Was sind die Eigenschaften von Lithiummanganoxid, ternären Materialien und Lithiumeisenphosphat-Batteriematerialien? Welches ist besser?

Einführung in Lithiummanganat

Lithiummanganat ist eines der vielversprechenden Lithiumionenkathodenmaterialien. Im Vergleich zu herkömmlichen Kathodenmaterialien wie Lithiumkobaltoxid bietet Lithiummanganat die Vorteile reichlich vorhandener Ressourcen, geringer Kosten, keiner Verschmutzung, guter Sicherheit und guter Ratenleistung. Es ist ein ideales positives Elektrodenmaterial für Leistungsbatterien, aber seine schlechte Zyklenleistung und elektrochemische Stabilität haben seine Industrialisierung stark eingeschränkt. Lithiummanganat umfasst hauptsächlich Lithiummanganat vom Spinelltyp und geschichtetes Lithiummanganat. Unter diesen hat Lithiummanganat vom Spinelltyp eine stabile Struktur und ist leicht in der industriellen Produktion zu realisieren. Lithiummanganat vom Spinelltyp gehört zum kubischen Kristallsystem der Fd3m-Raumgruppe, die theoretische spezifische Kapazität beträgt 148 mAh / g. Aufgrund der dreidimensionalen Tunnelstruktur können Lithiumionen reversibel aus dem Spinellgitter deinterkaliert werden, verursachen keinen strukturellen Kollaps und weisen somit eine hervorragende Geschwindigkeitsleistung und Stabilität auf.

Heutzutage wurde die traditionelle Annahme, dass Lithiummanganat eine niedrige Energiedichte und eine schlechte Zyklusleistung aufweist, stark verbessert (typischer Wert von Wanli New Energy: 123 mAh / g, 400-fach, typischer Wert des Hochzyklustyps 107 mAh / g, 2000-fach). Oberflächenmodifikation und Dotierung können seine elektrochemischen Eigenschaften wirksam modifizieren, und Oberflächenmodifikation kann die Auflösung der Mangan- und Elektrolytzersetzung wirksam hemmen. Durch Doping kann der Jahn-Teller-Effekt beim Laden und Entladen wirksam unterdrückt werden. Die Kombination von Oberflächenmodifikation und Dotierung kann zweifellos die elektrochemische Leistung des Materials weiter verbessern, was als eine der zukünftigen Forschungsrichtungen für die Modifikation von Spinellithiummanganat angesehen wird.

Einführung in ternäre Materialien

Die ternäre Polymer-Lithiumbatterie bezieht sich auf eine Lithiumbatterie, die ein ternäres positives Elektrodenmaterial aus Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan für das positive Elektrodenmaterial verwendet. Es gibt viele Arten von positiven Elektrodenmaterialien für die Lithiumionenbatterie, hauptsächlich Lithiumcobaltat, Lithiummanganat, Lithiumnickelat und ternäre Materialien. Das ternäre Material kombiniert die Vorteile von Lithiumcobaltat, Lithiumnickelat und Lithiummanganat. Es hat hervorragende Eigenschaften wie hohe Kapazität, niedrige Kosten und gute Sicherheit. Bei kleinen Lithiumbatterien nimmt es nach und nach einen gewissen Marktanteil ein, und der Bereich Power Lithium hat gute Entwicklungsaussichten.

Für Lithiumbatterien ist Kobaltmetall ein unverzichtbares Material. Metallisches Kobalt ist jedoch einerseits teuer und einerseits giftig. Unabhängig von den führenden japanischen und koreanischen Unternehmen oder einheimischen Batterieherstellern wurde die Batterie in den letzten Jahren „weniger kobaltisiert“. Unter diesem Trend werden ternäre Nickel-Kobalt-Mangan-Materialien, die unter Verwendung von Nickelsalzen, Kobaltsalzen und Mangansalzen als Rohstoffe hergestellt werden, allmählich bevorzugt. Aus chemischer Sicht gehört das ternäre Material zu überschüssigen Metalloxiden und die Energiedichte der Batterie ist hoch.

Obwohl die Rolle von Kobalt in ternären Materialien immer noch unverzichtbar ist, wird der Massenanteil normalerweise auf etwa 20% kontrolliert und die Kosten werden erheblich reduziert. Darüber hinaus hat es die Vorteile sowohl von Lithiumcobaltat als auch von Lithiumnickelat. Mit der zunehmenden Produktion in- und ausländischer Hersteller in den letzten Jahren ist der Trend, kommerzielles Lithiumkobaltoxid durch Lithiumbatterien durch ternäre Materialien als Kathodenmaterialien zu ersetzen, sehr offensichtlich geworden.

Von Elektroautos über Smartphones bis hin zu Wearables und Ladeschätzen ist diese neue Technologie perfekt geeignet. Tesla [Microblogging] hat zuerst eine ternäre Batterie für Elektrofahrzeuge verwendet. Das Modell hat eine Reichweite von 486 Kilometern, eine Batteriekapazität von 85 kWh und 8142 3,4 Ah Panasonic 18650-Batterien. Die Ingenieure verteilten die Batterien einzeln in Form von Ziegeln und Blechen zu einem ganzen Batteriepack. Der Akku befindet sich am Unterboden.

Aus globaler Sicht werden Forschung und Entwicklung sowie die Produktion ternärer Materialien ständig weiterentwickelt. In diesem Prozess wurde die Materialleistung erheblich verbessert und das Anwendungsfeld erweitert. Japanische und koreanische Unternehmen sind führend bei der Entwicklung von Batterien für ternäre Materialien. Die Produktion von heimischen ternären Materialien begann um 2005, und mehr als ein Dutzend Großunternehmen sind entstanden.

Einführung in Lithiumeisenphosphat

Lithiumeisenphosphat als Lithiumbatteriematerial ist erst in den letzten Jahren aufgetaucht. Die inländische Entwicklung von lithium-eisenphosphat-batterien mit großer Kapazität erfolgte im Jahr 2005. Die Sicherheitsleistung und die Lebensdauer sind mit anderen Materialien nicht zu vergleichen, die die wichtigsten technischen Indikatoren für Leistungsbatterien sind. 1C Lade- und Entladezykluslebensdauer von 2000 Mal. Die Überladespannung der Einzelzellenbatterie 30 V brennt nicht, die Panne explodiert nicht. Lithium-Eisenphosphat-Kathodenmaterialien erleichtern die serielle Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien mit großer Kapazität, um den Anforderungen von Elektrofahrzeugen zum häufigen Laden und Entladen gerecht zu werden.

Lithiumeisenphosphat hat die Vorteile der Ungiftigkeit, der Umweltverschmutzung, der hohen Sicherheitsleistung, der großen Auswahl an Rohstoffen, des niedrigen Preises und der langen Lebensdauer. Es ist ein ideales Kathodenmaterial für eine neue Generation von Lithium-Ionen-Batterien. Lithiumeisenphosphatbatterien haben auch ihre Nachteile. Beispielsweise hat das Lithiumeisenphosphat-Kathodenmaterial eine geringe Klopfdichte, und die volumetrische Lithiumeisenphosphatbatterie hat ein größeres Volumen als eine Lithiumionenbatterie wie Lithiumkobaltoxid und hat daher keinen Vorteil in Bezug auf eine Mikrobatterie.

Aufgrund der inhärenten Eigenschaften von Lithiumeisenphosphatmaterialien wird festgestellt, dass die Niedertemperaturleistung anderen positiven Elektrodenmaterialien wie Lithiummanganat unterlegen ist. Im Allgemeinen kann für eine einzelne Zelle (beachten Sie, dass es sich bei der Batterie nicht um eine Batterie handelt, die gemessene Niedertemperaturleistung für die Batterie etwas höher sein, was mit den Wärmeableitungsbedingungen zusammenhängt) ihre Kapazitätsbeibehaltung bei 0 ° C. Die Rate beträgt etwa 60 bis 70%, 40 bis 55% bei -10ºC und 20 bis 40% bei -20ºC. Eine solche Niedertemperaturleistung kann offensichtlich die Anforderungen der Stromquelle nicht erfüllen. Gegenwärtig haben einige Hersteller die Niedertemperaturleistung von Lithiumeisenphosphat durch Verbesserung des Elektrolytsystems, Verbesserung der positiven Elektrodenformulierung, Verbesserung der Materialeigenschaften und Verbesserung des Designs der Zellstruktur verbessert.

Es liegt ein Problem mit der Batteriekonsistenz vor. Die Lebensdauer einer einzelnen Lithiumeisenphosphatbatterie beträgt derzeit mehr als das 2.000-fache, die Lebensdauer des Akkus wird jedoch erheblich verkürzt, möglicherweise um das 500-fache. Da der Akku aus einer großen Anzahl von Einzelzellen besteht, ist sein Arbeitszustand besser als bei einer Gruppe von Personen, die mit Seilen zum Laufen gefesselt sind, selbst wenn jeder ein Sprinter ist, wenn die Bewegungskonsistenz aller nicht hoch ist, wird das Team dies tun nicht schnell laufen, das Ganze Die Geschwindigkeit ist noch langsamer als beim langsamsten Einzelspieler. Gleiches gilt für den Akku. Nur wenn die Batterieleistung sehr konstant ist, kann die Lebensdauer nahe an das Niveau der einzelnen Batterie gebracht werden.

Vergleich der Materialeigenschaften von drei Arten von Lithiumbatterien - der niedrigste Preis für Lithiummanganat

Der Preis für Lithium-Manganat-Material ist mit 50.000 bis 60.000 Yuan pro Tonne am niedrigsten, und die entsprechende Lebensdauer und Speicherleistung der Batterie sind ebenfalls am häufigsten, jeweils ≥ 300-mal, und die monatliche Dämpfung beträgt mehr als 5%. . Der Preis für Lithiumbatteriematerial mit ternärem Material beträgt 160 bis 200.000 Yuan pro Tonne, und die Speicherleistung ist die beste. Die monatliche Dämpfung beträgt 1-2% und die Batterielebensdauer beträgt ≥ 600-mal. Der Preis für Lithium-Eisensilikat-Material beträgt 15 bis 18 Millionen Yuan pro Tonne, und die Lebensdauer des Akkus ist am besten ≥ 1500-mal. Die Speicherleistung ist unter den drei mit einem monatlichen Rückgang von 3% mittel.

Drei Arten der Anwendung von Lithiumbatteriematerialien - Lithiummanganat oder in der Zukunft - dominieren

Die oben genannten Werte sind die harten Parameter für die Leistung von drei Arten von Lithiumbatterien. Die Sicherheit, Stabilität und Niedertemperaturbeständigkeit von Lithiumbatterien sind ebenfalls wichtige Indikatoren für die umfassende Bewertung der Leistung von Lithiumbatterien.

1. Lithiummanganat

Hochtemperaturleistung, Zyklusleistung und Speicherleistung sind schlecht. Mangan wird unter Hochtemperaturbedingungen leicht zersetzt, und der Akku hat eine kurze Lebensdauer und ist schwer zu lagern.

2, ternäres Material Lithiumbatterie

Hohe und niedrige Temperatur, Zyklus, Sicherheit, Lagerung und individuelle elektrische Eigenschaften sind relativ durchschnittlich. Die volumetrische Energie ist hoch, das Material ist preisgünstig und die Leistung ist stabil.

3, Lithiumeisenphosphat

Gute Sicherheitsleistung, geringe Leitfähigkeit, niedrige volumetrische Energie, hohe Materialkosten, schlechte Leistung bei niedrigen Temperaturen können den Wintereinsatz von Elektrofahrzeugen nicht erfüllen.

Obwohl im In- und Ausland ternäre Materialien entwickelt wurden, fehlt es zunehmend an Kobalt und die Kosten sind hoch. Es ist schwierig, Lithiumbatterien in großen Mengen mit Strom zu versorgen, aber es kann innerhalb eines bestimmten Bereichs mit Lithiummanganat gemischt werden.

Im Allgemeinen haben die drei Arten von Lithiumbatterien ihre eigenen Vor- und Nachteile, und sie wurden auf verschiedenen Ebenen auf dem Markt eingesetzt, aber das Problem der knappen Ressourcen ternärer Materialien ist nicht wiedergutzumachen. Einige Insider glauben daher, dass Mangansäurebatterien in Zukunft die dominierende Kraft sein werden. Die ternären Materialien werden höchstens mit Lithiummanganat gemischt. Und Lithiumeisenphosphat ist nicht für Strom mit hohen Sicherheitsanforderungen geeignet, da seine Sicherheitsprobleme nicht vermieden werden können.

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