انواع باتری lifepo4 لیتیوم یون - optimumnano

- Aug 05, 2017-

با بسیاری از انواع باتری های لیتیوم یون آشنا شوید .

لیتیم یون برای مواد فعال آن نامگذاری شده است کلمات یا نوشته شده توسط کامل یا کوتاه شده توسط نمادهای شیمیایی آنها. مجموعه ای از حروف و اعداد با هم به هم چسبیده می شود و به سختی می توان آن را یادآوری کرد و حتی سخت تر نیز تلفظ می شود، و همچنین شیمیایی باتری در حروف اختصاری شناسایی می شود.

به عنوان مثال، اکسید کبالت لیتیوم، یکی از رایج ترین لیون ها، دارای نمادهای شیمیایی LiCoO 2 و اختصار LCO است. به دلائل سادگی، Li-cobalt کوتاه نیز می تواند برای این باتری استفاده شود. کبالت ماده اصلی فعال است که این شخصیت باتری را به ارمغان می آورد. سایر مواد شیمیایی لیتیوم دارای نامهای کوتاه مشابه هستند. این بخش شش شایع ترین یون های لیتیوم را فهرست می کند. همه نوشته ها برآورد شده در زمان نوشتن است.

اکسید کبالت لیتیم (LiCoO 2 )

انرژی خاص آن، لی کبالت را انتخاب محبوب برای تلفن های همراه، لپ تاپ ها و دوربین های دیجیتال می کند. باتری شامل یک کاتد اکسید کبالت و یک آند کربن گرافیت است. کاتد دارای ساختار لایه ای است و در زمان تخلیه، یون لیتیوم از آند به کاتد حرکت می کند. جریان بر روی شارژ متوقف می شود نقص لی کبالت نسبتا کوتاه مدت عمر، پایداری حرارتی کم و قابلیت بار محدود (قدرت خاص) است. شکل 1 ساختار را نشان می دهد.

ساختار لی کوبالت

شکل 1 : ساختار لی کوبالت.
کاتد دارای ساختار لایه ای است. در جریان تخلیه یون های لیتیوم از آند به کاتد حرکت می کنند؛ بر روی شارژ جریان از کاتد به آنود است.
Courtesy of Cadex


نقص لی کبالت نسبتا کوتاه مدت عمر، پایداری حرارتی کم و قابلیت بار محدود (قدرت خاص) است. لیتیوم کبالت مانند دیگر لیتیوم یون کبالت حاوی یک گرافیت گرافیت است که زندگی سیلیکونی را با تغییر رابط الکترولیت جامد (SEI)، ضخیم شدن روی آند و ریختن لیتیوم در هنگام شارژ سریع و شارژ کردن در دمای پایین محدود می کند. سیستم های جدیدتری شامل نیکل، منگنز و / یا آلومینیوم برای بهبود طول عمر، قابلیت بارگذاری و هزینه است.

لیتیوم کبالت نباید در یک جریان بالاتر از میزان C آن تخلیه و تخلیه شود. این به این معنی است که یک سلول 18650 با 2400mAh تنها می تواند در 2.400mA شارژ و تخلیه شود. مجبور کردن شارژ سریع یا استفاده از یک بار بیش از 2400 میلی آمپر باعث ایجاد بیش از حد و استرس ناخواسته می شود. برای شارژ سریع بهینه، سازنده توصیه می کند که نرخ C 0.8C یا حدود 2000 میلی آمپر باشد. (نگاه کنید به BU-402: C نرخ است). مدار محافظتی اجباری باتری میزان شارژ و تخلیه را به سطح ایمنی حدود 1C برای سلول انرژی محدود می کند.

گرافیک عنکبوتی شش ضلعی (شکل 2) عملکرد لیت کبالت را با توجه به انرژی خاص یا ظرفیت مربوط به زمان اجرا خلاصه می کند. قدرت خاص یا توانایی ارائه جریان بالا؛ ایمنی؛ عملکرد در دمای گرم و سرد؛ طول عمر انعکاس دهنده زندگی چرخه و طول عمر؛ و هزینه سایر ویژگی های مورد علاقه ای که در صفحات عنکبوت نشان داده نمی شوند عبارتند از: سمیت، قابلیت شارژ سریع، خود تخلیه و عمر مفید. (نگاه کنید به BU-104c: باتری هشت هسته ای - چه چیزی باعث باتری یک باتری می شود).

لیتیوم کبالت به علت هزینه بالای کبالت و عملکرد بهبود یافته با ترکیب سایر مواد کاتدی فعال، منفی لی ممانس، اما به خصوص NMC و NCA را از دست می دهد. (توضیحات NMC و NCA را در زیر ببینید.)

عکسبرداری از یک لیتیوم کبالت به طور متوسط

شکل 2 : تصویربرداری از یک لیتیوم کبالت به طور متوسط.
لیتیوم کبالت بر روی انرژی خاص خاص است، اما فقط قدرت، ایمنی و عمر مفید خاصی را ارائه می دهد.
Courtesy of Cadex


جدول جمع بندی

لیتیم کبالت اکسید : کاتدی LiCoO 2 (~ 60٪ شرکت)، آند گرافیت
فرم کوتاه: LCO یا لی کبالت. از سال 1991
ولتاژ 3.60V اسمی؛ محدوده عملیاتی معمول 3.0-4.2V / سلول
انرژی خاص (ظرفیت) 150-200 وات / کیلوگرم. سلول های تخصصي تا 240Wh / kg ارائه می کنند.
شارژ (نرخ C) 0.7-1C، هزینه 4.20V (اکثر سلول ها)؛ 3 ساعت شارژ معمولی شارژ فعلی بالای 1C باعث کاهش عمر باتری می شود.
تخلیه (نرخ C) 1C؛ 2.50V قطع شده است. جریان تخلیه بالای 1C، عمر باتری را کاهش می دهد.
زندگی چرخه 500-1000 مربوط به عمق تخلیه، بار، درجه حرارت
فرار حرارتی 150 درجه سانتی گراد (302 درجه فارنهایت). شارژ کامل باعث فرار از حرارتی می شود
برنامه های کاربردی تلفن های همراه، قرص، لپ تاپ ها، دوربین ها
نظرات انرژی خاص بسیار بالا، قدرت خاص محدود است. کبالت گران است خدمت به عنوان سلول انرژی سهم بازار تثبیت شده است.

جدول 3: مشخصات اکسید کبالت لیتیوم.

اکسید manganese لیتیم (LiMn 2 O 4 )

یون لیتیوم با اسپینل منگنز برای اولین بار در سال 1983 در بولتن تحقیقات مواد منتشر شد. در سال 1996 Moli Energy یک لایه یون لیتیوم با اکسید منگنز لیتیم را به عنوان مواد کاتدی تولید کرد. این معماری یک ساختار اسپینل سه بعدی را ایجاد می کند که جریان یون را در الکترود بهبود می بخشد، که باعث کاهش مقاومت داخلی و بهبود جریان فعلی می شود. یکی دیگر از مزایای اسپینل، استحکام حرارتی بالا و ایمنی بیشتر است، اما عمر چرخه و تقویم محدود است.

مقاومت کم سلول داخلی باعث شارژ سریع و تخلیه جریان بالا می شود. در یک بسته 18650، لیگانگانیس را می توان در جریان 20 تا 30 درجه سانتیگراد با حرارت متوسط ​​متوسط ​​تخلیه کرد. همچنین ممکن است پالس بار یک باره تا 50A را اعمال کند. بار زیاد مداوم در این جریان باعث ایجاد گرما می شود و دمای سلول نمی تواند بیش از 80 درجه سانتیگراد باشد (176 درجه فارنهایت). لیزر منگنز برای ابزارهای قدرت، وسایل پزشکی و وسایل نقلیه هیبریدی و الکتریکی استفاده می شود.

شکل 4 شکل گیری چارچوب بلوری سه بعدی بر روی کاتد یک باتری لیتیوم منگنز را نشان می دهد. این ساختار اسپینل، که معمولا از الماس تشکیل شده به یک شبکه متصل است، پس از تشکیل اولیه ظاهر می شود.

ساختار لیگانگانیوم

شکل 4: ساختار لجن منگنز.
شکل کریستالی کاتد اکسید منگنز لیتیوم دارای ساختار چارچوب سه بعدی است که بعد از تشکیل اولیه ظاهر می شود. اسپینل مقاومت کمتری دارد اما دارای انرژی خاصی نسبت به کبالت است.
Courtesy of Cadex


لیگانگانی دارای ظرفیت است که تقریبا یک سوم کمتر از لی کبالت است. انعطاف پذیری طراحی اجازه می دهد تا مهندسین باتری را به حداکثر رساندن طول عمر مطلوب (طول عمر)، حداکثر جریان بار (قدرت خاص) یا ظرفیت بالا (انرژی خاص) به حداکثر برساند. به عنوان مثال، نسخه عمر طول عمر در سلول 18650 دارای ظرفیت متوسط ​​تنها 1100mAh است؛ نسخه با ظرفیت بالا 1.500mAh است.

شکل 5، عنکبوت یک لیتری منگنز معمولی را نشان می دهد. خصوصیات ظاهرا حاشیه ای است، اما طرح های جدیدتر از لحاظ قدرت، ایمنی و طول عمر خاص بهبود یافته است. باتری های منگنز خالص امروز دیگر رایج نیستند؛ آنها فقط می توانند برای برنامه های ویژه استفاده شوند.

عکسبرداری از یک لیتری منگنز باتری

شکل 5: تصویربرداری از یک لیتیوم منگنز خالص.
اگر چه در عملکرد کلی نسبت به عملکرد کلی، طراحی های جدیدتری از لیگانگانگن بهبودی خاصی در قدرت، ایمنی و عمر فراهم می کند.
منبع: گروه مشاوره بوستون


بیشترین باتری لیگانگانیس با لیتیم نیکل اکسید کبالت منگنز (NMC) ترکیب شده است تا انرژی خاصی را افزایش دهد و طول عمر آن را افزایش دهد. این ترکیب بهترین سیستم در هر سیستم را به ارمغان می آورد و LMO (NMC) برای اکثر خودروهای الکتریکی مانند نیسان لیتی، Chevy Volt و BMW i3 انتخاب شده است. بخش LMO باتری، که می تواند حدود 30 درصد باشد، باعث تقویت جریان فعلی در شتاب می شود؛ بخش NMC به محدوده رانندگی طولانی می دهد.

تحقیقات لیتونی به شدت به ترکیب لیگانگانیس با کبالت، نیکل، منگنز و / یا آلومینیوم به عنوان ماده کاتد فعال تبدیل شده است. در برخی از معماری، مقدار کمی از سیلیکون به آنود اضافه شده است. این باعث افزایش 25 درصدی ظرفیت می شود؛ با این حال، افزایش به طور کلی با یک زندگی چرخه کوتاه تر مرتبط است به عنوان سیلیکون رشد می کند و کاهش با شارژ و تخلیه، باعث استرس مکانیکی است.

این سه فلز فعال و همچنین افزایش سیلیکون به راحتی می توانند برای افزایش انرژی مشخص (ظرفیت)، قدرت خاص (قابلیت بار) و یا طول عمر انتخاب شوند. در حالیکه باتری های مصرف کننده برای ظرفیت بالا، برنامه های کاربردی صنعتی نیاز به سیستم های باتری دارند که دارای قابلیت بارگذاری خوب هستند، عمر طولانی را ارائه می دهند و خدمات ایمن و مطمئن را ارائه می دهند.

جدول جمع بندی

اکسید منگنز لیتیم: کاتد لی مین 2 اکس 4 . آندره گرافیت
فرم کوتاه: LMO یا ليگانگان (ساختار اسپينل) از سال 1996
ولتاژ 3.70V (3.80V) اسمی؛ محدوده عملیاتی معمول 3.0-4.2V / سلول
انرژی خاص (ظرفیت) 100-150 وات / کیلوگرم
شارژ (نرخ C) 0.7-1C معمولی، حداکثر 3C، هزینه 4.20V (اکثر سلول ها)
تخلیه (نرخ C) 1C؛ 10C ممکن است با بعضی از سلول ها، پالس 30C (5S)، 2.50V قطع شود
زندگی چرخه 300-700 (مربوط به عمق تخلیه، درجه حرارت)
فرار حرارتی 250 درجه سانتیگراد (482 درجه فارنهایت) معمولی است. شارژ بالا باعث فرار از حرارتی می شود
برنامه های کاربردی ابزار قدرت، تجهیزات پزشکی، نیروی برق
نظرات قدرت بالا اما ظرفیت کمتر؛ امن تر از لیت کبالت؛ معمولا برای بهبود عملکرد با NMC مخلوط می شود.

جدول 6: ویژگی های اکسید منگنز لیتیم.

لیتیم نیکل منگنز اکسید کبالت ( LiNiMnCoO 2 یا NMC )

یکی از موفق ترین سیستم های لیتیوم یونی، ترکیبی از کاتد نیکل-منگنز-کبالت (NMC) است. شبیه به لیگانگانیس، این سیستم ها را می توان به عنوان سلول های انرژی یا سلول های انرژی مورد استفاده قرار داد. به عنوان مثال، NMC در یک سلول 18650 برای شرایط بارگذاری متوسط، ظرفیت حدود 2800mAh دارد و میتواند 4A تا 5A را ارائه دهد؛ NMC در همان سلول بهینه شده برای قدرت خاص دارای ظرفیت فقط 2000 میلیآمپر است، اما یک جریان تخلیه مداوم 20A را ارائه می دهد. یک آنودایز مبتنی بر سیلیکون به 4،000mAh و بالاتر برسد، اما با قابلیت کاهش بارگیری و زندگی چرخه کوتاهتر. سیلیکون به گرافیت اضافه شده است که اشکال آن این است که آنود با شارژ و تخلیه رشد می کند و کاهش می یابد و سلول به طور مکانیکی ناپایدار می شود.

راز NMC در ترکیب نیکل و منگنز قرار دارد. یک مقایسه از این نمک است که در آن مواد اصلی، سدیم و کلرید، به تنهایی سمی هستند اما مخلوط کردن آنها به عنوان نمک طعم دار و نگهدارنده غذا عمل می کند. نیکل به دلیل انرژی خاص خاص خود، اما ثبات ضعیف شناخته شده است. منگنز به نفع تشکیل یک ساختار اسپینل برای دستیابی به مقاومت درونی داخلی است اما دارای انرژی خاصی است. ترکیب فلزات هر یک از نقاط قوت دیگر را تقویت می کند.

NMC باطری انتخابی برای ابزارهای قدرت، دوچرخه های الکترونیکی و دیگر موتورهای الکتریکی است. ترکیبی از کاتد معمولا یک سوم نیکل، یک سوم منگنز و یک سوم کبالت است که همچنین 1-1-1 شناخته می شود. این ترکیب منحصر به فرد را ارائه می دهد که به دلیل کمبود کبالت نیز هزینه مواد اولیه کاهش می یابد. یکی دیگر از ترکیبات موفق NCM با 5 قسمت نیکل، 3 قسمت کبالت و 2 قسمت منگنز (5-3-2) است. ترکیبات دیگر با استفاده از مقادیر مختلف مواد کاتد ممکن است.

تولید کنندگان باتری به علت هزینه بالای کبالت از سیستم کبالت به سمت کاتد نیکل حرکت می کنند. سیستم های مبتنی بر نیکل تراکم انرژی بیشتری دارند، هزینه های پایین تر و طول عمر بیشتری نسبت به سلول های مبتنی بر کبالت دارند، اما ولتاژ آنها کمی پایین تر است.

الکترولیت ها و افزودنی های جدید باعث شارژ شدن به 4. 4V / سلول و افزایش ظرفیت می شود. شکل 7 خصوصیات NMC را نشان می دهد.

عکس فوری از NMC

شکل 7: عکس فوری NMC.
NMC عملکرد کلی و عملکرد عالی دارد و از انرژی خاصی برخوردار است. این باتری نامزد مورد نظر برای وسیله نقلیه الکتریکی است و کمترین میزان خودکششی دارد.
منبع: گروه مشاوره بوستون


حرکتی به سوی لیتیوم یون مخلوط شده با NMC وجود دارد، زیرا سیستم می تواند از لحاظ اقتصادی ساخته شده و عملکرد خوبی را به دست آورد. سه ماده فعال نیکل، منگنز و کبالت به راحتی می توان با توجه به طیف گسترده ای از کاربردهای سیستم های ذخیره سازی خودرو و انرژی (EES) که نیاز به دوچرخه سواری مکرر دارند، ترکیب شده است. خانواده NMC در تنوع خود در حال رشد است.

جدول جمع بندی

لیتیم نیکل منگنز اکسید کبالت: LiNiMnCoO 2 . کاتد، آند گرافیت
فرم کوتاه: NMC (NCM، CMN، CNM، MNC، MCN مشابه با ترکیبات مختلف فلزی) از سال 2008
ولتاژ 3.60V، 3.70V اسمی؛ محدوده عملیاتی معمول 3.0-4.2V / cell یا بالاتر
انرژی خاص (ظرفیت) 150-220Wh / kg
شارژ (نرخ C) 0.7-1C، اتهامات به 4.20V، برخی به 4.30V می رود؛ 3 ساعت شارژ معمولی شارژ فعلی بالای 1C باعث کاهش عمر باتری می شود.
تخلیه (نرخ C) 1C؛ 2C ممکن است در برخی از سلول ها؛ 2.50V قطع
زندگی چرخه 1000-2000 (مربوط به عمق تخلیه، دما)
فرار حرارتی 210 درجه سانتیگراد (410 درجه فارنهایت) معمولی است. شارژ بالا باعث فرار از حرارتی می شود
برنامه های کاربردی دوچرخه های الکترونیکی، وسایل پزشکی، EVs، صنعتی
نظرات فراهم می کند ظرفیت بالا و قدرت بالا. به عنوان سلول هیبرید کار می کند. شیمی مورد علاقه برای بسیاری از کاربردها؛ سهم بازار در حال افزایش است

جدول 8: مشخصات اکسید کبالت منگنز لیتیوم نیکل (NMC ).

فسفات آهن لیتیم (LiFePO 4 )

در سال 1996، دانشگاه تگزاس (و دیگر همکاران) فسفات را به عنوان مواد کاتدی برای باتری های لیتیوم قابل شارژ کشف کرد. لی فسفات عملکرد الکتروشیمیایی خوبی با مقاومت کم دارد. این ماده با مواد کاتدی فسفات نانو امکان پذیر است. مزایای کلیدی عبارتند از: رتبه فعلی بالا و عمر چرخه طولانی، علاوه بر پایداری حرارتی خوب، ایمنی و تحمل بیشتر در صورت سوء استفاده.

Li-fosfate نسبت به شرایط شارژ کامل تحمل بیشتری دارد و در مقایسه با دیگر سیستم های لیتیوم یونی، در شرایطی که ولتاژ بالا در مدت زمان طولانی نگه داشته می شود، فشار کمتر است. (نگاه کنید به BU-808: چگونه به طولانی شدن باتری های مبتنی بر لیتیوم). به عنوان یک کمپرسور، ولتاژ نامی پایین آن 3.2 ولت / سلول انرژی خاصی را پایین تر از لیتیوم یون مخلوط کبالت را کاهش می دهد. با بیشترین میزان باتری، دمای سرد باعث کاهش عملکرد و دمای ذخیره سازی بالا می شود و عمر مفید را کاهش می دهد و لی فسفات بدون استثناء است. لی فسفات دارای خود تخلیه بالاتر از سایر باتری های لیتیوم یون است که می تواند مسائل مربوط به همبستگی با پیری را ایجاد کند. این می تواند با خرید سلول های با کیفیت بالا و یا استفاده از کنترل الکترونیکی پیشرفته، که هر دو هزینه بسته را کاهش می دهد. پاکیزگی در تولید برای طول عمر اهمیت دارد. هیچ تحرکی برای رطوبت وجود ندارد، به شرطی که باتری فقط 50 سیکل ارائه کند. شکل 9 ویژگی های لیپید فسفات را خلاصه می کند.

لیتیوم فسفات اغلب برای جایگزینی باتری شروع کننده اسید اسید استفاده می شود. چهار سلول در سری تولید 12.80V، یک ولتاژ مشابه به شش سلول 2V سرب در سری. وسایل نقلیه اسید سرب را به 14.40V (2.40V / cell) بار می اندازد و بار شارژ را نگه می دارد. با چهار سلول فسفات لیتیوم در سری، هر سلول به بالای 3.60V میرود که درست ولتاژ شارژ کامل است. در این مرحله، شارژ باید قطع شود، اما هنگام رانندگی شارژ می شود. لی فسفات به برخی از بار اضافی تحمل می کند؛ با این حال، نگه داشتن ولتاژ در 14.40V در مدت زمان طولانی، همانطور که اکثر وسایل نقلیه بر روی یک درایو طولانی، می تواند لی فسفات استرس. عملیات خنک سازی با شروع ممکن است یک مسئله را با لیف فسفات به عنوان یک باتری شروع کند.

عکسبرداری از لیتیوم فسفات معمولی

شکل 9: تصویربرداری از لیتیوم فسفات معمولی.
لی فسفات ایمنی عالی و عمر طولانی دارد اما انرژی خاصی دارد و خود تخلیه را افزایش می دهد.
Courtesy of Cadex


جدول جمع بندی

فسفات آهن لیتیم: کاتد LiFePO 4 ، آند گرافیت
فرم کوتاه: LFP یا لی فسفات از سال 1996
ولتاژ 3.20، 3.30V اسمی؛ محدوده کاری معمول 2.5-3.65V / cell
انرژی خاص (ظرفیت) 90-120Wh / kg
شارژ (نرخ C) 1C معمولی، هزینه 3.65V؛ 3 ساعت شارژ معمولی
تخلیه (نرخ C) 1C، 25C در برخی از سلول ها؛ پالس 40A (2 ثانیه)؛ 2.50V قطع (پایین تر که 2V باعث آسیب)
زندگی چرخه 1000-2000 (مربوط به عمق تخلیه، دما)
فرار حرارتی 270 درجه سانتیگراد (518 درجه فارنهایت) باتری خیلی خوب حتی اگر کاملا شارژ شده باشد
برنامه های کاربردی قابل حمل و ثابت نیاز به جریان و استقامت بار بالا
نظرات منحنی تخلیه ولتاژ بسیار کم اما ظرفیت کم. یکی از امن ترین ها
یون لیتیوم مورد استفاده برای بازارهای ویژه افزایش تخلیه خود

جدول 10: خصوصیات فسفات آهن لیتیوم.

لیتیم نیکل کبالت اکسید آلومینیوم (LiNiCoAlO 2 )

باتری اکسید آلومینیوم کبالت لیتیوم نیکل، یا NCA، از سال 1999 برای برنامه های خاص ساخته شده است. با شباهت های NMC با ارائه انرژی خاص، قدرت مشخص و مناسب و طول عمر، شباهت ها را با NMC به اشتراک می گذارند. ایمن تر و ارزان تر است. شکل 11 شش ویژگی کلیدی را خلاصه می کند. NCA توسعه بیشتری از اکسید نیکل لیتیوم است؛ اضافه کردن آلومینیوم به شیمی پایداری بیشتری می دهد.

عکس از NCA

شکل 11: عکس فوری NCA.
تراکم انرژی بالا و قدرت، و همچنین طول عمر خوب، NCA نامزد برای نیروی برق EV است. هزینه های بالا و ایمنی نهایی منفی هستند.
Courtesy of Cadex


جدول جمع بندی

لیتیم نیکل کبالت اکسید آلومینیوم: LiNiCoAlO 2 کاتد (~ 9٪ Co)، آند گرافیت
فرم کوتاه: NCA یا Li-aluminium. از سال 1999
ولتاژ 3.60V اسمی؛ محدوده عملیاتی معمول 3.0-4.2V / سلول
انرژی خاص (ظرفیت) 200-260Wh / kg؛ 300Wh / kg قابل پیش بینی
شارژ (نرخ C) 0.7C، اتهامات به 4.20V (بیشتر سلول)، 3h شارژ معمولی، شارژ سریع ممکن است با برخی از سلول ها
تخلیه (نرخ C) 1C معمولی 3.00V قطع؛ نرخ تخلیه بالا باعث کاهش عمر باتری می شود
زندگی چرخه 500 (مربوط به عمق تخلیه، دما)
فرار حرارتی 150 درجه سانتیگراد (302 درجه فارنهایت) معمولی، شارژ بالا باعث فرار از حرارتی میشود
برنامه های کاربردی دستگاه های پزشکی، صنعتی، برقی (Tesla)
نظرات شباهت با لی کبالت دارد. خدمت به عنوان سلول انرژی

جدول 12: ویژگی های اکسید آلومینیوم کبالت نیکل لیتیوم.

لیتیم تیتانات (لی 4 Ti 5 O 12 )

باتری های آند با تیونات لیتیوم از دهه 1980 شناخته شده است. لیتیمانیت گرافیت را در آند از یک باتری معمولی لیتیوم یون جایگزین می کند و فرم های ماده را به یک ساختار اسپینل تبدیل می کند. کاتد می تواند اکسید منگنز لیتیوم یا NMC باشد. Li-titanate دارای ولتاژ نامی سلول 2.40V است، می تواند به سرعت شارژ شود و جریان تخلیه بالا 10C یا 10 برابر ظرفیت نامی را ارائه می دهد. گفته می شود تعداد چرخه بالاتر از یک لیتیوم معمولی است. لیتیوم تیتانات ایمن است، دارای ویژگی های تخلیه بسیار کم دما و ظرفیت 80 درصد در دمای -30 درجه سانتی گراد (-22 درجه فارنهایت) است.

LTO (به طور کلی Li4Ti 5 O 12 ) دارای مزایای بیشتری نسبت به لیتیوم یون معمولی کبالت با آندو گرافیت با دستیابی به خواص صفر است، بدون تشکیل SEI فیلم و بدون لیتیوم شدن در هنگام شارژ و شارژ سریع در دمای پایین. پایداری حرارتی در دمای بالا نیز از دیگر سیستم های لیتیوم یونی بهتر است. با این حال، باتری گران است. در انرژی تنها 65 وات / کیلوگرم، انرژی خاصی کم است، رقابت NiCd. Li-titanate به 2.80V / cell charge میرسد و پایان تخلیه 1.80V / cell است. شکل 13 ویژگی های لیتیوم تیتانات را نشان می دهد. استفاده های معمولی شامل نیروگاه های برق، یو پی اس و روشنایی خیابانی خورشیدی است.

عکسبرداری از لیتی تانات

شکل 13: تصویری از لیتیتانات.
Li-titanate در عملکرد ایمنی، دمای پایین و طول عمر، برتر است. تلاش برای بهبود انرژی خاص و کاهش هزینه ها انجام می شود.
منبع: گروه مشاوره بوستون

جدول جمع بندی

تیتانات لیتیم: اکسید منگنز لیتیم یا NMC می تواند باشد آند 4 لیتری 4 Ti 5 O 12 (تیتانات)
فرم کوتاه: LTO یا Li-titanate از سال 2008 در دسترس است.
ولتاژ 2.40V اسمی؛ محدوده کاری معمول 1.8-2.85V / سلول
انرژی خاص (ظرفیت) 70-80Wh / kg
شارژ (نرخ C) 1C معمولی حداکثر 5C، هزینه تا 2.85V است
تخلیه (نرخ C) 10C احتمال، 30C 5S پالس؛ 1.80V برش در LCO / LTO
زندگی چرخه 3،000-7،000
فرار حرارتی یکی از امن ترین باتری های لیتیوم یون
برنامه های کاربردی یو پی اس، ترانسفورماتور برق (Mitsubishi i-MiEV، هوندا Fit EV)،
روشنایی خیابانی خورشیدی
نظرات طول عمر، شارژ سریع، دامنه وسیع دما، اما کم انرژی خاص و گران است. از جمله امن ترین باتری های لیتیوم یون.

جدول 14: خصوصیات تیتانات لیتیوم.

شکل 15 انرژی خاص سیستم های مبتنی بر نیکل و لیتیوم را مقایسه می کند. در حالی که لیتیوم آلومینیوم (NCA) با ذخیره سازی ظرفیت بیشتر نسبت به سایر سیستم ها، برنده واضح است، این تنها در مورد انرژی خاصی کاربرد دارد. با توجه به پایداری حرارتی و خاص، لیگانگن (LMO) و لی فسفات (LFP) برتر هستند. Li-titanate (LTO) ممکن است ظرفیت کم داشته باشد، اما این شیمی بیشتر اکثر باتری ها را از لحاظ طول عمر از بین می برد و همچنین بهترین عملکرد دما را دارد. حرکت به سوی نیروی الکتریکی، ایمنی و چرخه زندگی بر روی ظرفیت غالب خواهد شد. (LCO مخفف لیتیوم کبالت، اصلی لیتیوم یون است.)

شیمی شیمی باتری

شکل 15: انرژی مشخصی از باتری های سرب، نیکل و لیتیوم.
NCA دارای بالاترین انرژی خاص است؛ با این حال، منگنز و فسفات از نظر قدرت و ثبات حرارتی خاص هستند. لیتی تاناتا دارای بهترین طول عمر است.
Courtesy of Cadex