Altı yaygın lityum pil türü ve temel performans parametreleri

Genellikle katot aktif malzemelerinden sonra adlandırılan üçlü lityum piller veya lityum demir piller hakkında konuşuyoruz.Bu makale, altı yaygın lityum batarya türünü ve temel performans parametrelerini özetler.Hepimizin bildiği gibi, hücrenin aynı teknik yolu, spesifik parametreler tam olarak aynı değil, bu makalede mevcut parametrelerin genel düzeyi gösterilmektedir.Altı lityum bataryası: lityum kobalt oksit (LiCoO2), lityum manganez manganat (LiMn2O4), lityum nikel-kobalt manganat (LiNiMnCoO2 veya NMC), lityum nikel-kobalt alüminat (LiNiCoAlO2 veya NCA),Lityum demir fosfat (LiFePO4) ve lityum titanat (Li4Ti5O12).

Lityum kobalt oksit (LiCoO2) Yüksek spesifik enerjisi, lityum kobalt oksitini cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar ve dijital kameralar için popüler bir seçim haline getirir.Batarya bir kobalt oksit katot ve bir grafit-karbon anotundan oluşur.Katot katmanlı bir yapıya sahiptir, bu süreçte lityum iyonları anoddan katoda hareket eder ve şarj süreci ters yöne akar.Serbest bırakma sırasındaLityum kobalt oksitinin dezavantajları nispeten kısa ömrüdür.Düşük termal istikrar ve sınırlı yük kapasitesi (özel güç)Diğer kobalt hibrit lityum iyon bataryaları gibi, lityum kobalt oksit de grafit anodu kullanır ve döngü ömrü esas olarak katı elektrolit arayüzü (SEI) ile sınırlıdır.esas olarak SEI filminin kademeli kalınlaşmasında yansıtılır, ve hızlı şarj veya düşük sıcaklıklı şarj sürecinde anod lityum kaplama. daha yeni malzeme sistemleri ömrünü artırmak için nikel, manganez ve / veya alüminyum ekler,yük kapasitesi ve maliyetleri azaltmakLityum kobalt oksit, kapasiteden daha yüksek bir akımla şarj ve boşaltılamaz.400mAh sadece 2'den küçük veya eşit olarak şarj ve boşaltılabilir.400mA. Zorla hızlı şarj veya 2400mA'dan daha yüksek bir yük uygulanması aşırı ısınmaya ve aşırı yüklenmeye neden olabilir. Optimal hızlı şarj için üreticinin 0'luk bir şarj çarpanı önermesi.8C ya da 2 civarı.Akü koruma devri, enerji ünitesinin şarj ve boşaltma hızlarını yaklaşık 1C güvenlik seviyesine sınırlamaktadır.

Lityum manganat (LiMn2O4) lityum spinel manganat bataryası ilk kez 1983 yılında yayınlandı. 1996 yılında Moli Energy, katot malzemesi olarak lityum manganez oksitli lityum iyon bataryalarını ticarileştirdi.Mimarlık, elektrot üzerindeki iyon akışını iyileştiren ve, böylece iç direnci azaltır ve akım taşıma kapasitesini arttırır.Ama sınırlı bir bisiklet süresi ve takvim ömrü. Düşük batarya iç direnişi hızlı şarj ve yüksek akım boşaltmasını sağlar. Tip 18650 hücreleri, lityum manganat bataryaları 20-30A akımla boşaltabilir,orta derecede ısı birikimi ile. 50A1 saniyeli bir yük atışına kadar da uygulanabilir. Bu akımdaki sürekli yüksek yük, ısı birikmesine neden olur ve pil sıcaklığı 80 ° C'yi geçemez.Lityum manganat elektrikli aletlerde kullanılırLityum manganat, lityum kobalt oksitten yaklaşık üçte bir daha az güçlüdür.Esnek tasarım, mühendislerin pil ömrünü en üst düzeye çıkarmayı seçmelerini sağlar, veya maksimum yük akımını (özel güç) veya kapasiteyi (özel enerji) artırmak için. Örneğin, 18650 pilinin uzun ömürlü versiyonu sadece 1.100mAh'lık mütevazı bir kapasiteye sahiptir;Yüksek kapasiteli versiyonda 1500mAh.

Çoğu lityum manganez oksit, spesifik enerjiyi artırmak ve ömrü uzatmak için lityum nikel-manganez kobalt oksit (NMC) ile karıştırılır.ve çoğu elektrikli araç, Nissan Leaf, Chevrolet Volt ve BMW i3 gibi LMO'ya (NMC) sahiptir. Pilin LMO kısmı yaklaşık% 30'a ulaşabilir ve hızlandırıldığında yüksek akım sağlayabilir;ve NMC parçası uzun bir menzil sağlar. Lityum-ion batarya çalışmaları, aktif katot malzemeleri olarak lityum manganez oksit ile kobalt, nikel, manganez ve / veya alüminyum birleştirme eğilimindedir.Anodeye az miktarda silikon eklenir.Bu, % 25 kapasite artışı sağlar; ancak silikon, mekanik streslere neden olan şarj ve boşaltma ile genişler ve daralır.ve kapasite artışı genellikle kısa döngü ömrü ile yakından ilişkilidirBu üç aktif metal ve silikon geliştirme, spesifik enerjiyi (kapasite), spesifik gücü (yük kapasitesi) veya ömrü iyileştirmek için kolayca seçilebilir.,Endüstriyel uygulamalar ise iyi yük kapasitesi, uzun ömürlü ve güvenli ve güvenilir hizmetler sunan pil sistemleri gerektirir.

En başarılı lityum-nikel-kobalt-mangan-manganat (LiNiMnCoO2 veya NMC) lityum-nikel-kobalt-mangan-manganat (NMC) katot kombinasyonlarından biridir.Lityum manganatına benzerÖrneğin, orta yük koşullarında bir 18650 pilindeki NMC'nin kapasitesi yaklaşık 2,400 mAh'dır.800mAh ve 4A'dan 5A'ya kadar boşaltma akımı sağlayabilirAynı tip NMC, sadece 2.000mAh kapasiteli belirli bir güç için optimize edilmiş, ancak 20A'lık sürekli bir boşaltma akımı sağlayabilir. Silikon bazlı anot 4000mAh'dan daha fazla olacak,Ama yük kapasitesi azalır ve döngü ömrü kısaltılırGrafit'e eklenen silikonun bir kusuru vardır, yani anot şarj ve boşaltma ile genişler ve daralır, böylece bataryanın büyük mekanik stres yapısı kararsız olur.NMC'nin sırrı nikel ve manganez kombinasyonudur.Mesela bu yemek tuzu, burada ana malzemeler natriyum ve klorür kendileri zehirlidir, ama aromalı tuzlar ve gıda koruyucu maddeler olarak karıştırılırlar.Nikel yüksek spesifik enerjisiyle bilinir., ancak zayıf bir istikrarına sahiptir; manganez spinel yapısı düşük iç direnç elde ederken daha düşük spesifik enerjiye sahiptir.NMC elektrikli aletler için tercih edilen pilKatodik kombinasyonlar genellikle üçte bir nikel, üçte bir manganez ve üçte bir kobalt, 1-1-1 olarak da bilinir.Bu, düşük kobalt içeriği nedeniyle hammadde maliyetlerini de azaltan benzersiz bir karışım sağlar.Başka bir başarılı kombinasyon, 5 parça nikel, 3 parça kobalt ve 2 parça manganez (5 ¢ 3-2) içeren NCM'di.Farklı miktarlarda katot malzemelerinin diğer kombinasyonları da kullanılabilir.Kobaltın yüksek maliyeti nedeniyle, pil üreticileri kobalttan nikel katoduna geçti.ve kobalt tabanlı pillerden daha uzun bir döngü ömrü, ama biraz daha düşük voltajlara sahipler.

Lityum demir fosfat (LiFePO 4) 1996'da Teksas Üniversitesi, fosfatın şarj edilebilir lityum piller için katot malzemesi olarak kullanılabileceğini buldu.Lityum fosfat iyi elektrokimyasal özelliklere ve düşük dirençlere sahiptirBu, nano ölçekli fosfat katot malzemesi kullanılarak elde edilir. Ana avantajları yüksek dereceli akım ve uzun döngü ömrü; iyi termal istikrar, geliştirilmiş güvenlik ve kötüye kullanım toleransıdır.Uzun süre yüksek voltajda tutulursa, lityum fosfat tüm şarj koşullarına daha fazla dayanıklıdır ve diğer lityum iyon sistemlerine göre daha az streslidir.2V batarya nominal voltajı spesifik enerjiyi kobalt doped lityum iyon bataryalarından daha düşük hale getirirÇoğu batarya için düşük sıcaklıklar performansı azaltır, depolama sıcaklıklarının artması kullanım ömrünü kısaltır ve lityum fosfat istisna değildir.Lityum fosfat, diğer lityum iyonlu pillerden daha yüksek bir öz boşaltmaya sahiptir, bu da yaşlanmaya ve daha fazla dengeleme sorunlarına neden olabilir, bu durum yüksek kaliteli piller veya gelişmiş pil yönetim sistemleri kullanılarak telafi edilebilir,Ama her iki yöntem de pil paketinin maliyetini arttırır.Batarya ömrü üretim sürecinde kirliliklere karşı çok hassastır ve suyun dopingine dayanamıyor.Bazı pillerin ömrü sadece 50 döngüdür.Şekil 9 lityum fosfatın özelliklerini özetler. Lityum fosfat genellikle kurşun asitli başlangıç pillerinin yerine kullanılır. Dört seri hücreler 12.80V üretti,seri 6 adet 2V kurşun asitli hücreye benzer bir voltajlaAraç, kurşun asidi 14.40V (2.40V/batarya) 'ya şarj eder ve şarjlı olarak yüzer.Yüzen şarjın amacı, tam şarj seviyesini korumak ve kurşun-asit pillerinin sülfatasyonunu önlemektir..

Lityum nikel-kobalt alüminat (LiNiCoAlO2 veya NCA) lityum nikel-kobalt alüminat bataryaları veya NCA, 1999'dan beri kullanılmaktadır.oldukça iyi spesifik güç ve uzun hizmet ömrü NMC benzerGüvenlik ve maliyet daha az övgüye değer.

Lityum titanat (Li4Ti5O12) Lityum titanat anodlu piller 1980'lerden beri bilinmektedir.ve malzeme bir spinel yapısı oluştururKatot, lityum manganat veya NMC olabilir. Lityum titanat, hızla şarj edilebilen ve 10C yüksek bir boşaltma akımı sağlayan 2.40V nominal bir pil voltajına sahiptir.Dönem sayısının geleneksel lityum iyon pillerden daha fazla olduğu söylenir. Lityum titanat güvenli ve düşük sıcaklıkta mükemmel boşaltma özelliklerine sahiptir, 30 ° C'de (-22 ° F) kapasitenin% 80'ine ulaşır.Hızlı şarj ve düşük sıcaklıkta şarj sırasında SEI zarı oluşumu ve lityum galvanizasyon fenomeni yoktur, bu nedenle geleneksel kobalt karışımlı Li-ion ve grafit anodunun daha iyi yük-deskarj performansına sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda termal istikrar da diğer lityum iyon sistemlerinden daha iyidir;AncakLityum titanat 2.80V ve 1.80V'ye şarj edilir.Şekil 13, lityum titanat pillerin özelliklerini göstermektedir.Tipik kullanımlar elektrikli tahrik sistemi, UPS ve güneş sokak lambalarıdır.Lityum manganat ve lityum demir fosfat üstün özel güç ve termal kararlılık sağlarLityum titanat en iyi hizmet ömrüne sahiptir.