Lithium-Manganoxid (LMO) -Batterie - LiMn2O4-Hersteller

1) Übersicht über Lithium-Manganat-Oxid-Batterien

Lithium-Manganat-Oxid-Batterie bezieht sich auf die Batterie, die Lithium-Manganat-Oxid als Anodenmaterial verwendet. Die Nennspannung beträgt 3,7V. Es ist derzeit die Hauptstrombatterie. Diese Art von Batterie hat eine normale Energiedichte und Lebensdauer. Es hat Umweltschutz und keine Patentbeschränkung. Lithiummanganatoxid ist jedoch nicht sehr stabil, leicht zu zersetzendes Gas, kann zu Quellung führen und seine Hochtemperaturleistung ist schlecht.

Lithiummanganatoxid, dessen chemische Formel LiMn2O4 (LCM) lautet, ist eines der vielversprechenden Lithiumionenanodenmaterialien. Im Vergleich zu herkömmlichen Anodenmaterialien wie Lithiumkobaltoxiden verfügt Lithiummanganatoxid über reichhaltige Ressourcen, niedrige Kosten, keine Umweltverschmutzung, gute Sicherheit und eine gute Ratenfähigkeit. Es ist ein ideales Anodenmaterial für Power-Batterien.

Lithiummanganatoxid neigt dazu, vom Spinelltyp zu sein. LiMn2O4-Spinell-Mangansäurelithium ist das erste Anodenmaterial mit 3D-Li-Ionenkanal, das 1981 von Hunter hergestellt wurde. Bisher wurde es von vielen Wissenschaftlern und Forschern im In- und Ausland auf sich aufmerksam gemacht. Als Elektrodenmaterial hat es einen niedrigen Preis und ein hohes Potenzial, eine umweltfreundliche und gute Sicherheitsleistung und ist das vielversprechendste Anodenmaterial der neuen Generation von Lithium-Ionen-Batterien als Ersatz für LiCoO2.

2) LMO-Batteriekathode

Die Hauptkomponenten von Lithiummanganatoxid sind Spinellithiummanganatoxid und Lithiummanganatoxid mit Schichtstruktur. Das Modell der Spinellstruktur Lithiummanganatoxid gehört zum kubischen System, einer Art Fd3m-Raumgruppe. Gegenwärtig weist das Lithiummanganatoxid-Anodenmaterial mit hoher Kapazität eine vernünftige Struktur auf. Lithiumionen können leicht und reversibel vom Spinellgitter abgelöst werden, da die Struktur relativ sicher ist, keine Gefahr eines strukturellen Zusammenbruchs besteht und die Sicherheit des Produkts gewährleistet ist.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

Weiterlesen

1. Schichtstruktur LiMnO2 hat eine theoretische Kapazität von 285 mA · h / g und eine Spannungsplattform von 4 V. Die Schichtstruktur ist schwer zu synthetisieren und instabil. Es ist leicht, eine Spinellstruktur Li2Mn2O4 zu erzeugen, was zu einem Rückgang der Spannungsplattform, einer schlechten Stabilität und einem irreversiblen Kapazitätsabfall führt.

2. Der Hochdruckspinell LiMn2O4 hat eine theoretische Kapazität von 148 mA · h / g und eine Spannungsplattform von 4,15. Die Hochtemperaturleistung ist schlecht und die Kapazität wird über 55 ° C stark gedämpft. Es ist leicht, eine Spinellstruktur Li2Mn2O4 herzustellen, die zu einem Abfall der Spannungsplattform, einer schlechten Stabilität, einer irreversiblen Kapazitätsdämpfung usw. führt. Dies ist das derzeit in der Industrie verwendete Lithiummanganatoxid.

Strukturdiagramm von Spinell-Lithium-Manganat-Oxid

3.Spinel Li2Mn2O4 hat eine elektrische Depression von 3 V, eine geringe Kapazität und eine schlechte Durchblutung. Die Leute studieren, wie man diese Probleme vermeidet.

3) Zusammensetzung der LMO-Batterie

Lithium-Manganat-Oxid-Batterie ist eine Lithium-Ionen-Batterie, die Lithium-Manganat-Oxid als Anode, Graphit als Kathode und Elektrolyt mit organischer LiPF6-Lösung verwendet. Die Nennspannung beträgt 3,7V. Die Struktur der in einer Aluminiumhülle verpackten Lithiummanganatoxidbatterie ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

• Anodenstruktur: LiMn2O4 (Lithiummanganatoxid) + leitfähiges Mittel (Acetylenschwarz) + Klebstoff (PVDF) + Kollektoranode (Aluminiumfolie)

• Kathodenstruktur: Graphit + leitfähiges Mittel (Acetylenschwarz) + Klebstoff (PVDF) + Kollektorkathode (Kupferfolie)
  

• Separator: eine spezielle Verbundmembran
  

• Gehäuse: unterteilt in Stahlgehäuse und Aluminiumgehäuse
  

• Organischer Elektrolyt
  

• Obere Abdeckung und untere Abdeckung
  

4) Funktionsweise von Lithium-Manganat-Oxid-Batterien

Wenn eine Lithiummanganatoxidbatterie geladen wird, lösen sich Lithiumionen in der Anode vom Gitter, gelangen durch den Elektrolyten zur Kathodenoberfläche und werden in die Graphitschicht eingebettet. Wenn Sie entladen, ist der Vorgang umgekehrt. Beim Laden und Entladen gelangen Lithiumionen zwischen Anode und Kathode, die auch als "Schaukelstuhl" -Batterie bezeichnet wird.

Schematische Darstellung des Arbeitsprinzips von LiMn2O4

Ladevorgang

Wenn die Batterie von der Stromquelle geladen wird, läuft das Elektron an der Anode vom externen Stromkreis zur Kathode. Das Lithiumion (Li +) gelangt von der Anode in den Elektrolyten, passiert das kleine Wicklungsloch im Separator, erreicht die Kathode und verbindet sich mit den bereits herübergekommenen Elektronen.

Die Reaktion an der Anode: LiMn2O4 == Li1-xMn2O4 + Xli ++ Xe (Elektron)

Die Reaktion an der Kathode: 6C + XLi + Xe == LixC6

Entladevorgang

Wenn sich die Batterie entlädt, läuft das Elektron an der Kathode vom externen Stromkreis zur Anode, und das Lithiumion gelangt von der Kathode in den Elektrolyten, gelangt durch das kleine Wicklungsloch im Separator zur Anode und verbindet sich mit den Elektronen das sind schon vorbei gekommen.

Die Reaktion an der Anode Li1-xMn2O4 + xli ++ xe (Elektron) == LiMn2O4

Die Reaktion an der Kathode LixC6 == 6C + xLi + xe

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

Weiterlesen

5) Vor- und Nachteile der Lithium-Manganat-Oxid-Batterie

Lithiummanganatoxid hat die Vorteile einer guten Geschwindigkeit, einfachen Herstellung und geringen Kosten. Der Nachteil ist, dass die Auflösung von Mangan zu einer schlechten Hochtemperaturleistung und Zyklenleistung führt. Die Hochtemperaturleistung und die Zyklenleistung werden durch Dotieren von Aluminium und Sintergranulation erheblich verbessert, was im Grunde genommen der tatsächlichen Verwendung entsprechen kann. Im Allgemeinen hat eine Lithium-Manganat-Oxid-Batterie niedrige Kosten, eine gute Stabilität und eine wunderbare Niedertemperaturleistung, aber ihre Hochtemperaturleistung ist schlecht und sie hat eine etwas schnellere Dämpfung.

Die Anodenmaterialien haben niedrige Kosten, gute Sicherheit und eine gute Leistung bei niedrigen Temperaturen, aber das Material selbst ist nicht so stabil und leicht zu zersetzen, um Gas zu erzeugen, so dass sie dazu neigen, mit anderen Materialien gemischt zu werden, um die Kosten zu senken von Batterien. Die Abschwächung des Fahrradlebens geht jedoch schnell und neigt zu Ausbeulungen. Die Hochtemperaturleistung ist schlecht und die Lebensdauer des Fahrrads ist relativ kurz. Es wird hauptsächlich für große und mittlere Batterien, Power-Batterien verwendet. Die Nennspannung beträgt 3,7 V.

6) Die Eigenschaften der Lithium-Manganat-Oxid-Batterie

7) LMO-Batterieanwendungen

Lithiummanganatoxid ist eines der vielversprechenden Lithiumionenanodenmaterialien. Im Vergleich zu Lithiumkobaltoxid und anderen herkömmlichen Anodenmaterialien bietet Lithiummanganatoxid die Vorteile reichhaltiger Ressourcen, geringer Kosten, ohne Umweltverschmutzung, guter Sicherheit und guter Ratenfähigkeit. Es ist ein ideales Anodenmaterial für Power-Batterien. Daher haben Lithiumbatterie-Elektrodenmaterialien, insbesondere die Lithium-Manganatoxid-Anodenmaterialien der neuen Generation, ein großes Potenzial auf dem Markt für Elektrobatterien für Kraftfahrzeuge. Aufgrund des niedrigen Preises und der reichen Ressourcen von Lithiummanganatoxid ist es einfacher herzustellen als Lithiumkobaltoxide und Lithiumnickelat, wodurch Lithiumionenbatterien in eine neue Ära der Entwicklung eintreten.

Da Lithiummanganatoxidmaterial so unterschiedliche Eigenschaften aufweist, werden die Menschen seine Vorteile nutzen und seine Nachteile vermeiden. Daher wird eine Lithiummanganatoxidbatterie in verschiedenen Bereichen eingesetzt, die üblicherweise als Anwendungen der Klassen A und B bezeichnet werden.

Klasse A bezieht sich auf die Leistungsbatterie, deren Schwerpunkt auf Sicherheit und Recyclingleistung liegt. Es ist erforderlich, eine reversible Kapazität von 100 bis 115 mAh / g zu haben und nach 500 Zyklen eine Kapazität von 80% aufrechtzuerhalten.

Klasse B wird hauptsächlich für die Unterhaltungselektronik verwendet. Es zeichnet sich durch hohe Kapazität aus. Im Allgemeinen ist es erforderlich, eine reversible Kapazität von 120 mAh / g zu haben und nach 300 bis 500 Zyklen eine Kapazität von 60% aufrechtzuerhalten. Die unterschiedliche Leistung dieser beiden Batterietypen wird im Produktionsprozess realisiert.

8) LMO vs NMC Batterie

LMO-Batterie （LiMn2O4）

Lithium-Manganat-Oxid-Batterie ist eine Batterie, die Lithium-Manganat-Oxid-Material in der Anode verwendet. Die Nennspannung der Lithium-Manganat-Oxid-Batterie beträgt 2,5 bis 4,2 V. Lithium-Manganat-Oxid-Batterie wird wegen ihrer geringen Kosten und guten Sicherheit häufig verwendet.

Lithium-Manganoxid-Batterien haben niedrige Kosten, gute Sicherheit und eine gute Leistung bei niedrigen Temperaturen, aber das Material selbst ist nicht so stabil und leicht zu zersetzen und Gas zu produzieren. Daher wird es tendenziell mit anderen Materialien verwendet, um die Leistung zu verringern Kosten für Batterien. Es hat jedoch eine schnelle Abschwächung der Lebensdauer des Fahrrads und neigt dazu, sich mit schlechter Hochtemperaturleistung und relativ kurzer Lebensdauer auszudehnen. Es wird hauptsächlich für große und mittlere Batterien und Akkus verwendet. Seine Nennspannung beträgt 3,7 V.

NMC (LiNiMnCoO2)

Die ternäre Lithiumbatterie ist eine Lithiumionenbatterie, die Lithium-NiCoMnO2 oder NCA als Anode verwendet. Die Rohstoffe des ternären Verbundanodenmaterials sind Nickelsalz, Kobaltsalz und Mangansalz. Der Anteil kann an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden. Eine Batterie mit ternären Materialien als Anode hat eine relativ bessere Sicherheit als eine Lithium-Kobaltoxid-Batterie.

NCM ist eines der Schlüsselmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien. NCM ersetzt mehr als zwei Drittel Kobalt durch billigeres Nickel und Mangan, was einen offensichtlichen Kostenvorteil bietet. Im Vergleich zu anderen Lithiumionenanodenmaterialien, einschließlich Lithiummanganat und Lithiumeisenphosphat, weisen NCM- und Lithiumkobaltoxide eine ähnliche elektrochemische Leistung und Verarbeitungsleistung auf, wodurch NCM-Materialien die neuen Batteriematerialien sind und nach und nach Lithiumkobaltoxide ersetzen und zum Trend werden die neue Generation von Lithium-Ionen-Batteriematerialien.

Vergleichen Sie die LMO- und NMC-Batterie

1. LMO hat kein Edelmetall und sein Preis ist relativ niedrig; NCM ist für Kobaltunternehmen teuer (hohe Nickelmaterialien senken die Stücklistenkosten, erhöhen aber die Prozesskosten).

2. Die LMO-Spannungsplattform ist hoch, 3,75 ~ 3,8 V; Die NCM-Spannungsplattform ist niedrig, 3,6 ~ 3,7 V.
   

3. LMO mit Spinellstruktur ist relativ sicher; NCM mit Schichtstruktur lässt sich leicht mit Lithium und Nickel mischen und weist eine schlechte Sicherheit auf (je höher Ni%, desto schlechter ist es).
   

4. Was das kritischste Grammvolumen betrifft, ist LMO niedriger, während NCM höher ist.
   

5. Die LMO-Hochtemperaturleistung ist besonders schlecht, daher ist die industrielle Methode die ternäre LMO-Dotierung. Typischer Prozentsatz ist LMO: NCM = 7: 3 (kostengünstig, E-Bike), 5: 5 oder 3: 7 (Transporter)
   

6. Nach Zugabe von LFP ergeben sich die Gesamtkosten: reines LMO <LFP ≤ LMO-Mischen von NCM <NCM
   

7. Durchschnittliche Lebensdauer
   

Die Eigenschaften von Lithiummanganat sind eher anwendbar auf: (1) Kostenbegrenzung; (2) die Energiedichte hat eine bestimmte Anforderung; (3) Sicherheitsanforderungen sind auf dem Gebiet nicht so ernst, wie z. B. Elektrofahrräder, langsame Autos usw.

9) Vergleich der Anodenmaterialeigenschaften der Mainstream-Lithiumbatterie

Anodenmaterial ist eines der Schlüsselmaterialien, die die Leistung von Lithiumionenbatterien bestimmen, und es ist auch die Hauptquelle für Lithiumionen in den gegenwärtigen kommerziellen Lithiumionenbatterien. Seine Leistung und sein Preis haben einen großen Einfluss auf Lithium-Ionen-Batterien. Gegenwärtig umfassen die entwickelten und angewendeten Anodenmaterialien hauptsächlich Lithiumkobaltoxid (LCO), lithiummanganoxid (LMO), ternäre Materialien wie Lithiumnickelkobaltmanganoxid (NCM), Lithiumnickelkobaltaluminat (NCA), Lithiumeisenphosphat (NCA) LFP) und Lithiumtitanat (LTO).

Leistungsvergleich mehrerer kommerzieller Anodenmaterialien

Das folgende Diagramm vergleicht die spezifischen Energien von Blei-, Nickel- und Lithiumsystemen. Obwohl Lithiumaluminium (NCA) durch die Speicherung von mehr Kapazität als andere Systeme der Gewinner ist, ist es nur in bestimmten Szenarien für den Stromverbrauch geeignet. Lithiummanganat (LMO) und Lithiumphosphat (LFP) sind hinsichtlich spezifischer Leistung und thermischer Stabilität überlegen. Lithiumtitanat (LTO) hat zwar eine geringere Kapazität, aber die längste Lebensdauer als andere Batterien und die beste Leistung bei niedrigen Temperaturen.

Typische spezifische Energie von Blei-, Nickel- und Lithiumbatterien

NCA hat die höchste spezifische Energie; Lithiummanganat und Lithiumeisenphosphat sind jedoch hinsichtlich Leistung und thermischer Stabilität überlegen. Lithiumtitanat hat die beste Lebensdauer.