат лития, что открывает для литий-ионных аккумуляторов новую эру развития.

Поскольку материал из оксида манганата лития имеет такие отличные характеристики, люди будут использовать его преимущества и избегать его недостатков. Таким образом, литиево-манганатно-оксидные батареи используются в различных областях, которые обычно называют приложениями класса A и класса B.

Класс A относится к аккумуляторной батарее, которая ориентирована на безопасность и эффективность утилизации. Требуется иметь обратимую емкость 100 ~ 115 мАч / г и поддерживать 80% емкости после 500 циклов.

Класс B в основном используется для бытовой электроники. Отличается большой вместимостью. Как правило, требуется обратимая емкость 120 мАч / г и сохранение емкости 60% после 300 ~ 500 циклов. Различная производительность этих двух типов батарей реализуется в процессе производства.

8) LMO против батареи NMC

Батарея LMO (LiMn2O4)

Литий-манганатно-оксидная батарея - это батарея, в аноде которой используется оксид лития-манганата. Номинальное напряжение литиево-манганатно-оксидной батареи составляет 2,5 ~ 4,2 В. Литий-манганатно-оксидные батареи широко используются из-за их низкой стоимости и хорошей безопасности.

Литий-марганцево-оксидная батарея имеет низкую стоимость, хорошую безопасность и хорошие низкотемпературные характеристики, но сам материал не так стабилен, легко разлагается и выделяется газ, поэтому его, как правило, используют с другими материалами, чтобы уменьшить стоимость батарей. Тем не менее, он быстро сокращает срок службы при циклических нагрузках и склонен к вздутию с плохими высокотемпературными характеристиками и относительно коротким сроком службы. Он в основном используется для больших и средних аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Его номинальное напряжение составляет 3,7 В.

NMC (LiNiMnCoO2)

Трехкомпонентная литиевая батарея представляет собой литий-ионную батарею, в которой в качестве анода используется литий NiCoMnO2 или NCA. Сырьем для тройного композитного анодного материала является соль никеля, соль кобальта и соль марганца. Пропорцию можно регулировать в соответствии с реальными потребностями. Батарея с тройными материалами в качестве анода имеет относительно лучшую безопасность, чем литий-кобальтоксидная батарея.

NCM - один из ключевых материалов литий-ионных аккумуляторов. NCM заменяет более двух третей кобальта более дешевыми никелем и марганцем, поэтому имеет очевидное преимущество в стоимости. По сравнению с другими литий-ионными анодными материалами, включая манганат лития и фосфат лития-железа, NCM и оксиды литий-кобальта имеют схожие электрохимические и технологические характеристики, что делает материалы NCM новыми материалами для аккумуляторов и постепенно заменяют оксиды лития-кобальта и становятся тенденцией новое поколение материалов для литий-ионных аккумуляторов.

Сравните батареи LMO и NMC

1. ЖИО не содержит драгоценного металла и его цена относительно невысока; NCM дорого обходится предприятиям по производству кобальта (материалы с высоким содержанием никеля сокращают затраты на BOM, но увеличивают производственные затраты).

2. Платформа напряжения LMO высокое, 3,75 ~ 3,8 В; Платформа NCM имеет низкое напряжение, 3,6 ~ 3,7 В.
   

3. ЖИО со структурой шпинели относительно безопасен; NCM со слоистой структурой легко смешивает литий и никель и имеет низкую безопасность (чем выше% Ni, тем хуже).
   

4. Что касается наиболее критического объема в граммах, LMO ниже, а NCM выше.
   

5. ЖИМО при высоких температурах особенно низки, поэтому промышленным методом является тройное легирование ЖМО. Типичный процент - LMO: NCM = 7: 3 (недорогой, электронный велосипед), 5: 5 или 3: 7 (грузовой фургон).
   

6. После добавления LFP общая стоимость: чистый LMO <LFP≤LMO смешивание NCM <NCM
   

7. Средняя продолжительность жизни
   

Характеристики манганата лития более применимы к: (1) ограничению стоимости; (2) плотность энергии имеет определенное требование; (3) требования безопасности не столь серьезны в этой области, например, электровелосипеды, низкоскоростные автомобили и т. Д.

9) Сравнение свойств анодного материала основной литиевой батареи

Материал анода является одним из ключевых материалов, определяющих производительность литий-ионных аккумуляторов, а также основным источником литий-ионных аккумуляторов в современных коммерческих литий-ионных аккумуляторах. Его производительность и цена имеют большое значение для литий-ионных аккумуляторов. В настоящее время разработанные и применяемые анодные материалы в основном включают оксид лития-кобальта (LCO), оксид лития-марганца (LMO), тройные материалы, такие как оксид лития-никель-кобальт-марганец (NCM), алюминат лития-никеля-кобальта (NCA), фосфат лития-железа ( LFP) и титанат лития (LTO).

Сравнение характеристик нескольких коммерческих анодных материалов

На приведенной ниже диаграмме сравниваются удельные энергии систем свинца, никеля и лития. Хотя литий-алюминиевый (NCA) является победителем в плане хранения большей емкости, чем другие системы, он подходит для использования энергии только в определенных сценариях. Манганат лития (LMO) и фосфат лития (LFP) превосходят по удельной мощности и термической стабильности. Титанат лития (LTO) может иметь меньшую емкость, но у него самый долгий срок службы, чем у других батарей, и лучшие характеристики при низких температурах.

Типичная удельная энергия свинцовых, никелевых и литиевых батарей

NCA имеет самую высокую удельную энергию; Однако манганат лития и фосфат лития-железа превосходят по мощности и термической стабильности. Титанат лития имеет лучший срок службы.