چه نوع Mnay از نوع لیتیوم یون وجود دارد؟

- Jan 05, 2017-

لیتیم کبالت اکسید (LiCoO2)

انرژی خاص خود را بالا انتخاب محبوب برای تلفن های موبایل، لپ تاپ و دوربین های دیجیتال لی کبالت می سازد. باتری شامل گرافیت کربن آند و کاتد اکسید کبالت. کاتد است ساختار لایه بندی و تخليه یون های لیتیوم از آند به کاتد حرکت در. معکوس جریان شارژ. اشکال کبالت لی عمر نسبتا کوتاه، پایداری حرارتی کم و قابلیت های محدود بار (خاص قدرت) است. شکل 1 نشان می دهد ساختار.

Li-cobalt structure

شکل 1:ساختار لی کبالت.
کاتد ساختار لایه بندی شده است. در ترشح یون های لیتیوم از آند به کاتد حرکت; شارژ جریان از کاتد به آند است.
ادب Cadex

اشکال کبالت لی عمر نسبتا کوتاه، پایداری حرارتی کم و قابلیت های محدود بار (خاص قدرت) است. لی کبالت بلوغ است و شامل سیستم های جدیدتر نیکل و منگنز یا آلومینیوم برای بهبود طول عمر بارگذاری قابلیت و هزینه.

لی کبالت باید هنوز شارژ و تخلیه شده در حال حاضر بالاتر از آن امتیاز ج. این بدان معنی است که همراه 18650 با 2، 400mAh تنها شارژ می شود و تخلیه در 2 400mA. وادار کردن شارژ سریع یا اعمال بار بالاتر از 2، 400mA حد و بی استرس باعث می شود. برای شارژ سریع مطلوب، تولید کننده C سرعت 0.8 C یا حدود 2, 000mA را توصیه می کند. (نگاه کنید بهBU-402: C میزان چیست؟). باتری های اجباری حفاظت مدار شارژ و دشارژ نرخ به میزان ایمنی 1 C برای همراه انرژی محدود می شود.

گرافیک عنکبوتی شش ضلعی (شکل 2) خلاصه عملکرد لی کبالت از نظرانرژی خاصو یا ظرفیت که مربوط به زمان اجرا.قدرت خاصو یا توانایی ارائه جریان.ایمنی; عملکرددر درجه حرارت سرد و گرم;طول عمرچرخه زندگی و طول عمر را منعکس کننده; وهزینه. دیگر ویژگی های مورد علاقه نشان داده نشده است در شبکه عنکبوتی سمیت سریع شارژ قابلیت خود تخلیه و عمر مفید هستند. (نگاه کنید بهBU - 104 ج: باتری هشت ضلعی – چه باتری باتری می سازد).

Snapshot of an average Li-cobalt battery

شکل 2:تصویر لحظهای از باتری Li-کبالت متوسط.
لی کبالت در بالای انرژی خاص برتری دارد اما ارائه می دهد تنها قدرت خاص عملکرد ایمنی و طول عمر متوسط.
ادب Cadex


جدول خلاصه

اکسید کبالت لیتیوم:LiCoO2کاتد (~ 60% شرکت)، گرافیت آند
فرم کوتاه: LCO یا لی کبالت. از سال 1370
ولتاژ3.60V اسمی; معمولی 3.0–4.2V/cell محدوده عملیاتی
انرژی خاص (ظرفیت)150-200Wh/kg. سلول های تخصص فراهم می کند تا 240Wh/kg.
اتهام (C-میزان)0.7 – 1 C، اتهامات عنوان شده علیه 4.20V (اغلب سلولها); شارژ 3 ساعت معمولی. هزینه فعلی 1C بالاتر از عمر باتری کوتاه.
تخلیه (C-میزان)ج 1; 2.50V قطع. دبی جریان بالا ج 1 عمر باتری کوتاه.
چرخه زندگی500-1000 مربوط به عمق تخليه بار، درجه حرارت
فراری حرارتی150 درجه سانتی گراد (302° F). شارژ کامل ترویج فراری حرارتی
برنامه های کاربردیتلفن های همراه قرص لپ تاپ، دوربین های دیجیتال
نظراتانرژی بسیار بالا خاص، قدرت خاص محدود. کبالت گران است. خدمت به عنوان انرژی Cell.Market سهم تثبیت شده است.

جدول 3: ویژگی های اکسید کبالت لیتیوم.

اکسید منگنز لیتیم (LiMn2O4)

نوع li-ion با منگنز اسپينل اول در منتشر شدنشریه تحقیقات مواددر سال 1983. در سال 1996، Moli انرژی سلولی لیتیوم یون با اکسید منگنز لیتیم به عنوان ماده کاتد تجاری. معماری ساختار سه بعدی اسپينل است که باعث بهبود جریان یون در الکترود که منجر به کاهش مقاومت داخلی و بهبود مدیریت فعلی را تشکیل می دهند. مزیت بیشتر اسپينل استحکام حرارتی بالا و افزایش ایمنی است اما چرخه و تقویم زندگی محدود است.

سلول های داخلی کم مقاومت سریع شارژ و تخلیه جریان بالا را قادر می سازد. در بسته 18650 لی منگنز می تواند در جریان 20 – 30A با حرارت متوسط تجمع تخلیه شده است. امکان اعمال پالس دوم یک بار تا 50A است. یک بار بالا و مستمر در این جریان باعث ایجاد گرما می کند و همراه درجه حرارت نمی تواند بیش از 80 درجه سانتیگراد (176 درجه فارنهایت). لی منگنز برای ابزار قدرت ابزار پزشکی و همچنین هیبریدی و برقی وسایل نقلیه استفاده می شود.

شکل 4 شکل گیری چارچوب کریستالی سه بعدی در كاتد باتری Li-منگنز را نشان می دهد. این ساختار اسپينل است که معمولا از شکل الماس متصل به شبکه تشکیل شده است، به نظر می رسد پس از شکل گیری اولیه.

Li-manganese structure

شکل 4: ساختار لی منگنز.
کاتد تشکیل بلورهای اکسید منگنز لیتیم ساختار سه بعدی چارچوب است که به نظر می رسد پس از شکل گیری اولیه است. اسپينل کم مقاومت را فراهم می کند اما انرژی خاص تر از متوسط از کبالت است.
ادب Cadex

لی منگنز ظرفیت است که تقریبا یک سوم پایین تر از لی کبالت است. انعطاف پذیری طراحی اجازه می دهد تا مهندسان به حداکثر رساندن باتری یا طول عمر مطلوب (طول عمر)، حداکثر بار فعلی (خاص قدرت) یا ظرفیت بالا (خاص انرژی). به عنوان مثال، نسخه طول عمر در سلول 18650 ظرفیت متوسط 1 تنها 100mAh است; نسخهٔ ظرفیت بالا 1 500میلی آمپر ساعت است.

شکل 5 عنکبوت باتری Li-منگنز معمولی را نشان می دهد. ویژگی های حاشیه ای به نظر می رسد اما طرح های جدیدتر از نظر قدرت خاص ایمنی و طول عمر بهبود یافته اند. باتری Li-منگنز خالص دیگر امروز رایج هستند; آنها تنها برای کاربردهای خاص استفاده شود.

Snapshot of a typical Li-manganese battery

شکل 5: تصویر لحظهای از باتری Li-منگنز خالص.
اگر چه متوسط عملکرد کلی طرح جدیدتر لی منگنز پیشنهاد بهبود در قدرت خاص ایمنی و طول عمر.
منبع: بوستون مشاور گروه

اکثر باتری Li-منگنز مخلوط با لیتیم اکسید نیکل منگنز کبالت (NMC) به بهبود انرژی خاص و طول عمر طولانی. این ترکیب بهترین ارمغان می آورد در هر سیستم و LMO (NMC) برای وسایل نقلیه الکتریکی ترین مانند برگ نیسان ولت باشگاه و ب ام و i3 انتخاب شده است. بخش LMO باتری است که می تواند حدود 30 درصد، بالا افزایش کنونی در شتاب را فراهم می کند; بخش NMC محدوده طولانی رانندگی می دهد.

تحقیقات لیتیوم یون به شدت نسبت به ترکیب منگنز لی با کبالت و نیکل و منگنز یا آلومینیوم به عنوان ماده کاتد فعال gravitates. در برخی از معماری کوچکی از سیلیکون به آند اضافه شده است. این افزایش ظرفیت 25 درصد را فراهم می کند; سیلیکون رشد می کند و با شارژ و دشارژ باعث فشار مکانیکی می کند با این حال، بهره معمولا با عمر کوتاه متصل است.

اين سه عنصر فعال و همچنین افزایش سیلیکون به راحتی به منظور افزایش انرژی خاص (ظرفیت)، قدرت خاص (قابلیت بار) و یا طول عمر انتخاب می نماییم. کاربردهای صنعتی نیاز به سیستم باتری است که قابلیت بارگذاری خوب, ارائه یک زندگی طولانی و ارائه خدمات ایمن و قابل اعتماد در حالی که مصرف باتری ظرفیت بالا رفتن.

جدول خلاصه

اکسید منگنز لیتیم:LiMn2O4کاتد. گرافیت آند
فرم کوتاه: LMO یا لی-منگنز (اسپينل ساختار) از سال 1996
ولتاژ3.70V (3.80V) نامی; معمولی 3.0–4.2V/cell محدوده عملیاتی
انرژی خاص (ظرفیت)100 – 150 wh/kg
اتهام (C-میزان)0.7 – 1 نمونه، ج 3C حداکثر، به اتهام به 4.20V (اغلب سلولها)
تخلیه (C-میزان)ج 1; 10C ممکن است با برخی از سلول های پالس 30C (5s)، 2.50V برش
چرخه زندگی300 – 700 (مربوط به عمق از ترشحات و درجه حرارت)
فراری حرارتی250 درجه سانتی گراد (482° F) معمولی. بالا اتهام ترویج فراری حرارتی
برنامه های کاربردیابزار قدرت و دستگاه های پزشکی، powertrains های الکتریکی
نظراتقدرت بالا اما ظرفیت کمتر; امن تر از لی کبالت; معمولا مخلوط شده با NMC به بهبود عملکرد.

جدول 6: ویژگی های اکسید منگنز لیتیم.

لیتیم اکسید نیکل منگنز کبالت (LiNiMnCoO2یا NMC)

یکی از موفق ترین سیستم های لیتیوم یون ترکیبی کاتد کبالت-نیکل-منگنز (NMC) است. شبیه به لی منگنز، این سیستم ها به عنوان سلول های انرژی یا قدرت سلول منطبق گردد می تواند. به عنوان مثال، NMC همراه 18650 برای شرایط متوسط بار ظرفیت حدود 2, 800mAh و 4A ارائه شده می تواند به 5A; NMC در سلول خاص قدرت بهینه سازی ظرفیت تنها حدود 2، 000mWh اما جريان مستمر ترشح 20A ارائه می شود. آند سیلیکونی به 4 000mAh و بالاتر اما در قابلیت بارگذاری کاهش و عمر کوتاه تر خواهد شد. سیلیکون اضافه شده به گرافیت است اشکال این است که آند رشد می کند و با شارژ و دشارژ سلول مکانیکی ناپایدار ساخت کوچک می کند.

راز NMC در ترکیب نیکل و منگنز است. یک مقایسه از این نمک که در آن مواد تشکیل دهنده اصلی، سدیم و کلرید سمی خود را دارد اما مخلوط آنها خدمت به عنوان ادویه نمک و مواد غذایی حافظ. نیکل برای انرژی خاص بالا اما ثبات فقیر آن شناخته شده است; منگنز نفع تشکیل ساختار اسپينل برای رسیدن به مقاومت داخلی کم است اما کم انرژی خاص ارائه می دهد. فلزات ترکیب نقاط قوت همدیگر را بهبود می بخشد.

NMC باتری انتخابی برای ابزار قدرت دوچرخه های برقی و powertrains برقی دیگر است. ترکیب کاتد به طور معمول یک سوم نیکل، منگنز و کبالت یک سوم به 1-1-1 یک سوم است. این ارائه می دهد یک ترکیب منحصر به فرد است که همچنین هزینه مواد اولیه با توجه به محتوای کاهش کبالت را کاهش می دهد. ترکیب دیگری موفق NCM با 5 بخش نیکل کبالت قطعات 3 و 2 بخش منگنز است. بیشتر ترکیبات با استفاده از مقادیر مختلف از کاتد مواد امکان پذیر است. جدید الکترولیت ها و مواد افزودنی فعال شارژ به 4.4V / همراه و بالاتر برای افزایش ظرفیت. شکل 7 نشان می دهد که ویژگی NMC.

Snapshot of NMC

شکل 7: عکس فوری NMC.
NMC عملکرد کلی خوب است و انرژی خاص برتری دارد. این باتری کاندیدای مورد نظر خودرو الکتریکی و نرخ پایین ترین گرم کردن خود است.
منبع: بوستون مشاور گروه

حرکت به سمت NMC مخلوط لیتیوم یون به عنوان سیستم اقتصادی ساخته می شود و دستیابی به عملکرد خوب وجود دارد. سه مواد فعال منگنز و کبالت می توانید به راحتی با توجه به طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی برای مخلوط خودرو و انرژی سیستم های ذخیره سازی (EES) که نیاز مکرر به دوچرخه سواری. خانواده NMC در آن تنوع رو به رشد است.

جدول خلاصه

کبالت اکسید منگنز نیکل لیتیم:LiNiMnCoO2. کاتد و آند گرافیت
فرم کوتاه: NMC (NCM CMN CNM MNC، مخدر مشابه با ترکیبات مختلف فلزی) از 2008
ولتاژ3.60V، 3.70V اسمی; عامل حدود 3.0–4.2V/cell معمولی و یا بالاتر
انرژی خاص (ظرفیت)150-220Wh/kg
اتهام (C-میزان)0.7 – 1 به 4.20V، ج، اتهامات برخی از رفتن به 4.30V; شارژ 3 ساعت معمولی. هزینه فعلی 1C بالاتر از عمر باتری کوتاه.
تخلیه (C-میزان)ج 1; 2C ممکن است در برخی از سلول؛ 2.50V برش
چرخه زندگی1000-2000 (مربوط به عمق از ترشحات و درجه حرارت)
فراری حرارتی210 درجه سانتیگراد (410 درجه فارنهایت) معمولی. بالا اتهام ترویج فراری حرارتی
برنامه های کاربردیدوچرخه های برقی، تجهیزات پزشکی سرندهای ارتعاشی، صنعتی
نظراتظرفیت بالا و توان بالا را فراهم می کند. خدمت به عنوان سلول هیبرید. شیمی مورد علاقه برای بسیاری از استفاده; قادر به افزایش سهم بازار است.

جدول 8: ویژگی هایلیتیم اکسید نیکل منگنز کبالت (NMC).

فسفات آهن لیتیم (LiFePO4)

در سال 1996، دانشگاه تگزاس (و دیگر همکاران) فسفات به عنوان ماده کاتد در باتری قابل شارژ لیتیوم کشف. لی فسفات ارائه می دهد عملکرد خوب الکتروشیمیایی با مقاومت کم. این ممکن است با مقیاس نانو مواد کاتد فسفات ساخته شده است. مزایای کلیدی درجه بالا و زندگی چرخه طولانی علاوه بر پایداری حرارتی خوب، ایمنی و تحمل افزایش یافته اگر مورد آزار قرار گرفته است.

لی فسفات مقاوم به شرایط شارژ کامل است و کمتر از سایر سیستم های لیتیوم-یون اگر در ولتاژ بالا برای زمان طولانی مدت نگهداری تاکید شده است. (نگاه کنید بهBU-808: نحوه طولانی باتری های لیتیوم مبتنی بر). به عنوان تجارت آن ولتاژ اسمی کمتر از 3.2V / سلول را کاهش می دهد انرژی خاص زیر است که بر اساس کبالت لیتیوم یون. با باتری بیشتر سرد دمای عملکرد را کاهش می دهد و درجه حرارت ذخیره سازی افزایش عمر کوتاه و لی فسفات بدون استثنا است. لی فسفات بالاتر از باتری های لیتیوم یون دیگر که مسائل متعادل می تواند با پیری خود تخلیه شده است. پاکیزگی در تولید از اهمیت برای طول عمر است. برای رطوبت، تحمل وجود دارد مبادا باتری فقط 50 چرخه ارائه خواهد شد. شکل 9 ویژگی لی فسفات را خلاصه می کند.

لی فسفات است که اغلب به جای سرب باتری های اسید شروع استفاده می شود. چهار سلول در سری 12.80V ولتاژ مشابه به 2V سرب اسید سلولهای شش در سری تولید. وسایل نقلیه شارژ سرب به 14.40V (2.40V / همراه) و حفظ شارژ با شکوه. با چهار سلول لی فسفات در مجموعه تاپ همراه هر یک در 3.60V، که ولتاژ شارژ کامل درست است. در این مرحله اتهام باید قطع شده اما همچنان شارژ با شکوه در حالی که رانندگی. لی فسفات متحمل به قیمت اجحاف کردن برخی از است; با این حال، به عنوان بسیاری از وسایل نقلیه در رانندگی های طولانی ولتاژ در 14.40V برای مدت طولانی نگه داشتن فسفات لی استرس می تواند. درجه حرارت سرد آغاز نیز موضوع را با لی فسفات به عنوان باتری استارت می تواند.

Snapshot of a typical Li-phosphate battery

شکل 9: عکس فوری از باتری Li-فسفات معمولی.
لی فسفات عالی امنیتی است و طول عمر اما متوسط خاص انرژی و بالا خود تخلیه.
ادب Cadex


جدول خلاصه

فسفات آهن لیتیم:LiFePO4کاتد و آند گرافیت
فرم کوتاه: سال یا لی-فسفات از سال 1996
ولتاژ3.20، 3.30V اسمی; معمولی 2.5–3.65V/cell محدوده عملیاتی
انرژی خاص (ظرفیت)90 – 120Wh/kg
اتهام (C-میزان)1C معمولی، اتهامات عنوان شده علیه 3.65V; زمان شارژ 3 ساعت معمولی
تخلیه (C-میزان)1C 25C در برخی از سلول؛ 40 آمپر، پالس (2s); 2.50V برش (پایین 2V که باعث آسیب)
چرخه زندگی1000-2000 (مربوط به عمق از ترشحات و درجه حرارت)
فراری حرارتی270 درجه سانتی گراد (° 518 F) بسیار سالم باتری حتی اگر به طور کامل شارژ
برنامه های کاربردیقابل حمل و ثابت نیاز به جریان بار بالا و استقامت
نظراتولتاژ خیلی منحنی دبی اما ظرفیت کم. یکی از امن ترین
لی یون. برای بازارهای خاص استفاده می شود. بالا خود تخلیه.

جدول 10: ویژگی هایلیتیم آهن فسفات.

نیکل لیتیم کبالت اکسید آلومینیوم (LiNiCoAlO2)

نیکل کبالت اکسید آلومینیوم لیتیوم یا NCA، حدود سال 1999 برای کاربردهای خاص شده است. آن سهام شباهت با NMC با ارائه انرژی خاص بالا خوب قدرت خاص و عمر طولانی است. ایمنی و هزینه کمتر چاپلوس است. شکل 11 شش ویژگی کلیدی را خلاصه می کند. NCA توسعه لیتیم اکسید نیکل است. افزودن آلومینیوم شیمی ثبات بیشتری می دهد.

Snapshot of NCA

شکل 11: عکس فوری NCA.
انرژی بالا و تراکم قدرت و همچنین عمر خوب گپ کانديد EV powertrains را. هزینه های بالا و حاشیه ایمنی منفی هستند.
ادب Cadex


جدول خلاصه

لیتیم نیکل کبالت اکسید آلومینیوم:LiNiCoAlO2کاتد (~ 9 درصد شرکت)، گرافیت آند
فرم کوتاه: NCA یا لی آلومینیوم. از سال 1999
ولتاژ3.60V اسمی; معمولی 3.0–4.2V/cell محدوده عملیاتی
انرژی خاص (ظرفیت)200-260Wh/kg; 300Wh/kg قابل پیش بینی
اتهام (C-میزان)ج 0.7 اتهامات عنوان شده علیه 4.20V (اغلب سلولها)، 3 ساعت شارژ شارژ معمولی، سریع ممکن است با برخی از سلول های
تخلیه (C-میزان)1C معمولی; 3.00V قطع; میزان آبدهی بالا کوتاه عمر باتری
چرخه زندگی500 (مربوط به عمق از ترشحات و درجه حرارت)
فراری حرارتی150 درجه سانتی گراد (302° F) معمولی، بالا اتهام ترویج فراری حرارتی
برنامه های کاربردیدستگاه های پزشکی، صنعتی، انتقال قدرت الکتریکی (تسلا)
نظراتشباهت با لی کبالت سهام. به عنوان انرژی سلول عمل می کند.

جدول 12: ویژگی های نیکل لیتیم کبالت اکسید آلومینیوم.

تیتانات لیتیم (Li4تیتانیم5O12)

باتری با آند تیتانات لیتیم از سال 1980s شناخته شده است. لی تیتانات گرافیت در آند باتری یون لیتیوم معمولی و فرم مادی به ساختار اسپينل جایگزین. کاتد اکسید منگنز لیتیم یا NMC می شود. تیتانات لی ولتاژ اسمی همراه 2.40V است، سریع شارژ می شود و جريان ترخيص بالا 10 C یا 10 بار دارای ظرفیت ارائه می شود. تعداد چرخه گفته است بيشتر از نوع li-ion منظم شود. لی تیتانات امن، ویژگی عالی تخلیه دمای پایین است و ظرفیت 80 درصد در –30 ° C (–22 ° F) را بدست می آوریم. با این حال، باتری های گران قیمت و در 65Wh/kg انرژی خاص کم rivalling که از NiCd است. لی تیتانات اتهام به 2.80V / همراه و پایان تخلیه است 1.80V / همراه. تصویر 13 نشان می دهد ویژگی های باتری Li-تیتانات. استفاده معمولی powertrains برق یو پی اس و باتری خورشیدی برق هستند.

Snapshot of Li-titanate

شکل 13: تصویر لحظهای از لیتیتانات.
تیتانات لی در ایمنی و عملکرد در دمای پایین و طول عمر دارد. تلاش برای بهبود خاص انرژی و کاهش هزینه ها ساخته شده است.
منبع: بوستون مشاور گروه

جدول خلاصه

تیتانات لیتیم:اکسید منگنز لیتیم و یا NMC می توان; لی4تیتانیم5O12آند (تیتانات)
فرم کوتاه: LTO یا لی تیتانات موجود از حدود 2008.
ولتاژ2.40V اسمی; معمولی 1.8–2.85V/cell محدوده عملیاتی
انرژی خاص (ظرفیت)70-80Wh/kg
اتهام (C-میزان)1C معمولی; 5C حداکثر، اتهامات عنوان شده علیه به 2.85V
تخلیه (C-میزان)10C ممکن است، 30C 5s پالس; 1.80V برش در LCO/LTO
چرخه زندگی3,000–7,000
فراری حرارتییکی از امن ترین باتری لیتیوم یون
برنامه های کاربردییو پی اس و انتقال قدرت الکتریکی (میتسوبیشی من-MiEV، هوندا مناسب EV)،
خورشیدی روشنایی خیابانی
نظراتعمر طولانی, شارژ سریع, محدوده دمایی گسترده اما کم انرژی خاص و گران. در میان بی خطر ترین باتری های لیتیوم یون.

جدول 14: ویژگی های تیتانات لیتیم.

شکل 15 انرژی خاص - سرب، نیکل و لیتیوم مبتنی بر سیستم های مقایسه می کند. لی آلومینیوم (NCA) برنده روشن ذخیره سازی ظرفیت بیشتر از سیستم های دیگر است، این امر تنها به انرژی خاص. از نظر قدرت خاص و پایداری حرارتی لی منگنز (LMO) و لی فسفات (سال) برتر است. لی تیتانات (LTO) ممکن است کم ظرفیت اما این شیمی outlives اکثر باتری های دیگر از نظر طول عمر و همچنین بهترین عملکرد در دمای سرد است. حرکت به سمت انتقال قدرت الکتریکی, ایمنی و چرخه زندگی تسلط بیش از ظرفیت به دست آورید. (LCO لی کبالت لیتیوم یون اصلی مخفف.)

Battery Chemistries

شکل 15: معمولی انرژی خاص - سرب، نیکل و باتری های لیتیوم مبتنی بر.
NCA بیشترین انرژی خاص برخوردار; با این حال، منگنز و فسفر برتر شرایط خاص قدرت و پایداری حرارتی هستند. تیتانات لی عمر بهترین است.