Zes veel voorkomende soorten lithiumbatterijen en hun belangrijkste prestatieparameters

We spreken vaak over drievoudige lithiumbatterijen of lithium-ijzerbatterijen, die naar lithiumbatterijen zijn genoemd naar kathodenactieve materialen.In dit artikel worden de zes meest voorkomende lithiumbatterijen en hun belangrijkste prestatieparameters samengevat.Zoals we allemaal weten, dezelfde technische route van de cel, de specifieke parameters zijn niet precies hetzelfde, dit artikel toont het algemene niveau van de huidige parameters.De zes lithiumbatterijen omvatten:: lithiumcobaltoxide (LiCoO2), lithiummanganemanganat (LiMn2O4), lithiumnickel-cobaltemanganat (LiNiMnCoO2 of NMC), lithiumnickel-cobaltaliminaat (LiNiCoAlO2 of NCA),Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4) en lithium-titanat (Li4Ti5O12).

Lithiumcobaltoxide (LiCoO2) De hoge specifieke energie maakt lithiumcobaltoxide een populaire keuze voor mobiele telefoons, laptops en digitale camera's.De batterij bestaat uit een katood van kobalt-oxide en een anode van grafiet-koolstofDe kathode heeft een gelaagde structuur, waarbij lithiumionen van anode naar kathode gaan en het oplaadproces in de tegenovergestelde richting stroomt.Tijdens de ontladingDe nadelen van lithiumcobaltoxide zijn de relatief korte levensduur, het gebruik van een andere methode, zoals het opladen van een elektrische splijtstof, het opladen van een elektrische splijtstof, het opladen van een elektrische splijtstof en het opladen van een elektrische splijtstof.lage thermische stabiliteit en beperkte laadcapaciteit (specifiek vermogen)Net als andere kobolthybride lithium-ionbatterijen maakt lithiumcobaltoxide gebruik van een grafietanood en is de levensduur ervan voornamelijk beperkt door de vaste elektrolytinterface (SEI).voornamelijk weerspiegeld in de geleidelijke verdikking van de SEI-film, en de anode-lithiumbeplating in het proces van snel opladen of laagtemperatuuropladen.laadvermogen en kostenverminderingLithiumcobaltoxide mag niet worden geladen en ontladen bij een stroom die hoger is dan de capaciteit.400 mAh kan alleen worden opgeladen en ontladen bij minder dan of gelijk aan 2Voor een optimaal snel opladen raadt de fabrikant een ladingmultiplicator van 0 aan.8C of ongeveer 2Het batterijbeschermingscircuit beperkt de laad- en ontladingssnelheden van de energie-eenheid tot een veiligheidsniveau van ongeveer 1 C.

Lithiummanganat (LiMn2O4) lithium spinel manganatbatterij werd voor het eerst gepubliceerd in 1983. In 1996 bracht Moli Energy lithium-ionbatterijen met lithiummanganesoxide als kathodemateriaal op de markt.De architectuur vormt een driedimensionale spinelstructuur die de ionenstroom op de elektrode enEen ander voordeel van spinel is de hoge thermische stabiliteit, de verbeterde veiligheid, de hoge thermische temperatuur en de hoge temperatuur.maar beperkte cyclus en kalenderduur. lage interne weerstand van de batterij zorgt voor snel opladen en hoge stroomontlading. type 18650 cellen, lithium manganatbatterijen kunnen ontladen bij een stroom van 20-30A,met een matige warmteophopingDe constante hoge belasting bij deze stroom zorgt ervoor dat de warmte zich ophoopt en de batterijtemperatuur mag niet hoger zijn dan 80 °C (176 °F).Lithiummanganat wordt gebruikt in elektrische gereedschappenLithiummanganat is ongeveer een derde minder krachtig dan lithiumcobaltoxide.Flexibiliteit van ontwerp stelt ingenieurs in staat te kiezen om de levensduur van de batterij te maximaliseren, of om de maximale belastingstroom (specifiek vermogen) of capaciteit (specifieke energie) te verhogen. Bijvoorbeeld heeft de lange levensduurversie van de 18650-accu slechts een bescheiden capaciteit van 1.100 mAh;de versie met grote capaciteit heeft 1500 mAh.

De meeste lithium-manganenoxide wordt gemengd met lithium-nikkel-manganekobaltoxide (NMC) om de specifieke energie te verhogen en de levensduur te verlengen.en de meeste elektrische voertuigen, zoals de Nissan Leaf, de Chevrolet Volt en de BMW i3, hebben de LMO (NMC). Het LMO-gedeelte van de batterij kan ongeveer 30% bereiken, wat een hoge stroom kan leveren bij het versnellen;en het NMC-gedeelte biedt een lang bereikLithium-ionbatterijonderzoeken hebben de neiging om lithiummanganesoxide te combineren met kobalt, nikkel, mangaan en/of aluminium als actief kathodemateriaal.een kleine hoeveelheid silicium wordt toegevoegd aan de anodeDit zorgt voor een capaciteitsverhoging van 25%; silicium breidt zich echter uit en samentrekken met lading en ontlading, waardoor mechanische spanningen ontstaan.en de capaciteitsverhoging is vaak nauw verbonden met een korte levensduur van de cyclusDeze drie actieve metalen en siliciumverbetering kunnen gemakkelijk worden geselecteerd om de specifieke energie (capaciteit), het specifieke vermogen (belastingcapaciteit) of de levensduur te verbeteren.,industriële toepassingen vereisen batterijsystemen met een goede laadcapaciteit, een lange levensduur en een veilige en betrouwbare dienstverlening.

Een van de meest succesvolle lithium-ion systemen van lithium-nikkel-cobalt-mangan-manganat (LiNiMnCoO2 of NMC) is de kathodesamenstelling van nikkel-nikkel-mangan-cobalt (NMC).Vergelijkbaar met lithiummanganatHet systeem kan worden aangepast als een energiebatterij of een vermogensaccumulator.800mAh en kan 4A tot 5A ontladingstromen leverenHetzelfde type NMC is geoptimaliseerd voor een specifiek vermogen met een capaciteit van slechts 2000 mAh, maar kan een continue ontladingsstroom van 20 A leveren.maar de laadcapaciteit wordt verminderd en de levensduur van de cyclus wordt verkortHet silicium dat aan het grafiet wordt toegevoegd, heeft een gebrek, dat wil zeggen dat de anode zich bij opladen en ontladen uitbreidt en samentrekt, waardoor de grote mechanische spanningsstructuur van de batterij onstabiel wordt.Het geheim van de NMC is de combinatie van nikkel en mangaanZoals dit tafelzout, waar de belangrijkste ingrediënten natrium en chloride zelf giftig zijn, maar ze worden gemengd als smaakzouten en voedselconserveringsmiddelen.Nikkel staat bekend om zijn hoge specifieke energieDe spinale structuur van mangaan heeft een lage interne weerstand maar een lagere specifieke energie.NMC is de batterij van keuze voor elektrische gereedschappenDe cathodische combinaties bestaan meestal uit een derde nikkel, een derde mangaan en een derde kobalt, ook wel 1-1-1 genoemd.Hierdoor ontstaat een uniek mengsel dat ook de kosten van grondstoffen vermindert vanwege het verminderde kobaltgehalte.Een andere succesvolle combinatie was het NCM, dat 5 delen nikkel, 3 delen kobalt en 2 delen mangaan bevatte (5 3-2).Andere combinaties van verschillende hoeveelheden kathodemateriaal kunnen ook worden gebruikt.Door de hoge kosten van kobalt zijn batterijfabrikanten overgestapt van kobalt naar nikkel kathode.en een langere levensduur dan cobaltaanbouwbatterijen, maar ze hebben iets lagere spanningen.

Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO 4) In 1996 ontdekte de Universiteit van Texas dat fosfaat kon worden gebruikt als kathodemateriaal voor oplaadbare lithiumbatterijen.Lithiumfosfaat heeft goede elektrochemische eigenschappen en een lage weerstandDe belangrijkste voordelen zijn een hoge nominale stroom en een lange levensduur van de cyclus, een goede thermische stabiliteit, verbeterde veiligheid en tolerantie voor misbruik.Bij lange aanhoudende hoge spanningHet nadeel is dat de lagere 3.5-hoge spanning van het lithiumfosfaat minder belastend is dan andere lithium-ion systemen.2V batterij nominale spanning maakt de specifieke energie lager dan kobalt gedopeerde lithium-ion batterijenVoor de meeste batterijen vermindert lage temperatuur de prestaties, verhoging van de opslagtemperatuur verkort de levensduur en lithiumfosfaat is geen uitzondering.Lithiumfosfaat heeft een hogere zelfontlading dan andere lithium-ionbatterijen, die veroudering en verdere evenwichtsproblemen kunnen veroorzaken, die kunnen worden gecompenseerd door het gebruik van batterijen van hoge kwaliteit of door gebruik van geavanceerde batterijbeheersystemen,maar beide methoden verhogen de kosten van het batterijpakketDe levensduur van de batterij is zeer gevoelig voor de onzuiverheden in het productieproces en kan de doping van water niet weerstaan.sommige batterijen hebben een minimale levensduur van slechts 50 cycliIn figuur 9 worden de eigenschappen van lithiumfosfaat samengevat. Lithiumfosfaat wordt gewoonlijk gebruikt in plaats van loodzuurstarterbatterijen.met een soortgelijke spanning als de zes 2V loodzuurcellen in serieHet voertuig laadt het loodzuur op de 14,40V (2,40V/batterij) en blijft drijvend geladen.Het doel van de zwevende lading is om het volledige laadniveau te handhaven en het sulferen van de loodzuurbatterijen te voorkomen..

Lithiumnikkelcobaltaluminatabatterijen (LiNiCoAlO2 of NCA) worden sinds 1999 toegepast.Een vrij goed specifiek vermogen en een lange levensduur is vergelijkbaar met de NMCMinder vleiend is de veiligheid en de kosten.

Lithium-titanat (Li4Ti5O12) Lithium-titanat-anodebatterieën zijn bekend sinds de jaren tachtig.en het materiaal vormt een spinelstructuurDe cathode kan lithiummanganat of NMC zijn. Lithiumtitanat heeft een nominale batterijspanning van 2,40 V, die snel opgeladen kan worden en een hoge ontladingsstroom van 10 C biedt.Het aantal cycli zou hoger zijn dan dat van conventionele lithium-ionbatterijenLithiumtitanaat is veilig en heeft uitstekende lage-temperatuurontladingseigenschappen, waarbij 80% van de capaciteit wordt bereikt bij 30 °C (-22 °F).geen SEI-membraanvorming en geen lithium-elektroplating bij snel opladen en opladen bij lage temperatuur, zodat het een betere lading-ontladingsprestatie heeft dan de traditionele kobalt gemengde Li-ion- en grafietanood.Maar...De specifieke energie is laag, slechts 65Wh/kg, vergelijkbaar met NiCd. Lithiumtitanat wordt opgeladen tot 2,80V en 1,80V bij ontlading.Figuur 13 toont de eigenschappen van lithium-titanaatbatterijen. Typische toepassingen zijn een elektrische aandrijflijn, UPS en zonne-afvallampen.Lithiummanganat en lithium-ijzerfosfaat bieden een superieur specifiek vermogen en thermische stabiliteitLithium titanaat heeft de beste levensduur.