Einführung von drei Arten von Lithium-Ionen-Batterien

Ternäres Material

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 Lithiumionenbatterien, hauptsächlich Lithiumcobaltat, Lithiummanganat, Lithiumnickelat, ternäre Materialien, Lithiumeisenphosphat und so weiter. Ternäres Material könnte alle Vorteile von Lithiumcobaltat, Lithiumnickelat und Lithiummanganat kombinieren. Es hat hervorragende Eigenschaften wie hohe Kapazität, niedrige Kosten und gute Sicherheit. Allmählich ergeben sich gute Entwicklungsaussichten für kleine Lithiumbatterien und den Bereich der Lithiumbatterien.

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 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 offensichtlich geworden, kommerzielles Lithiumkobaltoxid durch Lithiumbatterien durch ternäre Materialien als Kathodenmaterialien zu ersetzen.

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 vollständigen Batteriepack, das sich auf dem Unterboden befindet.

Aus globaler Sicht werden Forschung und Entwicklung sowie die Produktion ternärer Materialien ständig weiterentwickelt. In diesem Prozess hat sich 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.

Lithiumeisenphosphat

Lithiumeisenphosphat als Lithiumbatteriematerial ist erst in den letzten Jahren aufgetaucht. Die heimische 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. Einzelzellen-Batteriespannung 30V brennt nicht, Reifenpanne 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 und der guten 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. Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben auch ihre Nachteile. Beispielsweise hat das Lithium-Eisenphosphat-Kathodenmaterial eine geringe Klopfdichte, und die volumetrische Lithium-Eisenphosphat-Batterie hat ein größeres Volumen als eine Lithium-Ionen-Batterie wie Lithium-Kobaltoxid und hat daher keinen Vorteil in Bezug auf eine Mikrobatterie.

Aufgrund der inhärenten Eigenschaften von Lithium-Eisenphosphat-Materialien wird festgestellt, dass die Niedertemperaturleistung anderen positiven Elektrodenmaterialien wie Lithiummanganat unterlegen ist. Im Allgemeinen gilt für eine einzelne Zelle (beachten Sie, dass es sich bei der Batterie nicht um eine Batterie handelt, kann die gemessene Niedertemperaturleistung für die Batterie etwas höher sein, was mit den Wärmeableitungsbedingungen zusammenhängt), dass die Kapazität bei 0 ° C erhalten bleibt 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 Lithium-Eisenphosphat-Batterie beträgt derzeit mehr als das 2.000-fache, die Lebensdauer des Batteriepacks wird sich jedoch erheblich verkürzen, 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 nicht tun schnell laufen, das Ganze Die Geschwindigkeit ist noch langsamer als die des langsamsten Einzelspielers. Gleiches gilt für den Akku. Nur wenn die Batterieleistung sehr konstant ist, kann die Lebensdauer nahe an das Niveau der einzelnen Batterie gebracht werden.

lithiummanganoxid

Lithiummanganat ist eines der vielversprechenden Lithium-Ionen-Kathodenmaterialien. Im Vergleich zu herkömmlichen Kathodenmaterialien wie Lithiumkobaltoxid bietet Lithiummanganat die Vorteile reichlich vorhandener Ressourcen, geringer Kosten, keiner Verschmutzung, guter Sicherheit und guter Ratenleistung. Das Leistungsbatterie-Kathodenmaterial, aber seine schlechte Zyklusleistung 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, Fd3m-Raumgruppe, theoretische spezifische Kapazität beträgt 148mAh / g. Aufgrund der dreidimensionalen Tunnelstruktur können Lithiumionen reversibel aus dem Spinellgitter deinterkaliert werden und verursachen keinen strukturellen Kollaps Hervorragende Leistung und Stabilität.

traditionelle Überzeugung, dass Lithiummanganat eine niedrige Energiedichte und eine schlechte Zyklusleistung aufweist, aber jetzt haben sich diese 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 von Material weiter verbessern, was als eine der zukünftigen Forschungsrichtungen für die Modifikation von Spinellithiummanganat angesehen wird.

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